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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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mit einem körnigen Hauptkörper.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand
der folgenden Beschreibung und der Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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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.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ventil scheibe
und zeigt eine ihrer Elektroden.
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)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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.