DE2338166A1 - Elektrode fuer ein granulares elektrisches schaltungselement und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Elektrode fuer ein granulares elektrisches schaltungselement und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2338166A1
DE2338166A1 DE19732338166 DE2338166A DE2338166A1 DE 2338166 A1 DE2338166 A1 DE 2338166A1 DE 19732338166 DE19732338166 DE 19732338166 DE 2338166 A DE2338166 A DE 2338166A DE 2338166 A1 DE2338166 A1 DE 2338166A1
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Howard Franklin Ellis
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Description

  • Elektrode für ein granulares elektrisches Schaltungselement und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer einen kleinen Widerstand aufweisenden Elektrode auf einem Block aus nicht-linearem Widerstandsmaterial oder auf einem gegossenen Block aus granularem elektrischem Widerstandsmaterial.
  • Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Elektrode, die auf einem ähnlich granularen elektrischen Schaltungselement aus-gebildet ist. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für die Ausbildung eines abnutzungsbeständigen metall-keramischen Elektrodenpaares auf gegenüberliegenden Oberflächen eines Blockes aus Ventilmaterial mit nicht-linearem Widerstand. Ein derartiges Material ist Siliciumcarbid, das gewöhnlich zur Ausbildung einer Strombegrenzungsfunktion in Ableiten für Hochspannungsstösse verwendet wird.
  • Bei der Herstellung von Stoßspannungsableitern oder sogenannten Blitzableitern ist es üblich geworden, eine oder mehrere im Abstand angeordnete Funkenstrecken mit einem oder mehreren Blöcken aus Ventilmaterial mit nicht-linearem Widerstand elektrisch in Reihe zu schalten, um einen Entladungspfad über den Ab leiter zu einer Erdklemme zu bilden. Verschiedene Typen von Halbleitermaterialien haben sich für diesen Zweck als geeignet herausgestellt. Beispielsweise ist von Nickeloxid, Bleioxid, Kupferoxid und Siliciumcarbid sowie von verschiedenen Ferriten und Metallen, wie Silicium und Germanium, bekannt, dass sie wirksame spannungsabhängige Widerstände oder Halbleiter sind. Auf Grund seines hohen Stromführungsvermögens und der relativ niedrigen Kosten wird Siliciumcarbid jetzt gewöhnlich als Ventilmaterial mit nichtlinearem Widerstand für Stoßspannungsableiter verwendet. Diese Anwendung von Siliciumcarbid wurde zuerst in der US-Patentschrift 1 822 742 beschrieben. Bei der Herstellung von Ventilblöcken für Ableiteranwendungen werden -die Ventile gewöhnlich aus Siliciumcarbidkorn-und einem Bindungssystem gebildet, das in Scheibenform gegossen und dann gebrannt wird, um eine keramische Bindung zwischen den Siliciumcarbidpartikelchen zu bilden, wie es in der vorgenannten US-Patentschrift beschrieben ist. Scheibenförmige Ventile dieses Typs müssen mit einem gewissen Typ einer Elektrodenoberfläche auf ihren gegenüberliegenden Enden versehen sein, wenn der Fluß des Entladungsstromes durch das Ventil richtig verteilt und somit optimiert werden soll.
  • Die auf derartigen Scheibenventilen ausgebildeten Elektroden sollten mehrere Grundeigenschaften aufweisen. Vorzugsweise bilden die Elektroden eine Verbindung mit niedrigem Widerstand mit dem Ventil. Ferner sollte die Elektrode mechanisch stabil sein, so dass sie während der Verwendung nicht durch Abnutzung beschädigt wird.
  • Ferner sollten die Elektroden gleichförmig leitend sein, so dass der Strom über der gesamten Grenzfläche zwischen den Elektroden und der granularen Ventilscheibenoberfläche gleichmässig verteilt wird.
