DE2637225B2

DE2637225B2 - Heißleiter für hohe Temperaturen

Info

Publication number: DE2637225B2
Application number: DE19762637225
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1976-08-18
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2637225C3; DE2637225A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißleiter für hohe Temperaturen, der aus einem gesinterten Oxidgemisch von Seltenerdmetallen besteht

Heißleiter im Sinne der Erfindung sind solche elektrischen Widerstände, die einen negativen Temperaturkoeffizienten ihrer Widerstandswerte aufweisen. Heißleiter sind auch unter der Bezeichnung Thermistor oder NTC-Widerstand bekannt Sie bestehen im allgemeinen aus Mischoxiden der Elemente Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer bzw. Zink. Diese Oxide bzw. ihre Mischungen zersetzen sich allerdings bei Temperaturen oberhalb von 60O⁰C, wobei irreversible Änderungen aber bereits schon bei niedrigen Temperaturen auftreten, so daß Oxid-Heißleiter aus diesen Grundstoffen nur bei Temperaturen von höchstens 300 bis 350⁰C eingesetzt werden können.

Zur Messung und Regelung von Temperaturen im Bereich von 300 bis 1100⁰C wurden bisher entweder Pyrometer oder Metallwiderstände oder Thermoelemente verwendet. Pyrometer zeichnen sich allerdings durch eine relativ ungenaue Temperaturmessung aus, wobei eine Temperaturregelung mit ihnen praktisch unmöglich ist. Metallwiderständc haben einen kleinen Temperaturkoeffizienten ihrer Widerstandswerte; deswegen benötigt man bei ihrer Anwendung im allgemeinen Verstärker. Thermoelemente für hohe Temperaturen können schließlich nur aus den — teuren — Platinmetallen angefertigt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Heißleiter der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er aus Terbium- und Ytterbiumoxid besteht.

Es sind zwar auch Heißleiter für 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 (DT-OS 23 33 189) bekannt. Diese Heißleiter haben jedoch einen Varistor-Effekt, d. h., ihre Widerstamdswerte sind nicht nur temperatur- sondern auch spannungsabhängig.

Weiterhin ist in der »Zeitschrift für Elektrochemie« 1959, S. 269 bis 274, eine Untersuchung über die Leitfähigkeit der Seltenen Erden erschienen, ohne daß dort jedoch ein Hinweis darauf enthalten ist, daß Seltene Erden oder Mischungen aus ihnen als Heißleiter geeignet sind.

Die bisher bekannten Heißleiter für hohe Temperaturen sind also entweder zu hochohmig, haben zu geringe Temperaturkoeffizienten ihrer Widerstandswerte oder weisen Varistor-Effekte bzw. Polarisationserscheinungen auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heißleiter anzugeben, der zur Messung und Regelung hoher Temperaturen geeignet ist, und der insbesondere einen großen Temperaturkoeffizienten seiner Widerstandswerte bei einem möglichst niedrigen spezifischen Widerstand besitzt, und der andererseits auch keine Varistor-Effekte und Polarisationserscheinungen aufweist

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält der Heißleiter 10 bis 90 Atom-% Terbium.

Der erfindungsgemäße Heißleiter zeichnet sich ίο dadurch aus, daß er bei einem niedrigen spezifischen Widerstand einen relativ hohen Temperaturkoeffizienten seiner Widerstandswerte aufweist. Ferner hat er keinen Varistor-Effekt und auch beim Anlegen einer Meßspannung zeigen sich keine Polarisationserscheinungen. Da die Seltenen Erden eine sehr hohe Bildungsenthalpie besitzen, wodurch sie sich bei Temperaturen bis zu mindestens 1750⁰C nicht zersetzen, läßt sich der erfindungsgemäße Heißleiter zur Messung und Regelung sehr hoher Temperaturen einsetzen.

Weiterhin können die erfindungsgemäßen Heißleiter zusätzlich bis zu zwei Gew.-% Kalziumoxid als Mineralisator enthalten, ohne daß sich ihre elektrischen Werte bzw. Eigenschaften wesentlich ändern.

Ausführungsbeispiel 1

Ein Gemisch aus Terbium (Reinheit 99,9%)- und Ytterbium (Reinheit 99,9%) -Oxid, das 10 Atom-% Terbium enthält, wird in Salzsäure aufgelöst und gemeinsam als Oxalat ausgefällt. Das gefällte Oxalat wird abfältriert, bei einer Temperatur von 900⁰C kalziniert und anschließend fein gemahlen. Zur Herstellung von Thermistoren wird 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 wird die Thermistorperle bei Temperaturen von 1550 bis 1700⁰C in oxidierender Atmosphäre gesintert. Je nach gewünschtem Anwendungsgebiet kann die gesinterte Perle mit einem Glasüberzug versehen oder in ein Glas-, Quarz-, Aluminiumoxid- oder ähnliches Gehäuse eingebaut werden. Dies empfiehlt sich besonders, wenn der Heißleiter zur Temperaturmessung bzw. -regelung aggressiver Medien verwendet werden soll.

Ausführungsbeispiel 2

Thermistoren werden in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispie! 1 hergestellt, wobei das Ausgangsgemisch 30 Atom-% Terbium enthält.

Ausführungsbeispiel 3

Thermistoren werden in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, wobei das Ausgangsgemisch 40 Atom-% Terbium enthält.

In der Figur ist der spezifische Widerstand Ä_jpez der nach den Ausführungsbeispielen hergestellten Heißleiter in Abhängigkeit von der Temperatur t dargestellt. Wie den Kennlinien zu entnehmen ist, ändern sich die Widerstandswerte des erfindungsgemäßen Heißleiters im gesamten Temperaturbereich stetig.

Der erfindungsgemäße Heißleiter eignet sich allgemein zur Temperaturmessung und -regelung für Temperaturen oberhalb von 200⁰C. Als besondere

b5 Anwendungsgebiete seien die Abgasentgiftung in der Kraftfahrzeug-Industrie, Schmelzofen in der Glas-Industrie, Backöfen bei Haushaltsgeräten und die Metallurgie in der chemischen Industrie genannt.

Der erfindungsgemäße Heißleiter läßt sich nicht nur •n der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Perlenform, sondern auch in den anderen bekannten Formen wie z. B. Scheiben, Stäbe oder Röhrchen herstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Heißleiter für hohe Temperaturen aus einem gesinterten Oxidgemisch von Seltenerdmetallen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Terbium- und Ytterbiumoxid besteht.

2. Heißleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 10 bis 90 Atom-% Terbium enthält

3. Heißleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich bis zu zwei Gew.-% Kaliumoxid enthält