DE2826803B2 - Kohleschichtwiderstand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht auf einen Kohleschichtwiderstand definierten Widerstandswertes, bestehend aus einer auf ein nicht-leitendes Substrat aufgebrachten Kohlenstoffschicht mit einer darüberiiegenden Abdeckschicht aus einem anorganischen siliciumhaltigen Material und einer darüber angeordneten elektrisch isolierenden Schicht, sowie aus Elektroden, die mit der Kohlenstoffschicht in Kontakt stehen.

Aus der US-PS 32 44 559 ist ein Kohleschichtwiderstand dieser Art bekannt Bei diesem Kohleschichtwiderstand schließt die elektrisch isolierende Schicht, die z. B. aus einer Glasumhüllung bestehen kann, die darunterliegende Kohlenstoffschicht mit Abdeckschicht luftdicht ab. Die Abdeckschicht besteht bei diesem bekannten Kohleschichtwiderstand aus einem hochschmelzenden Metalloxid, das durch Zersetzung einer organischen Verbindung erhalten ist Die Glasumhüllung ist notwendig, weil die Abdeckschicht aus einem hochschmelzenden Oxid, z. B. Siliciumdioxid, die freigelegten Seitenkanten der Kohlenstoffschicht, nachdem der Widerstand durch örtliches Abschleifen, Einkerben und dgl. der Kohlenstoffschicht auf den gewünschten Wert gebracht worden ist, nicht mehr vor Einwirkung der Atmosphäre schützt

Der Vollständigkeit halber wird noch auf die Vorveröffentlichungen DE-GM 66 09 623 und US-PS 36 37 423 hingewiesen.

Aus dem DE-GM 66 09 623 ist ein Kohleschichtwiderstand bekannt mit einer Kunststoffumhüllung. Da der Härter dieser Kunststoffumhüllung während des Aushärtens für die elektrischen Eigenschaften des Widerstandes scnädliche Ausscheidungen zeigt, ist es erforderlich, eine zusätzliche Schutzschicht aus einem ebenfalls auszuhärtenden Phenolharzlack unter der Kunststoffumhüllung anzubringen. Hier handelt es sich also um eine mehrschichtige Umhüllung, für deren Herstellung mehrere zeitaufwendige Arbeitsgänge erforderlich sind.

Aus der US-PS 36 37 423 ist ein Verfahren bekannt zur pyrolytischen Abscheidung von Siliciumnitrid auf Graphit- und Molybdänsubstraten. Graphit-, Molybdän- und Wolfram-Werkstücke sind sehr gut geeignet für Hochtemperaturanwendungen (Heizstäbe für öfen, Wendel in Glühlampen), bedürfen aber einer Oberflä-

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Vakuum betrieben werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kohleschichtwiderstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß er unter Beibehaltung des nur einen Arbeitsgang umfassenden Verfahrens der pyrolytischen Abscheidung der Kohlenstoff- und der Abdeckschicht durch eine einfach aufzubringende elektrisch isolierende Schicht nach dem Abgleich sicher gegen Umwelteinflüsse geschützt ist

ίο Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Abdeckschicht aus Siliciumnitrid und die Umhüllung aus einer organischen Lacksehichi besteht, die auch die sich senkrecht durch die Kohlenstoff- und Abdeckschicht erstreckenden schmalen Abgleichschlit-

ze ausfüllt

Der Widerstand kann auf übliche Weise durch Abschleifen, Einkerben oder in anderer Weise auf den gesünschten Wert abgeglichen werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine

Umhüllung aus einer organischen Lackschicht ausreichend ist um den Widerstand gegen Außeneinflüsse zu schützen und daß ein luftdichter Verschluß, wie er bei der in der vorgenannten US-PS 32 44 559 beschriebenen Konstruktion notwendig ist, überflüssig ist Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung liegt die Dicke der Siliciumnitridschicht zwischen 0,05 und 0,5 μΐη. Dieser Dickenbereich hat sich als optimal erwiesen; bei einer Schichtdicke <0,05μπι ist der Schutz der Kohlenstoffschicht nicht mit Sicherheit

JO gewährleistet, eine Schichtdicke > 0,5 μπι hat sich als nicht erforderlich erwiesen.