  • Um dessen Anforderungen zu genügen, ist es in den letzten Jahren relativ häufige Praxis geworden, auf gegenüberliegenden Oberflächen der Ventilscheiben aus Siliciumcarbid Elektroden auszubilden, indem geschmolzenes Metall, wie Silber, Kupfer, Messing oder Aluminium/ auf einen vorbestimmten Oberflächenbereich der Scheiben gesprüht wird. Ein Beispiel einer derartigen Elektrodenhersteilungstechnik ist in der US-Patentschrift 2 501 322 beschrieben. Aber selbst bevor derartige Techniken zum Aufsprühen von geschmolzenem Metall bei der Herstellung von Stoßspannungs-Ableiterventilen üblich geworden ist, war bekannt, dass Anschlüsse bzw. Klemmen mit relativ niedrigem Widerstand auf einem Block aus Siliciumcarbid hergestellt werden könnten, indem ein Siliciumdampf auf dem Ventil kondensiert, um auf den gegenüberliegenden Enden des Ventiles Klemmen bzw. Anschlüsse zu bilden. Beispiele dieses Verfahrens sind in der US-Patentschrift 1 842 088 beschrieben. Weiterhin beschreibt die US-Patentschrift 2 150 167 einen Uberspannungsableiter, bei dem die porösen Oberflächen aller Körner einer Masse aus Siliciumcarbidkörnung, die sich in dem AbleitergehXse befindet, mit einer Siliciumdioxidschicht überdeckt sind, um den elektrischen Strom über den Ableiterentladungspfad zu steuern. Schliesslich ist in der US-Patentschrift 2 273 704 eine Ventilscheibe aus Siliciumcarbid beschrieben, die ein Paar Metallplattenpole aufweist, die auf ihren gegenüberliegenden Seiten angebracht sind, wobei ein nicht-ohmischer Leiter aus Borcarbid oder Siliciumcarbid auf den Körnern der Siliciumcarbidscheibe zwischen dieser und den Plattenelektroden angeordnet ist.
  • Die vorgenannten Beispiele der bekannten Versuche, Elektroden mit niedrigem Widerstand auf Ventilscheiben aus Siliciumcarbid auszubilden, liefern einen guten Hinweis für das starke kommerzielle Bedürfnis an einer derartigen Elektrodenanordnung. Zusätzlich zu diesen frühen Versuchen, eine adäquate Lösung für dieses Grundproblem zu schaffen, sind weitere Experimente mit Siliciumcarbidzusammensetzungen in entfernteren technischen Gebieten durchgeführt worden. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift 2 996 415 ein Verfahren zur Aufbereitung von Siliciumcarbiden für eine Dnodenanordnung, indem ein Teil des Siliciumcarbides mit einem Chromitplättchen in einer inerten Atmosphäre geschmolzen wird, so dass das Chromplättchen eine Zone geschmolzenen Chroms bildet, die das Siliciumcarbid auf der einen Seite davon (einer heisseren Seite) löst und Siliciumcarbidkönrr auf einer kühleren Seite davon wieder wachsen lässt.
  • über das Gebiet korrger nlcht-linearer Ventilscheiben hinaus ist es bekannt, elektrische Lontaktstücke oder ähnliche Leiter aus gepressten Körnern aus Siliciumcarbid oder anderen geeigneten Oxiden zu bilden. Beispie'sweise ist Ln der US-Patentschrift 868 502 eine Elektrode für eine fflcgenlampe beschrieben, das aus pulverisiertem Magnetit bzw. Magneteiserasteen d körnern aus Titanoxid oder anderen geeigneten feuerfesten Materialien gebildet ist. Wie in der späteren US-Patentschrift XC5 557 beschrieben ist, ist es bekannt, körner aus Siliclumcarbld mit einer derartigen gepressten Elektrode zu kombinieren, um ein Flimmern oder Flackern in dem Licht zu vermeiden, das durch einen Lichtbogen entwickelt wird, der mit dem Strom durch die elektrode hindurch gespeist wird. Auch wenn die Techniken, die beI der Herstellung derartiger Lichtbogenelektroden oder brstenartigen Kontakte angewendet werden, nicht allgemein als direkt analog zur Herstellung von gegossenen nichtlinearen Ventllscheiben betrachtet werden, so ist es doch bei der Herstellung uerartlger biSrstenförmiger Leiter bekannt, Kohlenstoff und Metalloxide in pulverisierter Form zu kombinieren und dann das Cxid zu reduzieren, um einen Metall-Graphitkontakt zu bilden, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 1 071 044 beschriebe ist. Ein anderes be; dieser Leitertechnik angewendetes Verfahren beinhaltet die Bildung einer kait verformten Masse aus Metallpulvern und eines desoxidierenden Agens mit einer Schicht aus pulverförmigem Metallkontaktmaterial, die dann erhitzt wird, um eine Legierung an der Grenzfläche des Kontaktmaterials und dem gepressten MetalUeiterelement zu bilden. Ein derartiges Verfahren ist in der US-Patentschrift 2 278 592 beschrieben.
