DE2538966A1 - Verfahren zur herstellung elektrischer temperaturfuehler - Google Patents
Verfahren zur herstellung elektrischer temperaturfuehlerInfo
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- Y10S205/917—Treatment of workpiece between coating steps
Description
ALEXANDER R. HERZFELD 6 Frankfurt a. m. so
Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. Y., USA
Corning, N. Y., USA
Verfahren zur Herstellung elektrischer Temperaturfühler
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Temperaturfühlers mit positivem Temperaturkoeffizient des
Widerstandes.
Widerstandes.
Bekannte Temperaturfühler, welche den temperaturabhängigen
elektrischen Widerstand messen, z. B. Thermistoren, PN-Übergangstransistoren,
gewickelte Widerstände u. a. m.
haben verschiedene Nachteile. Thermistoren besitzen geringe Wärmebeständigkeit und Wiederholbarkeit, sie sind teuer in der Herstellung und haben meistens negative Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. Transistoren haben geringe Wiederholbarkeit und ebenfalls negative Temperaturkoeffizienten. Widerstände mit Drahtwicklung haben eine starke
Veränderlichkeit des Widerstandes als Folge mechanischer
Vibration oder Schwingung, schwache Wärmebeständigkeit
und sind ebenfalls teuer in der Herstellung.
haben verschiedene Nachteile. Thermistoren besitzen geringe Wärmebeständigkeit und Wiederholbarkeit, sie sind teuer in der Herstellung und haben meistens negative Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. Transistoren haben geringe Wiederholbarkeit und ebenfalls negative Temperaturkoeffizienten. Widerstände mit Drahtwicklung haben eine starke
Veränderlichkeit des Widerstandes als Folge mechanischer
Vibration oder Schwingung, schwache Wärmebeständigkeit
und sind ebenfalls teuer in der Herstellung.
6098U/0808
Die Herstellung der bekannten Wärmefühler ist meist aufwendig
und kapitalintensiv, und z. B. im Falle von Thermistoren arbeiten sie nicht linear.
Die Erfindung hat ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Temperaturfühlern zur Aufgabe, welche sich
durch einen positiven Temperaturkoeffizient des Widerstandes, eine geringe Veränderlichkeit des elektrischen Widerstands
infolge mechanischer Vibrationen, hohe Wärmebeständigkeit und Wiederholbarkeit, sowie lineare Ansprechbarkeit
auszeichnen.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren der Erfindung dadurch gelöst, daß auf ein dielektrisches Substrat eine elektrisch
leitende Metalloxidschicht und auf diese eine Schicht eines oder mehrerer der Metalle Nickel, Chrom, Platin, Zirkon,
Zink, Molybdän, Eisen aufgebracht und das ganze auf bis zu 75O°C erhitzt wird.
Die Figur 1 zeigt im Längsschnitt ein dielektrisches Substrat mit einer ersten Metalloxidschicht, und die Figur 2
dieses mit einer zweiten Metalloxidschicht über der ersten Schicht.
Die Figuren 3 und 4 zeigen im Längsschnitt zwei verschiedene
Ausbildungen des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers.
609814/0808
Eine weitere Ausgestaltung desselben zeigt die Figur 6 in perspektivischer Ansicht.
Die Figur 6 zeigt als Schaubild das Verhältnis von Widerstand (Senkrechte) und Temperatur eines typischen Temperaturfühlers
der Erfindung.
Das dielektrische Substrat kann aus Glas, Keramik, Glaskeramik oder organischem Material, z.B. verträglichen Kunststoffen
bestehen, und kann zylindrisch, rohr- oder plattenförmig sein. Die elektrisch leitende Metalloxidschicht besteht
vorzugsweise aus Zinn- Antimonoxid mit 0,5 - 6,5 Gew. % Antimongehalt, und gegebenenfalls weiteren Oxidzusätzen wie
Indium-, Eisen, Nickel-, Cadmi-um-, Zinkoxid, oder anderen, gut haftenden und mit dem Substrat und der Metallschicht vereinbaren
Oxiden mit einer Resistivität kleiner als etwa 100 Ohm/Quadrat. Geeignet sind z.B. auch die Schichten der
US-PS 3,217,281, 2,564,706, 2,564,707, 2,915,730, 2,934,736. Für die Erfindungen kommen grundsätzlich Resistivitätswerte
von etwa 1-100 Ohm/Quadrat in Frage.
Auf die erste Schicht 12 wird eine Metallschicht 14 aufgebracht;
diese besteht vorzugsweise aus Chrom, Zirkon, Zink, Molybdän, Eisen, Platin oder anderen Edelmetallen. Sie kann
durch chemischen oder Vakuumniederschlag, Sputtern, Elektro- ' plattioren usw. aufgebracht werden. Zur besseren Haftung und
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chemischen Bindung der beiden Schichten wird die Oberfläche
der ersten Schicht 12 zunächst sorgfältig gereinigt, um wasserlösliche und -unlösliche Filme, Öle und andere
Verunreinigungen zu entfernen, z.B. durch eine basische Vorwäsche, gefolgt von einer sauren Nachwäsche, z.B.