Die Widerstände werden auf bekannte Weise hergestellt.
Zylindrische Körper aus keramischem Material werden mit einer Kohlenstoffschicht durch Niederschlagen von Kohlenstoff aus der Gasphase versehen. Dann wird eine Siliciumnitridschicht, ebenfalls durch Niederschlagen aus der Gasphase, angebracht. Die Dicke der aufgebrachten Schicht kann z. B. zwischen 0,05 und 0,5 μΐη liegen. Dann werden kappenförmige Elektroden auf die Enden des Zylinders aufgeschoben. Die Widerstände werden dadurch auf den gewünschten Wert gebracht, daß ein Teil der Kohlenstoffschicht entfernt wird, während der Widerstandswert kontinuierlich gemessen wird. Die Umhüllung wird dadurch erhalten, daß die Widerstände mit einer einzigen Lackschicht überzogen werden. Der Lack kann z. B. aus einem Epoxyharz bestehen. Die Widerstände nach der Erfindung wurden einem beschleunigten Feuchtigkeitsversuch unterworfen. Dabei hat sich herausgestellt, daß der Widerstandswert bei Widerständen mit einem Widerstandswert von mehr als 1000 kQ um weniger als 1% zunimmt, wenn der Widerstand anschließend während einer Stunde auf Nennspannung belastet wird, nachdem diese Widerstände während einer Stunde in siedendes Wasser eingetaucht worden waren. Wenn keine Siliciumnitridschicht angebracht wird und nur fünf übereinander angebrachte Lackschichten hoher Güte vorhanden sind, nimmt der Widerstandswert unter

to diesen Bedingungen um mindestens 10% zu.

In gewissen Fällen wird die Kohlenstoffschicht dabei sogar beschädigt.

Die Widerstände nach der Erfindung weisen eine hohe Beständigkeit gegen Überlastung und eine geringe Empfindlichkeit für elektrochemische Korrosion auf. Sie haben eine lange Lebensdauer bei erhöhter Betriebstemperatur.

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Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur im Schnitt eine Ausführungsform eines Kohleschichtwiderstandes nach der Erfindung zeigt

In der Figur haben die Ziffern die folgende Bedeutung:

1 = zylindrischer keramischer Körper,

2 = Kohlenstoffschicht,

3 = Abdeckschicht aus Siliciumnitrid,

4 = Elekt/rjdenkappen,

5 = Stromleiter,

6 = Lackschicht

Ausführungsbeispiel

Eine Vielzahl zylindrischer Körper 1 aus einem keramischen Material auf Basis von Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Länge von 5 mm werden in einer sich drehenden Trommel einem Gasstrom aus 1 Vol.-°/o Methan (CH₄). Rest Stickstoff (N₂), bei 1050^cC und einem Druck von 1 Atm. ausgesetzt Nachdem eine Kohlenstoffschicht von etwa 0,08 μπι abgelagert worden ist wird der methanhaltige Gasstrom durch einen Gasstrom aus 18 Vol.-% Ammoniak (NH₃), 0,15 Vol.-% Silan (SiH₄), Rest Stickstoff (N2), ersetzt und wird die Temperatur auf 900° C gebracht Die Körper mit einer Siliciumnitridschicht 3 mit einer Dicke von 0,1 μπι werden mit metallenen Elektrodenkappen 4 versehen, die über die Enden gedruckt werden, wodurch die Siliciumnitridschicht 3 stellenweise entfernt und ein guter elektrischer Kontakt mit der Kohlenstoffschicht erhalten wird. Dann werden Stromleiter 5 durch Widerstandsschweißen an den Elektrodenkappen befestigt

Anschließend werden die Widerstände dadurch auf den gewünschten Wert gebracht, daß unter kontinuierlicher Widerstandsmessung in der Kohlenstoffschicht eine spiralförmig verlaufende Nut eingeschnitten wird. Die fertigen Widerstände werden anschließend mit

in einer einzigen Lackschicht auf Basis eines Epoxyharze überzogen.

Widerstände, die auf diese Weise mit einem Widerstandswert von 1 ΜΩ hergestellt wurden, wurden für die Dauer von einer Stunde in Wasser mit einer Temperatur von 100⁰C eingetaucht Danach wurden die Widerstände in einem Raum mit einer relativen Feuchtigkeit von 95% eine Stunde lang mit Nennspannung (250 V) belastet Die Widerslandszunahme betrug maximal 0,5%. Bei Widerständen ohne Siliciumnitridschicht nahm der Widerstandswert um mindestens 10% zu. Es stellte sich aber heraus, daß auch Widerstandsschichten unterbrochen waren. Wenn die Widerstände derart an der Luft belastet werden, daß sie rotglühend werden, stellt sich heraus, daß bei Widerständen nach der Erfindung bei Abkühlung der Widerstandswert wieder den ursprünglichen Pegel annimmt. Wenn keine Siliciumnitridschicht vorhanden ist verbrennt die Kohlenstoffschicht vollständig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patemansprüche:

1. Kohleschichtwiderstand definierten Widerstandswertes, bestehend aus einer auf ein nicht-leitendes Substrat aufgebrachten Kohlenstoffschicht mit einer darüberiiegenden Abdeckschicht aus einem anorganischen siliciumhaltigen Material und einer darüber angeordneten elektrisch isolierenden Schicht, sowie aus Elektroden, die mit der Kohlenstoffschicht in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht aus Siliciumnitrid und die Umhüllung aus einer organischen Lackschicht besteht, die auch die sich senkrecht durch die Kohlenstoff- und Abdeckschicht erstreckenden schmalen Abglcichschlitze ausfüllt.

2. Kohlenstoffschichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Siliciumnitridschicht zwischen 0,05 und 0,5 um liegt