  • Zusätzlich zu dem Problem, das durch das Erfordernis zur Herstellung von Elektroden mit niedrigem Widerstand auf Ableiter-Ventilscheiben gestellt ist, tritt ein zweites Problem bei der Verwendung von Ventilscheiben aus Siliciumcarbid, um einen Teil des Entladungspfades in einem Uberspannungsableiter zu bilden, auf Grund der harten elektromechanischen Beanspruchungen auf, die in einer derartigen Umgebung im Spiel sind. Diese Beanspruchungen werden durch den Eintritt von tausenden von Ampere hervorgerufen, die durch die Scheibe entladen werden müssen, wenn die im Abstand angeordneten Funkenstrecken des Ableiters auf Grund einer Stoßspannung überschlagen, die auf einer geschützten Leitung auftritt, mit der der Ableiter verbunden ist. Diese Ströme erzeugen thermische Beanspruchungen von beträchtlicher Grösse in den Ventilscheiben. Somit ist es wichtig, für gewisse Mittel zu sorgen, um die Langzeitfestigkeit- der Scheiben unter derartigen thermischen Zyklusbedingungen zu erhöhen. Vor dieser Erfindung war es allgemein bekannt, dass verschiedene Zusammensetzungen aus Ton und Metalloxiden verwendet werden könnten, um eine isolierende Hülle um die äussere Oberfläche der Ventilscheiben herum in einem Ableitergehäuse zu bilden. Ein Beispiel für eine derartige isolierende Hülle auf einer Ventilscheibe ist in der US-Patentschrift 3 207 624 beschrieben. Demzufolge sollen derartige isolierende Hüllen hauptsächlich Überschläge der Ventilscheiben verhindern, wenn über dem Ventil eine Stoßspannung abfällt. Es ist jedoch möglich, dass eine gewisse mechanische Verstärkung der Scheibe auch aus der Verwendung der aufgebrannten Hülle aus der Tonzusammensetzung resultieren könnte. Es ist jedoch wünschenswert,zusdtzliche spezifische Mittel zu schaffen, um eine Verbesserung in der Langzeitfestigkeit von Scheiben aus Siliciumcarbid sicherzustellen, damit diese bei Anwendungen als Stoßspannungsableiter nicht zerrissen oder auf andere Weise zerbrochen werden. Demzufolge ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eher verbesserten Elektrode zu schaffen, die in idealer Weise für eine Verwendung mit einem porösen elektrischen Schaltungselement angepasst ist, wie z.B. einem Widerstand oder einer Halbleitervorrichtung. Weiterhin beinhaltet die Erfindung den Aufbau einer derartigen neuen Elektrode zusammen.
  • mit einem körnigen Hauptkörper.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Elektrode für ein körniges elektrisches Schaltungselement zu schaffen, das eine optimale Lösung für die Problem der bekannten Elektroden bietet, die oben beschrieben wurden.
  • Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Elektrode auf einem ausgeformten Körper aus granularem Halbleitermaterial dadurch ausgebildet, daß eine Zusammensetzung aus leicht reduzierten Oxiden von einem feuerfesten Metall gebildet wird, das mit einem geeigneten Ton vermischt ist, die Zusam.mensetzung dann angefeuchtet wird bis zu einer fluidischen Konsistenz, bevor sie durch Sprühen, Streichen oder eine andere übliche Technik auf vorbestimmte Oberlächenbereiche des granularen Körpers aufgebracht wird. Als nächstes wird die Zusammensetzung in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt, bis das Metalloxid auf einen elektrisch leitfähigen Zustand reduziert ist. Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann die Elektrodenzusammensetzung entweder auf einen ausgehärteten, geformten Körper oder auf einen nicht gebrannten geformten Körper aufgebracht werden. Die durch dieses Verfahren hergestellte Elektrode liefert einen Oberflächenbindungszustand für die Ventilscheibe, der ihreFähfgkeit, grosse Leistungsblöcke abzuleiten, d.h. die Langzeitfestigkeit der Ventilscheibe, wesentlich erhöht. Demzufolge bilden die entstehende Elektrode und das zusammengefasste elektrische Schaltungselement einen Teil der vorliegenden Erfindung.
  • Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Fig. 1 ist im Querschnitt eine Seitenansicht von einem ausgeformten Block aus granularem Ventilmaterial mit nicht-linearem Widerstand, der auf seinen oberen und nteren Öberflchen mIt Elektroden gemäss der vorliegenden Erfindung versehen ist. Diese Elektroden sind mit Bezug auf eine schematIsche Funkenstrecke und eine elektrische Erdverbindung gezeigt, um eine Umgebung für das Ventil und seine zugehörigen Elektroden darzustellen die derienigen ähnlich ist, die sich bei einer Anwendung als Stoßspannangsableiter ergibt.
  • Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ventil scheibe und zeigt eine ihrer Elektroden.
  • )ig. 3 ist eine Seitenansicht von einem langgestreckten Widerstand mit zwei Elektroden, die auf seinen gegenüberliegenden Enden ausgebildet sind. Dieser langgestreckte Widerstand mit seinen Elektroden stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
  • Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet, um Elektroden auf einem geformten Block aus Ventilmaterial mit nicht-linearem Widerstand zu bilden, ähnlich wie der in Fig. 4 gezeigte scheibenförmige Block 1. Gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Ventil einen Körper 1, der im allgemeinen zylinderförmig ist. An dem Ventilkörper 1 sind auf gegenüberliegenden Seiten davon zwei Elektroden 2 und 3 befestigt; in dem dargestellten Fall sind die Elektroden auf den Deck- und Bodenflächen angebracht.
  • Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei der Ausführung der Erfindung in alternativen Ausführungsbeispielen jede geeignete granulare elektrische Schaltungsvorrichtung die Ventilscheibe 1 ersetzen könnte. Beispielsweise könnte ein elektrischer Widerstand oder eine andere Struktur, wie beispielsweise ein Kontaktstück, als eine Basisfläche für die Elektroden 2 und 3 anstatt des Ventiles 1 verwendet werden.
  • In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das einen nichtlinearen Widerstand aufweisende Ventil 1 aus Körnern aus Siliciumcarbid gebildet, das in irgend einer geeigneten, kommerziell verfügbaren Form vorliegen kann, ähnlich derjenigen, die üblicherweise bei der Herstellung von Ventilelementen für Stoßspannungsab leiter verwendet wird. Wie im folgenden noch erläutert wird, wird die Ventilscheibe 1 in einem Form- und Brennvorgang gebildet, um die Körner aus Siliciumcarbid mit einer Keramik- oder Glas-Grenzflächenbindung miteinander zu verbinden, wie es allgemein bekannt ist. Es ist wichtig darauf hinzuweIsen, dass die Elektroden 2 und 3 auf vorbestimmte Oberflächenbereiche der Ober- und Unterseite der Ventilscheibe 1 aufgebracht werden, so dass durch diese Elektroden geschickter Strom im wesentlichen über die gesamten Kreisflächen der Scheibe 1 verteilt wird. Diese Anordnung der oberen Elektrode 2 in Relation zum oberen Rand der Ventilscheibe 1 ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich. Wie dort gezeigt ist, endet die Elektrode 2 kurz vor dem Rand der Scheibe 1, um das Risiko eines Uberschlages der Scheibe 1 zu vermindern wenn zwischen den Elektroden 2 und 3 eine Stoßspannung angelegt wird. Selbstverständlich sind die Bereiche, die für das Aufbringen der Elektroden 2 und 3 auf die Ventilscheibe 1 ausgewählt sind, im Abstand zueinander auf im wesentlichen gegenüberliegenden Oberflächen des Ventiles 1 angeordnet. Wenn die Scheibe 1 demzufolge in einen Stoßspannungsableiter geschaltet ist, wie er durch die Schaltung in Fig. 1 schematisch dargestellt Ist, die eine Verbindungsleitung 4-4 und eine Funkenstrecke 5 sowie eine zweite Verbindungsleitung 6 und einen Erdanschluss 7 umSasst, bildet sie einen Entladungskreis, der Strom durch den gesamten Körper des Ventiles 1 hindurchleitet.