Natriumsäuresulfat in Wasser mit einem Netzmittel, Natrium- oder Kaliumwasserstoffsulfat, als saure, wässerige
NaOH oder Natriumkarbonat als basische Wäsche. Das Substrat wird z.B. in jedes Waschbad je 10 Minuten eingetaucht
und jedesmal mit Wasser nachgespült, und das Substrat dabei vorzugsweise im Bad bewegt.
Nach Aufbringen der zweiten Schicht 14 wird das Substrat wieder gründlich mit Wasser gewaschen und an der Luft getrocknet.
Zur Wärmebehandlung wird das beschichtete Substrat dann in einen Ofen gebracht. Die Wärmebehandlung
richtet sich nach der Zusammensetzung der Metallschicht, z.B. maximal 450 C während 5 Minuten bei Nickelschichten,
oder bis zu 750° während 20 Minuten bei Platinschichten. Diese Wärmebehandlung verbessert die Bindung und Struktur,
insbesondere Dichte und Korngröße des Metalls, wie auch Korngrenzflächenverunreinigungen und damit wichtige elektrische
Eigenschaften wie z.B. den Temperaturkoeffizient des Widerstandes, die Resistivität, und die langfristige
Stabilität.
- 5 60981/4/0809
Anschließend können die so behandelten Schichten nach Maßgabe
des gewünschten Widerstandswertes spiralförmig gewickelt werden, z.B. mechanisch, durch Laser usw.
Mit Kappen 20, 22 werden dann die Anschlüsse 16, 18 befestigt. Zuletzt kann das Element mit einer dielektrischen
Schutzschicht 24 versehen werden, z.B. aus Silikonen, Alkyden, Polyester, Epoxy, Urethan, Fluorpolymeren, Polyimiden
und dergleichen.
In der weiteren Ausgestaltung der Figur 4 ist das Substrat 32 des Temperaturfühlers 30 rohrförmig ausgebildet. Eine
Endkappe 34 wird auf die Schicht 14 am einen Ende des Elements aufgesetzt. Eine zweite Endkappe 36 mit einer
mittleren Öffnung 38 wird auf die Schicht 14 auf das andere Ende gesetzt. An der Kappe 36 ist der Anschluß 26,
an der Kappe 34 der in gleicher Richtung aber durch das Rohrinnere geführte Anschluß 28 befestigt. Ein dielektrischer
Ring 40 kann in der Öffnung 38 vorgesehen sein und verhindert einen elektrischen Kontakt zwischen dem
Anschluß 28 und der Kappe 38.
In der zweiten Ausgestaltung der Figur 5 ist das Substrat flach oder plattenförmig. Nach Aufbringen der Schichten 44,
46 werden an entgegengesetzten Enden im Kontakt mit der oberen, metallischen Schicht 46 die Anschlüsse 48, 50 angebracht.
Gegebenenfalls kann der Stromweg zwischen den
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Anschlüssen durch Entfernen von Teilen der Schichten entsprechend
den gestrichelten Linien 52 der Figur 5 vergrößert werden.
Ein als Beispiel hergestelltes typischen Element hatte das Widerstands-Temperaturverhältnis der Figur 6, sowie sehr
gute Vibrationsfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Wiederholbarkeit, bei niedrigen Herstellungskosten, linearer
Ansprechbarkeit und positivem Temperaturkoeffizient des Widerstandes.
6098U/0808
Claims (8)
- Patentansprüche[ 1./Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Temperaturfühlers, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein dielektrisches Substrat (10) eine elektrisch leitende Metalloxidschicht (12) und auf diese eine Schicht (14) eines oder mehrerer der Metalle Nickel, Chrom, Platin, Zirkon, Zink, Molybdän, Eisen aufgebracht und das ganze auf bis zu 7500C erhitzt wird.
- 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringen der Metallschicht die Metalloxidschicht in eine Base getaucht und gespült und sodann in eine Säure getaucht und gespült wird.
- 3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Niederschlag aus der Dampfphase, Elektroplattieren oder Sputtern aufgebracht wird.
- 4. Verfahren- gemäß Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Nickel besteht.6098U/0808253896a
- 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus Zinn-Antimon mit einer Resistivität bis zu 100 Ohm/Quadrat besteht.
- 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem alkalifreien Glas besteht.
- 7. Verfahren gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromweg zwischen beiden Schichten durch spiralförmige Wicklung vergrößert wird.
- 8. Verfahren gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Substrat mit Anschlüssen versehen und einer dielektrischen Schutzschicht umgeben wird, über welche die Anschlüsse hinausreichen.60981 A/0808Leerseite
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