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Elektrisches Widerstandsmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsmaterial aus einer verformbaren
Kupferlegierurg, welches bei erhöhten Temperaturen bessere Eigenschaften aufweist.
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Die weiter unten näher zu erläuternden Legierungen können im Hinblick
auf den durch die Anwesenheit von Mangan bewirkten erhöhten spezifischen elektrischen
Widerstand und wegen der durch das Aluminium hervorgerufenen Verzunderungsbeständigkeit
mit Vorteil für elektrische Widerstände verwendet werden. So sind die elektrischen
Eigenschaften von o bis ro°/° Aluminium und 4 bis i60/° Mangan, enthaltenden Legierungen
bereits untersucht worden, und gewisse Legierungen dieser Art wurden als elektrisches
Widerstandsmaterial im Handel verwendet.
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Es wurde nun festgestellt, daß die Eigenschaften solcher Legierungen,
und zwar insbesondere deren Beständigkeit hinsichtlich der elektrischen und mechanischen
Eigenschaften, bei Temperaturen im Bereich von 40o bis 50o° durch Hemmen des Kornwachstums
verbessert werden können, was durch Einschluß geeigneter Zusätze zu den Legierungen
erreicht werden kann. Dadurch wird eine wesentlich längere Lebensdauer des Materials
und ein verbessertes Widerstandsvermögen gegen Vibrationen gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Widerstandsmaterial ist dadurch gekennzeichnet,
daß es aus einer verformbaren, höchstens 0,2% Silicium aufweisenden Kupferlegierung
besteht, die o,1 bis 3°/° Aluminium, 5 bis i5°/0 Mangan, ein das Kornwachstum bei
erhöhten Temperaturen hemmendes Mittel, Rest mindestens 8o0/0 Kupfer enthält.
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Dieses elektrische Widerstandsmaterial kann erhalten werden, indem
eine durch Zusammenschmelzer
von o,i bis 30/0 Aluminium, 5 bis i50/0
Mangan von mindestens 98°/o Reinheit, 0,05 bis i0/0 eines das Kornwachstum bei erhöhten
Temperaturen hemmenden Mittels und mindestens 8o0/0 Kupfer enthaltende, höchstens
0,2% Silicium aufweisende Legierung erstarren gelassen und verformt wird.
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Das das Kornwachstum hemmende Mittel kann ein geeignetes Element,
wie z. B. Chrom oder Titan, oder eine Verbindung sein, wie beispielsweise Aluminiumoxyd,
Magnesiumoxyd, Ceroxyd oder Eisensilicid, und soll zweckmäßig in Mengen von
0,05 bis i,0°/0 zugegen sein.
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In den Legierungen kann bis o,20/0 Silicium vorhanden sein doch ist
die Abwesenheit dieses Eletnentes vorzuziehen. Um das Desoxydieren und das Reinigen
der Schmelze sicherzustellen, können bis zu o,50/0 Phosphor, bis zu o,50/0 Zink
oder Kadmium oder bis zu o,20/° Magnesium zugesetzt werden. Zinn kann ebenfalls
als Verunreinigung bis zu o,20/0 zugegen sein. Verwendet man ein anderes, das Kornwachstum
hemmendes Mittel als Eisensilicid, so kann auch Eisen als Verunreinigung bis zu
o,50/0 zugegen sein.
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Die Legierungen lassen sich in bekannter Weise herstellen und das
Chrom oder Titan kann als Vorlegierung mit Kupfer zugesetzt werden, während die
Verbindungen in Pulverform in die Schmelze eingetragen werden können.
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Die Legierungen können in bekannter Weise zu Draht, Bändern, Stangen
oder Streifen verarbeitet werden, wobei man jedoch bei deren Herstellung und Verarbeitung
zweckmäßig gewisse Vorsichtsmaßnahmen ergreifen wird. So ist es vorteilhaft, Mangan
von mindestens 980/0 Reinheit, beispielsweise elektrolytisches Mangan oder Mangankupfer
von hohem Reinheitsgrad, zu verwenden, um den Siliciumgehalt der Legierung innerhalb
der obenerwähnten erlaubten Grenzen zu halten. Es wurde nämlich festgestellt, daß
bei einem o,20/0 übersteigenden Siliciumgehalt nachteilige Wirkungen sowohl auf
den Fabrikationsprozeß der Legierungen, beispielsweise unter Bildung von Kantenrissen
beim Warmwalzen, als auch auf deren Wärmebeständigkeit, z. B. Verursachung von Veränderungen
im elektrischen Widerstand und dessen Temperaturkoeffizienten, nach Einwirkung von
Betriebstemperaturen von mehr als 300° ausgeübt werden. Ferner ist darauf zu achten,
daß die Bildung von Kupfer- und Kupferoxydausscheidungen an der Oberfläche während
des Herstellungsprozesses verhindert wird, da derartige Ausscheidungen den elektrischen
Leitungswiderstand und die Temperaturkoeffizienten des Widerstandes der Legierungen
beeinträchtigt und außerdem bei den Ziehoperationen durch rasche Beschädigung der
Ziehmatrizen Schwierigkeiten zur Folge hat. Aus diesem Grunde werden alle Reinigungs-und
Beizvorgänge mit äußerster Sorgfalt durchgeführt, indem man vorzugsweise wäßrige
Lösungen von Dichromat und verdünnte Schwefelsäure oder wäßrige Lösungen von Natriumbifluorid
und Schwefelsäure hierzu verwendet.
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Die vorzügliche Wirkung, welche durch Zugabe von das Kornwachstum
hemmenden Mitteln erzielt wird, wird in der folgenden Tabelle gezeigt, aus welcher
die Verringerung des Kornwachstums dank der Anwesenheit von Chrom während der Herstellung
und bei Einwirkung einer hohen Temperatur deutlich hervorgeht.
| Korngröße in |
| Millimcter nach |
| Legierung Zusammensetzung So o% Kaltverformen |
| Nr. und Ausglühen |
| hei 750' |
| Cu Mn Al Cr während i Stunde |
| i 88 1o 2 o,10 |
| 2 |
| 87,6 1 10 2 0,4 |
| 0,025 |
Elektrische Widerstandsmaterialien gemäß Erfindung eignen sich besonders für solche
Fälle, wo ein längeres Arbeiten bei Zoo bis 400° und ein sehr niedrigerWiderstandstemperaturkoeffizient
erforderlich sind. Die Zugabe des das Kornwachstum hemmenden Mittels hat keine schädliche
Einwirkung auf die Wärmebeständigkeit der Legierungen; in manchen Fällen wird sogar
eine günstige Wirkung auf das Aufrechterhalten von konstanten elektrischen Eigenschaften
nach einem längeren Arbeiten bei höheren Temperaturen erzielt. So können diese Materialien
für die Spannungsregulierung in allen Arten von elektrischen Instrumenten, Apparaten,
Schaltgeräten, Shuntinstrumenten u. dgl. dienen. Sie eignen sich ferner für alle
Arten von Widerständen, deren Eigenschaften während ihrer Lebensdauer konstant bleiben
sollen.