  • Die Erfindung wird mit besonderem Bezug auf einen derartigen Stoßspannungsableiter beschrieben, da die Elektroden 2 und 3, die dadurch gebildet werden, für die Ventilscheibe 1 besonders vorteilhaft sind, da sie eine Verstärkungsbindung mit den granularen Oberflächen der Scheibe 1 bilden, wodurch die Langzeitfestigkeit des Ventiles 1 gegenüber elektromechanischen Beanspruchungen wesentlich vergrößert wird, die aus der Entladung -der hohen Überströme durch ein derartiges Ventil resultieren. Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäss gebildeten Elektroden 2 und 3 eine sogenannte Cermet- oder Keramikmetall-Schicht auf gegenüberliegenden Oberflächen der Ventilscheibe 1 aufweist, die in einem innigen Kontakt mit den Körnern dieser Oberflächen steht. Diese hervorragende Cermet-Bindung enthält einen hohen Anteil von leitenden Suboxiden von Chrom oder anderen im wesentlichen reinen Metallen und von intermetallischen Verbindungen, der aus der Reduzierung der Metalloxid-Elektrodenzusammensetzung gemäss der vorliegenden Erfindung resultiert, was im folgenden noch im einzelnen beschrieben wird. Somit werden zwei dauerhafte und einen kleinen Widerstand aufweisende Elektroden 2 und 3 durch die Cermetschichten gebildet, die aus dem Formungsverfahren gemäss der vorliegenden Erfindung resultieren.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Herstellung des Ventiles 1 zwar Siliciumcarbid verwendet wird, dass der Körper des Ventiles 1 aber aus jeder geeigneten Masse von Carbidkörnern gebildet werden könnte, wie Siliciumcarbid, Wolframcarbid oder Borcarbid. Dann wird dieser Körper erfindungsgemäss mit wenigstens einer Elektrode (wie beispielsweise der Elektrode 2 oder 3) zusammengebracht, die eine Zusammensetzung enthält, die aus 31 Gew.-% Ti, 20 % Cr als freies Metall oder als intermetallische amorphe Verbindungen in einer Matrix besteht.Im Laufe der Beschreibung wird deutlich, dass der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendete Ton entweder Kaolinton, Kentucky Old Mine Nr. 4, oder irgend ein anderer geeignet reiner Ton elektrischer Güte sein kann.
