DE2518894B2 - Heißleiter für hohe Temperaturen - Google Patents
Heißleiter für hohe TemperaturenInfo
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- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
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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 inn allgemeinen aus
Mischoxiden der Elemente Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer bzw. Zink. Diese Oxide und ihre
Mischungen zersetzen sich allerdings: bei Temperaturen oberhalb 6000C, 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 bis
35O0C einzusetzen.
Es ist zwar aus der »Zeitschrift für Elektrochemie« 1959, S. 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 (Ch) in der 4d-Umlauf-Laufbahn
liegt, und die Wertigkeit aller Elektronen der Gruppe (Gi) 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/T),
wodurch sich Schwierigkeiten bei der Temperaturbestimmung
ergeben können.
Aus der DE-OS 1515 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 befindlichen halbleitende Material der Wirkung einer
Flamme ausgesetzt werden. Aus der DE-OS 16 65 275 ist die Verwendung von polykristallinem kubischen
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 Temperaturkoeffiezienten
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 Neodym- und Samariumoxid mit 99,9°/oiger Reinheit der beiden
Komponenten besteht
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält der Heißleiter 20 bis 95 Atom% Neodym.
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 175O0C 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 Neodym- und 99,9%igem Samariumoxid, das 25Atom% Neodym
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 parallel gespannten Drähten aus Platin oder einer Platinlegierung angebracht.
Nach einer Vortrocknung wurde die Thermistorperle bei Temperaturen von 1650 bis 17000C in
oxidierender Atmosphäre gesintert. Je nach dem gewünschtem 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.
Thermistoren wurden in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, wobei das Ausgangsgemisch
50 Atom% Neodym enthielt
In der Figur ist der spezifische Widerstand Rspez der
nach den Ausfühningsbeispielen hergestellten Heißleiter in Abhängigkeit von der Temperatur t im
Temperaturintervall 500 bis 15000C dargestellt Wie der Figur entnehmbar ist, fällt der spezifische Widerstand in
diesem Temperaturbereich von etwa 106 auf etwa
102OhIn cm. Die Kennlinien folgen dabei der für
oxidische Heißleiter üblichen Gleichung !n Rspa = In
A+ B/T, in welcher A und B Materialkonstanten sind
und Tdie absolute Temperatur bedeutet.
Der erfindungsgemäße Heißleiter eignet sich allgemein zur Temperaturmessung und -regelung oberhalb
5000C. 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 in den Ausführungsbeispielen beschriebenen
Perlenform, sondern auch in den anderen bekannten Formen wie z. B. Scheiben oder Röhrchen herstellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Heißleiter für hohe Temperaturen aus einem gesinterten Oxidgemisch der Seltenerdmetalle, d a durch
gekennzeichnet, daß er aus einem Gemisch von Neodym- und Samariumoxid mit 99,9%iger Reinheit der beiden Komponenten
besteht
2. Heißleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß er 20 bis 95 AtOm1Vb Neodym enthält
3. Heißleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 25 bis 50 Atom% Neodym enthält
4. Heißleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er 25 Atom% Neodym
und 75 Atom% Samarium enthält
5. Heißleiter nach einem der Anspräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er SD Atom% Neodym
und 50 Atom% Samarium enthält
10
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