DE623410C

DE623410C -

Info

Publication number: DE623410C
Application number: DE1927H0110875
Authority: DE
Priority date: 1926-04-28
Filing date: 1927-04-04
Publication date: 1935-12-20
Also published as: GB293652A; FR633048A; BE341603A; GB270301A; CH128404A

Description

Es sind bereits mehrfach elektrische Widerstände und Heizkörper bekanntgeworden, welche durch Formen und Brennen von durch Zusätze elektrisch leitend gemachten keramischen Massen hergestellt werden. Als leitende Zusätze wurden dabei Kohlenstoff oder Metalle vorgeschlagen. Das sind Stoffe, die bei den hohen Temperaturen, wie sie für das Brennen keramischer Massen erforderlieh sind, oxydiert werden. Dasselbe gilt auch für eine bekannte Eisen-Silicium-Legierung mit niedrigem Siliciumgehalt (beispielsweise 15 bis 20 °/₀), die sich bezüglich der Oxydation wie Metall (Eisen) verhält. Die rohen Körper mußten deshalb zum Schutz gegen Oxydation unter Luftabschluß gebrannt werden, d. h. unter Bedingungen, die sich in keramischen Brennöfen schwer verwirklichen lassen. Der Erfinder hat früher elektrische Widerstände beschrieben, bei denen zerstörende Einflüsse auf das Widerstandsmaterial dadurch vermieden werden, daß ein Leiter, bestehend aus leitenden Stoffen und als Bindemittel wirkenden Zusätzen, in eine nichtleitende keramische Masse üblicher Art eingebettet wird. Es handelt sich dort um die Verwendung zweier getrennter Massen, die so angeordnet sind, daß die keramische Schutzmasse die Leitermasse «mschließt. Die Leitermasse bsitzt dabei nicht den Charakter einer keramischen Masse.

Gemäß dem Verfahren nach vorliegender Erfindung werden elektrische Widerstände und Heizkörper aus einer einzigen Masse geformt, die in jeder Hinsicht als keramische Masse anzusprechen ist und sich wie bekannte keramische Massen verarbeiten läßt. Das Brennen wird dabei in allgemein üblicher · Weise vorgenommen; insbesondere kommen · Schutzmaßnahmen gegen Oxydation in Wegfall. Das Verfahren beruht auf der Anwendung von Silicium bzw. einer hochprozentigen Siliciumlegierung, die den gebräuchlichen keramischen Massen in feinpulvriger 'oder körniger Form beigemischt wird. Dieses EIement und seine Legierungen, soweit sie hohen Siliciumgehalt aufweisen, sind gegen Oxydation in hohem Grade beständig im Gegensatz zu den Metallen und Metallegierungen. Die verwendeten keramischen Rohmaterialien sind nicht als Bindemittel anzusehen, sondern das Silicium bildet einen Bestandteil der keramischen Masse im Sinne der in der Keramik gebräuchlichen Magerungsmittel. Es besteht deshalb die uneingeschränkte Möglichkeit, elektrisch leitende Körper, d. h. Widerstände bzw. Heizkörper in jeder Form und Größe, z. B. als Stäbe, Rohre, Platten oder Gefäße, genau in derselben Weise herzustellen, in welcher solche Artikel aus gebräuchlichen keramischen Massen, z. B. Steinzeug, angefertigt werden.

Die Herstellung von elektrischen Widerständen aus einem Gemisch von Silicium und keramischer Rohmasse bot indessen bisher. große Schwierigkeiten. Wird z. B. ein Ton

oder eine Steinzeugmasse mit Siliciumpulver vermischt, - so kann auf der Bruchfläche der geformten Körper nach dem Brennen keine Oxydation des Siliciums - wahrgenommen werden, dennoch sind solche Körper elektrisch vollständig nichtleitend. Auch wenn im Gemisch eine große Menge Silicium enthalten ist, kann am fertigen Produkt keine merkliche Leitfähigkeit festgestellt werden. Es ίο wind vermutet, daß sich die einzelnen SiIiciumteilchen mit einer äußerst feinen, mit bloßem Auge unsichtbaren Oxydhaut überziehen, welche den Stromdurchgang verhindert. Leitende Körper können gelegentlich dadurch erhalten werden, daß das Silicium in körniger Form angewendet wird. Dabei ist esjedoch nicht möglich, einen zuverlässigen, bestimmten Widerstandswert zu erzielen, und diese Körper zeigen den weiteren Übelstand, daß der Widerstandswert - mit steigender Temperatur rasch abnimmt.

Es ist deshalb ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß denr Gemisch von keramischem Rohmaterial und Silicium eine leicht schmelzbare Sustanz bzw. ein Flußmittel hinzugefügt wird, Einzig und allein durch diese Beimischung zum Gemisch von Silicium und keramischer Rohmasse erhält man Körper, die den Strom leiten, und zwar gleichgültig, ob Silicium in pulverisierter oder körniger Form verwendet wird. Die Leitfähigkeit hangt auch nicht mehr ab von Zufällen, sondern eine bestimmte Zusammensetzung ergibt unter gleichbleibenden Umständen stets einen bestimmten spezifischen Widerstand. Als Flußmittel eignen sich besonders Borsäureverbindungen, z. B. Borax. Es empfiehlt sich jedoch; wasserunlösliche Fritten anzuwenden, die in bekannter Weise durch Zusammenschmelzen von Borsäure oder Boraten mit anderen Stoffen gebildet werden.