  • Es werden nun einige Beispiele für ein bevorzugtes Verfahren zur Ausführung der Erfindung gegeben. Im allgemeinen können geeignete Elektroden erfindungsgemäss dadurch gebildet werden, dass die Elektrodenzusammensetzungen entweder auf einen ausgehärteten oder nicht gebrannten Block oder Körper aus körnigem oder porösem Keramikmaterial aufgebracht werden, wie beispielsweise gepresstes Siliciumcarbid. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Elektrodenzusammensetzung auf eine nicht gebrannte geformte Scheibe aus Siliciumcarbid aufgebracht, die anschliessend in Verbindung mit dem Brennen der Elektrodenzusammensetzung gebrannt wird, wie es im folgenden noch wird näher beschrieben wird. Wiederum zwar Wasser als ein Mittel zum Verflüssigen der Elektrodenzusammensetzung verwendet, obwohl selbstverständlich auch andere geeignete Flüssigkeiten verwendet werden können, um diese Funktion zu erfüllen.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens sei angenommen, dass wenigstens eine Elektrode auf einen vorgebrannten geformten Körper aus Ventilmaterial mit nicht-linearem Widerstand aufgebracht werden soll, wie beispielsweise auf die Ventilscheibe 1 aus Siliciumcarbid, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Neben der Schaffung eines derartigen porösen Keramikkörpers erfordert das erfindungsgemässe Verfahren, dass auf einen vorbestimmten Oberflächenbereich des Körpers 1 eine Elektrodenzusammensetzung aufgebracht wird, die aus 20 bis 40 Gew.-X Cr203, 50 bis 70 Gew.-% TiO2 und 5 bis 10 Gew.-% Ton besteht, der mit Wasser zu einer geeigneten flüssigen Konsistenz vermischt ist. Die verflüssigte Elektrodenzusammensetzung kann auf die Scheibe 1 durch Sprühen, Streichen oder ein geeignetes Seidenverblendungsverfahren aufgebracht werden, wie es allgemein bekannt ist. Nachdem die Elektrodenzusammensetzung somit auf die vorbestimmte Oberfläche der Scheibe 1 aufgebracht worden ist, wird die Scheibe in einer reduzierenden Atmosphäre angeordnet und die Elektrodenzusammensetzung wird bei 12000C bis 13000C gebrannt, bis die TiO2-Cr203-Mischung zu einer elektrisch leitfähigen Schicht reduziert worden ist. Schliesslich werden die Elektrodenzusammensetzung und die Scheibe 1 auf Raumtemperatur abgekühlt. Bei der Ausführung der Erfindung wurde gefunden, dass eine reduzierende Atmosphäre von im wesentlichen reinem Wasserstoff für den beabsichtigten Zweck geeignet ist. Selbstverständlich können auch andere reduzierende Atmosphären verwendet werden, wie beispielsweise eine Atmosphäre aus gekracktem Ammoniak oder andere wasserstoffreiche Atmosphären.
  • Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die reduzierende Atmosphäre wenigstens 50 bis 100 Vol.-% der Atmosphäre bilden sollte, in der die Elektrodenzusammensetzung gebrannt ist, um die Elektrode 2 auf der Scheibe 1 zu bilden.
  • In dem ersten Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens, bei dem die Ventilscheibe 1 vorgebrannt wird, braucht der Brennvorgang nur lange genug fortgesetzt werden, um das ,O2 und Cr203 im wesentlichen zu reduzieren. Es wurde gefunden, dass eine derartige Reduktion stattfindet, wenn die Brenntemperatur f¢År wenigstens eine Stunde auf wenigstens 1200°C gehalten wird.
