DE2518865B2 - Heißleiter für hohe Temperaturen - Google Patents
Heißleiter für hohe TemperaturenInfo
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Description
15
Die Erfindung betrifft einen Heißleiter für hohe Temperaturen aus einem gesinterten Oxidgemisch der
Seltenerdmetalle.
Ein derartiger Heißleiter ist aus der DE-OS 14 65 389
bekannt.
Als Heißleiter werden solche Widerstände bezeichnet, die einen negativen Temperaturkoeffizienten ihrer
Widerstandswerte aufweisen. Andere Bezeichnungen für derartige Widerstände sind Thermistor- bzw.
NTC-Widerstand. Sie bestehen im allgemeinen aus Mischoxiden der Elemente Mangan, Eisen, Kobalt,
Nickel, Kupfer bzw. Zink. Diese Oxide und ihre Mischungen zersetzen sich allerdings bei Temperaturen
oberhalb 600° C, so daß Oxid-Heißleiter aus diesen Grundstoffen für höhere Temperaturen nicht geeignet
sind. Da irreversible Änderungen aber bereits bei niedrigeren Temperaturen auftreten können, ist es
empfehlenswert, diese Heißleiter bei höchstens 300 oder 350° C einzusetzen.
Es ist zwar aus der »Zeitschrift für Elektrochemie« 1959, Seiten 269 bis 274, bekannt, daß die Leitfähigkeit
der Seltenen Erden mit steigender Temperatur zunimmt, jedoch ist dort kein Hinweis darauf gegeben, daß
die seltenen Erden oder Mischungen aus ihnen als Heißleiter geeignet sind.
Weiterhin sind Heißleiter für höhere oder hohe Temperaturen bekannt, die aus einer seltenen Erde
unter Zusatz von Zirkon-Oxid hergestellt sind. Insbesondere sind solche aus Yttrium-Zirkon-Oxid (GB-PS
8 74 882) und Praseodym-Zirkon-Oxid (DE-OS 23 33 189) bekannt. Diese bekannten Heißleiter haben
jedoch einen Varistor-Effekt, d. h, ihre Widerstandswerte sind nicht nur temperatur- sondern auch
spannungsabhängig.
Der aus der DE-OS 14 65 389 bekannte Heißleiter besteht aus einer festen Lösung von Oxiden mehrwertiger
Metalle entsprechend einer Formel MO · M'O', wobei M und M' aus einer Gruppe solcher mehrwertiger
Metalle (Gi) ausgewählt sind, von denen wenigstens die Wertigkeit eines Elektrons in der 3d-Umlauf-Laufbahn
liegt, während die Wertigkeit wenigstens eines der Elektrone der Gruppe (G2) in der 4d-UmIauf-Laufbahn
liegt, und die Wertigkeit aller Elektronen der Gruppe (G3) ausschließlich in den s- und p-Umlauf-Laufbahnen
liegen. Zusätzlich enthält der Heißleiter einen kleinen Anteil von etwa 5 Mol-% oder weniger wenigstens
eines den Widerstand modifizierenden Metalloxides. Von den Seltenerdmetallen erfüllen lediglich Skandium
und Yttrium die Bedingungen für M bzw. M'. Die Kennlinien dieser Heißleiter folgen nicht der für
oxidische Heißleiter üblichen Gleichung
(In R= In A +B/I),
wodurch sich Schwierigkeiten bei der Temperaturbestimmung
ergeben können.
Aus der DE-OS 15 15 354 ist ein Verfahren zur Herstellung eines temperaturempfindlichen Widerstandes
sehr geringer Abmessungen bekannt, bei welchem zwei elektrisch leitende Elemente in geringem Abstand
zueinander angeordnet werden und auf die einander zugekehrten Enden dieser Elemente ein Tropfen einer
Dispersion eines halbleitenden Materials aufgebracht wird, woraufhin die genannten Enden und das darauf
befindliche halbleitende Material der Wirkung einer Flamme ausgesetzt werden. Aus der DE-OS 16 65 275
ist die Verwendung von polykristallinem kubischem Siliziumkarbid als NTC-Widerstand und aus der DE-OS
22 03 118 ein Thermistor aus kristallinem Bor bekannt Hinweise auf die Verwendung von Seltenerdmetallen
für die Herstellung von Thermistoren sind diesen Druckschriften nicht zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heißleiter der eingangs angegebenen Art zur Messung und Regelung
hoher Temperaturen anzugeben, der keinen Varistor-Effekt aufweist, einen großen Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes hat, einen möglichst niedrigen spezifischen Widerstand besitzt und dessen Kennlinie
der für oxidische Heißleiter üblichen Gleichung folgt
Diese Aufgabe wird bei einem Heißleiter der
eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er aus einem Gemisch von Cer- und
Gadoliniumoxid mit 99,9%iger Reinheit der beiden Komponenten besteht
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält der Heißleiter 1 bis 50 Atom-% Cer.