Der Zweck und die Wirkung solcher Flußmittel unterscheiden sich hier grundsätzlich von dem, was in anderen Fällen mit ähnlichen Mitteln angestrebt wurde. Es handelte sich dort darum, die Oxydation von Metallen zu verhindern. Ein Schutz gegen Oxydation ist beim vorliegenden Verfahren nicht notwendig. Es ist oben darauf hingewiesen worden, daß Gemische von Silicium und Ton ohne Flußmittel nach dem Brennen keine feststellbare Oxydation des Siliciums· zeigen, aber sie sind elektrisch nichtleitend. Der Zusatz eines leicht schmelzbaren Flußmittels hat hier die· überraschende Wirkung, daß elektrisch leitende Materialien resultieren aus Massen, die sonst nichtleitende Körper ergeben.

Als Beispiel möge folgende Zusammensetzung dienen: 30 Teile Silicium oder Ferrosilicium mit 90 bis 95 °/₀ Si, 55 Teile Ton, Teile leicht schmelzbare Boratf ritte.

Die Materialien werden in Pulverform miteinander gemischt. Durch Anfeuchten mit Wasser erhält man eine plastische Masse, die sich bequem in jede gewünschte Gestalt bringen läßt. Die so geformten Körper werden getrocknet .und bei 1250 bis 1350⁰ gebrannt. Durch Veränderung des Gehaltes der Mischung an Silicium ader Siliciumlegierung kann der spezifische Widerstand des Materials innerhalb weiter Grenzen gewählt werden. Wichtig ist auch die Tatsache, daß durch geeignete Bemessung des Zusatzes an leicht schmelzbarer Substanz der Temperaturkoeffizient des Widerstandes beeinflußt werden kann. Die bisher bekannten Widerstandsmaterialien, welche aus einem Gemisch von Leitern und Nichtleitern zusammengesetzt sind, besitzen ausnahmslos einen stark negativen Temperaturkoeffizienten. Es ist dabei häufig, daß der Widerstand solcher Körper bei Rotglut nur noch ein Viertel oder ein Zehntel des Wertes bei gewöhnlicher Temperatur beträgt. Solche Widerstände sind für die meisten Zwecke nicht geeignet. Es ist deshalb ein großer Vorteil der Widerstände gemäß der Erfindung, daß sie nach Belieben mit positivem, mit schwach negativem Temperaturkoeffizienten oder mit nahezu konstantem Widerstand hergestellt werden können. Durch wachsende Zusätze von Flußmittel wird der Temperaturkoeffizient des Widerstandes in positivem Sinne verschoben.

Zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Masse kann dem Gemisch in an sich bekannter Weise ein Zusatz von'Metallen oder Legierungen beigefügt werden, insbesondere Chromlegierungen, z. B. Ferrochrom. Ein solcher Zusatz wirkt außerdem günstig auf die Temperaturwechselbeständigkeit des Widerstandsmaterials.

Die auf diesem Wege erzielte höhere Leitfähigkeit-ist bekanntlich besonders erwünscht an den Kontaktstellen der Widerstände, die . mit der Stromzuführung in Verbindung ge- 10g bracht werden. Die bereits vorgeschlagene Maßnahme, an solchen Stellen einen Silberdraht einzulegen, ist im vorliegenden Falle nicht anwendbar, weil die Brenntemperatur weit über dem Schmelzpunkt des Silbers liegt. Hingegen besteht ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer sicheren Verbindung mit der Stromzuführung darin, daß man an den Kontaktstellen bzw. Enden der Widerstandskörper, die gegebenenfalls aus einer besser leitenden Masse gebildet werden, vorspringende Stifte oder Drähte aus einer hitzebeständigen Legierung einbettet, die sich beim Brennen mit der Widerstandsmasse verbinden.

Die Widerstände werden wie keramische Erzeugnisse, z. B. in Form von Röhren,

Muffeln, Gefäßen, Schmelztiegel u. dgl., hergestellt, bei denen die Wandung zugleich den Leiter bzw. den Widerstand bildet.

Um solche Behälter elektrisch zu isolieren gegenüber ihrem Inhalt und gegen Berührung von außen, können sie in bekannter Weise mit Glasuren versehen werden, und zwar können dieselben vor dem Brennen aufgetragen oder auf dem schon gesinterten Körper

ίο eingebrannt werden.

Es ist somit für die Zwecke der Elektrotechnik und der elektrischen Heizung ein Material geschaffen, das durch seine einfache Herstellungsart und die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich des spezifischen Widerstandes und des Temperaturkoeffizienten für verschiedene Zwecke verwendet werden kann.

Claims

Patentansprüche:
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i. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstands- und Heizkörpern aus keramischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man aus keramischen Rohstoffen, Silicium oder einer Siliciumlegierung mit mindestens 70 °/₀ Si-Gehalt und einem Zusatz von leicht schmelzbaren, insbesondere borathaltigen Stoffen, eine keramische Masse bildet, welche nach gebräuchlichen keramischen Arbeitsmethoden geformt und in üblicher Weise, also ohne besondere Schutzmaßnahmen gegen Oxydation, gebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit des .-js Gemisches in an sich bekannter Weise durch Zusatz von Metallen oder Legierungen, insbesondere einer Chromlegierung, erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die geformte Masse an den Kontaktstellen vorspringende Stifte aus einer hitzebeständigen Legierung eingebettet werden, die sich beim Brennen mit dem Widerstandsmaterial verbinden.