  • In einem zweiten Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wurde ein Elektrodenpaar auf einem porösen Keramikkörper aus geformtem Siliciumcarbid gebildet, das nicht vorgebrannt war. Auf vorbestimmte Oberflächenbereiche dieses Körpers aus nicht ausgehärtetem Siliciumcarbidmateriaywurde eine Elektrodenzusammensetzung aufgebracht, die aus 50 bis 95 Gew.-% TiO2 und 5 bis 50 Gew.-% Ton bestand, der mit Wasser bis zu einer flüssigen Konsistenz vermischt war. Der poröse Körper 1 und die Elektrodenzusammensetzung wurden dann bei einer Temperatur von wenigstens 12COOC in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt, bis in dem Körper 1 eine keramische Bindung entwickelt wurde. In der Praxis ist eine derartige keramische Bindung in derartigen Scheiben gleichförmig ausgebildet, nachdem diese bei der vorgenannten Temperatur für wenigstens 4 Stunden gebrannt sind. Schliesslich wurden die Scheibe 1 und die dabei entstehenden Elektroden 2 und 3 auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wurden zwei Elektroden auf gegenüberliegenden Flächen einer porösen ausgeformten Scheibe aus Siliciumcarbid aufgebracht, indem eine mit Wasser angefeuchtete Elektrodenzusammensetzung, die aus 20 bis 40 Gew.-% Cr203, 50 bis 70 Gew.-% Je203 und 5 bis 10 Gew.-% Ton bestand, auf die vorgewählten Oberflächen der Scheibe 1 aufgebracht wurden. Diese Elektrodenzusammensetzungen wurden dann bei 12000C bis 12650C in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt, bis das Cr203 und das Fe 203 auf das elektrisch leitfähige Cermet reduziert waren. Die dabei entstehenden Elektroden (2 und 3) und die Ventilscheibe (1) wurden dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • In einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wurde Kohlenstoff an die Stelle gesetzt von Je 203 in der Elektrodenzusammensetzung des vorstehend beschriebenen dritten Beispieles, und die Arbeitsschritte gemäss diesem Beispiel wurden in ähnlicher Weise durchgeführt, wobei hervorragende Ergebnisse entstanden. In verschiedenen anderen Probemassen, die zur Bestimmung einer optimalen Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurden, wurden verschiedene leicht reduzierbare Metalloxide von feuerfesten Metallen anstelle des Ti02 benutzt, das in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens angewendet wurde. Die Verfahrensschritte gemäss diesem Beispiel wurden wiederholt, um mit Erfolg eine wünschenswerte Cermet-Elektrode auf einer porösen, körnigen elektrischen Schaltungsvorrichtung zu bilden, wie beispielsweise der Ventilscheibe 1.
  • Auf Grund der Versuche mit den verschiedenen vorstehend beschriebenen Elektrodenzusammensetzungen wurde gefunden, dass eine optimale Elektrodenzusammensetzung im wesentlichen aus 35 Gew.-% Cr203, 60 Gew.-% TiO2 und 5 Gew.-% Ton besteht, der mit Wasser aufeine flüssige Konsistenz gemischt ist, aufgetragen und dann in der vorstehend in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise gebrannt ist.
  • Auch wenn die vorgenannten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens recht speziell sind, so sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemässe Verfahren ein optimales Mittel liefert, um die Langzeitfestigkeit eines Blockes aus porösem, granuliertem Halbleitermaterial zu vergrössern, wobei dieses Verfahren im allgemeinen beinhaltet, dass eine Mischung aus wenigstens einer Verbindung, die aus leicht reduzierbaren Oxiden-eines feuerfesten Metalls ausgewählt ist, und einer Tonmischung gebildet wird, dann die Mischung mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, angefeuchtet wird und bis zu einer flüssigen Konsistenz vermischt wird. Als nächstes wird die Mischung der Elektrodenzusammensetzung auf einer oder mehreren vorbestimmten Oberflächen des Halbleiterblockes angeordnet und in einer reduzierenden Atmosphäre auf eine Temperatur oberhalb 1200 C erhitzt. Dieser Erhitzungsschritt ist erforderlich, um die Elektrodenzusammensetzung zu reduzieren, um eine Keramik-Metallelektrode zu bilden, die mit der körnigen Oberfläche des Blockes innig verbunden ist. Somit wird sowohl ein neues Verfahren als auch eine ausgezeichnete Elektrodenstruktur vorgeschlagen, die für viele verschiedene Arten von elektrischen Schaltungselementen geeignet ist, wie beispielsweise Widerstände, Kontaktstücke, etc.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass das in Fig. 3 dargestellte elektrische Widerstandselement 8, das einen geformten bzw. gepressten Körper aus porösem, körnigem Material aufweist, durch das erfindungsgemässe Verfahren mit einem im Abstand angeordneten Paar Elektroden 9 und 10 auf gegenüberliegenden Seiten davon versehen werden kann. Der einzige signifikante Unterschied bei der Ausführung der Erfindung beim Widerstand 8 im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Halbleiter 1 besteht darin, dass sich die elektrischen Eigenschaften der Widerstandselemente 8 von den elektrischen Eigenschaften des Halbleiters 1 unterscheiden können.