Der erfindungsgemäße Heißleiter läßt sich bis zu sehr hohen Temperaturen einsetzen. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß sich die seltenen Erden bei Temperaturen bis zu mindestens 175O°C nicht zersetzen, da sie sehr
hohe Bildungsenthalpien besitzen. Weiterhin hat der Heißleiter gemäß der Erfindung bei hohen Temperaturen
einen verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerstand, und er weist keinen Varistoreffekt auf. Der
Vorteil des großen Temperaturkoeffizienten macht ihn den herkömmlich bei hohen Temperaturen verwendeten
Thermometallen bzw. Thermoelementen überlegen.
Ein Gemisch aus 99,9%igem Cer- und 99,9%igem
Gadoliniumoxid, das 12,5 Atom-% Cer enthielt wurde in Salzsäure aufgelöst und gemeinsam als Oxalat
ausgefällt Das gefällte Oxalat wurde abfiltriert bei einer Temperatur von 9000C kalziniert und anschließend
fein gemahlen. Zur Herstellung von Thermistoren wurde das kalzinierte und gemahlene Oxidgemisch mit
einem geeigneten Bindemittel versehen und als Perle zwischen zwei parallelgespannten Drähten aus Platin
oder einer Platinlegierung angebracht Nach einer Vortrocknung wurde die Thermistorperle bei Temperaturen
von 1700° C in oxidierender Atmosphäre gesintert. Je nach dem gewünschten Anwendungsgebiet kann die
gesinterte Perle mit einem Glasüberzug versehen oder in ein Glas- bzw. Quarzgehäuse eingebaut werden. Dies
empfiehlt sich besonders, wenn der Heißleiter zur Temperaturmessung aggressiver Medien verwendet
werden soll.
Widerstandes Rspez eines nach dem Ausführungsbeispiel
hergestellten Heißleiters von der Temperatur t im Temperaturintervall von 500 bis 15000C dargestellt.
Wie der Figur entnehmbar ist, fällt der spezifische Widerstand in diesem Temperaturbereich von ca. 107
auf ca. 102Ohmcm. Die Kennlinie folg ι dabei der für
oxidische Heißleiter üblichen Gleichung
InAj(KZ= \nA + B/T,
in welcher A und B Materialkonstanten sind und Γ die absolute Temperatur bedeutet.
in welcher A und B Materialkonstanten sind und Γ die absolute Temperatur bedeutet.
Der erfindungsgemäße Heißleiter eignet sich allgemein zur Temperaturmessung und -regelung oberhalb
500° C. Wenn er in ein Gehäuse eingebaut ist, können die Temperaturen aggressiver Gase, wie z. B. Kraftfahrzeugabgase,
gemessen werden.
Der erfindungsgemäße Heißleiter läßt sich nicht nur in der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Perlenform,
sondern auch in den anderen bekannten Formen, wie z. B. Scheiben oder Röhrchen, herstellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Heißleiter für hohe Temperaturen aus einem gesinterten Oxidgemisch der Seltenerdmetalle, d a durch
gekennzeichnet, daß er aus einem Gemisch von Cer- und Gadoliniumoxid mit 99,9%iger Reinheit der beiden Komponenten
besteht
2. Heißleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 1 bis 50 Atom-% Cer enthält
3. Heißleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 12,5 Atom-% Cer und 87,5
Atom-% Gadolinium enthält
IO
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- 1976-04-27 FR FR7612419A patent/FR2309962A1/fr not_active Withdrawn
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