  • Ansonsten sind die mechanisch festen und die elektrisch einen kleinen Widerstand bildenden Cermet-Elektroden 9 und 10 den Elektroden 2 und 3 ähnlich, die in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 gezeigt sind.

Claims (13)

  1. Ansprüche
    3 Verfahren zur Herstellung wenistens einer Elektrode auf einem porösen Keramikkörper, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass ein poröser Keramikkörper gebildet wird, auf wenigstens eine Oberfläche des Keramikkörpers eine Elektrodenzusammensetzung aufgebracht wird, die aus 0 bis 40 Gew.-% Cr203, 50 bis 90 Gew.-% TiO2 und 0 bis 10 Gew.-% Ton besteht, der mit Wasser zu einer flüssigen Konsistenz gemischt ist, die Elektrodenzusammensetzung bei 1200°C bis 13000C in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt wird, bis das Cr203 und TiO2 zu einer amorphen Cermet-Zusammensetzung reduziert ist, die elektrisch leitend ist, und dann die Elektrodenzusammensetzung auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die reduzierende Atmosphäre aus Gas von Wasserstoff oder gekracktem Ammoniak gebildet wird und wenigstens 50 bis 100 Vol.-% dieses Gases enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Brennvorgang für wenigstens eine Stunde bei wenigstens 12000C fortgesetzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , dass der poröse Keramikkörper ein ungehärteter, gepresster körniger Körper ist ? die Elektrodenzusammensetzung aus 50 bis 95 Gew.-X TiO2 und 5 bis 50 Gcw.-Ton besteht, der mit Wasser zu einer flüssigen Konsistenz gemischt ist und der Körper und die Zusammensetzung bei wenigstens 12000C in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt werden, bis sich eine keramische Bindung in dem Körper entwickelt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch Ii, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Körper Körner aus Siliciumcarbid enthält und der Brennvorgang für wenigstens vier Stunden fortgesetzt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektrode eine mit Wasser angefeuchtete Zusammensetzung ist, die aus 20 bis 40 Gew.-% Cr203, 50 bis 70 Gew.-% Fe203 und 5 bis 10 Gew.-% Ton besteht, der Körper und die Zusammensetzung bei 12000 bis 1265 0C in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt werden, bis das Cr203 und das Je 203 zu einem elektrisch leitenden Cermet reduziert sind, und dann der Körper auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t > dass das Fe203 in der Elektrodenzusammensetzung durch Kohlenstoff ersetzt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass das TiO2 in der Elektrodenzusammensetzung durch ein reduzierbares Oxid eines feuerfesten Metalles ersetzt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Elektrodenzusammensetzung im wesentlichen aus 35 Gew.-% Cr203, 60 Gew.-% TiO2 und 5 Gew.-% Ton besteht.
  10. 10. Nicht-linearer Widerstand, g e k e n n z e i c h ne t d u r c-h einen Körper aus einer Masse von Carbidkörnern aus Siliciumcarbid, Wolframcarbid oder Borcarbid mit wenigstens einer einen kleinen Widerstand aufweisenden Elektrode, die an einem vorbestimmten Oberflächenbereich des Körpers elektrisch leitend befestigt ist, wobei die Elektrode eine Zusammensetzung enthält, die aus wenigstens 30 Gew.-% Ti und20 Gew.-% Cr besteht, die in einer Matrix enthalten sind.
  11. 11. Nicht-linearer Widerstand nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine zweite Elektrode an einem zweiten vorbestimmten Oberflächenbereich des Körpers elektrisch leitend befestigt ist, wobei die ersten und zweiten Bereiche im Abstand zueinander angeordnet sind.
  12. 12. Nicht-linearer Widerstand nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t , dass die Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers befestigt sind.
  13. 13. Nicht-linearer Widerstand nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Körper eine im allgemeinen zylindrische Form aufweist und die Elektroden auf entsprechende Weise an seinen Enden befestigt sind.
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