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Elektrischer Schichtwiderstand und Verfahren zu seiner Herstellung
Bei elektrischen Schichtwiderständen wird auf einem isolierenden Tragkörper eine
leitende Schicht aufgebracht, -die entweder aus aneinandergelagerten fein unterteilten
Metallen, Kohlenstoffteilchen oder auch aus Mischungen zwischen solchen leitenden
Teilen und Bindemitteln nichtleitender Art, z. B. einem härtenden Harz, bestehen
kann. Große Bedeutung haben die sogenannten Kohleschichtwiderstände erlangt, bei
denen. meist auf einem keramischen Stäbchen Kohlenstoffschichten durch thermische
Zersetzung aus gasförmigen Kohlenstoffverbindungen niedergeschlagen sind. Mit dieser
Art von Widerständen kann man einen sehr großen Widerstandsbereich erfassen. Für
extrem hohe Widerstände müssen besondere Maßnahmen in Anwendung kommen während kleine
Widerstandswerte nach diesem Verfahren deswegen nicht gefertigt werden können, weil
infolge des hohen spezifischen Widerstandes der Kohlenstoffschicht die Schichtstärken
so. groß werden, @daß sie auf der Unterlage schleicht haften und leicht abblättern.
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Bei der Herstellung kleiner Widerstandswerte müssen daher andere Wege
beschritten werden, die bisher darin bestanden, an. Stelle des Kohlenstoffes einen
Stoff besserer Leitfähigkeit, nämlich Metall, zu benutzen. Der Unterschied zwischen
den spezifischen WIderständen, von Kohlenstoff und Metall ist jedoch so groß, daß
auch ,durch Metallschichten nur mit allergrößten Schwierigkeiten die geforderten
Widerstandsgrößen hergestellt werden können. Vor allem werden wegen der guten Leitfähigi1ceit
der Metallschichten, selbst
wenn man diese extrem dünn; herstellt,
die Abmessungen des Widerstandskörpers unverhältnismäßig groß.
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Die Erfindung, die sich zum - Ziel gesetzt hat, den Bereich in den
Widerstandswerten, :der weder von den reinen Kohlenstoffschichten noch von den reinen.
Metallschichten überdeckt werden kann, fertigungsmäßig zu erfassen, geht von zusammengesetzten
Widerstandsschichten aus, wie sie an sich für andere Zwecke und aus anderen Gründen
in anderer Aufbauweise bekannt sind. Nach denn Kennzeichen :der Erfindung besteht
ein Widerstand aus einem nichtleitenden Tragkörper, auf welchem über einer Metallschicht
eine im thermischen Niederschlagsverfahren gewonnene Kohlenstoffschicht angeordnet
ist. Die Metallschicht, die zunächst auf dein -Tragkörper an--' gebracht ist, kann
in irgendeiner der bekannten Arten hergestellt sein. Beispielsweise kamt; diese
Schicht durch thermische Metallaufdampfung erzeugt sein.. Sie kann jedoch auch galvanisch
aufgebracht werden, wozu jedoch erforderlich ist, daß die Oberfläche des nichtleitenden
Tragkörpers zuvor leitend gestaltet wird. Dies kann durch eine dünne Kohlenstoffschicht
geschehen, die in :der Art der üblichen Hartkohleschichten, nämlich -durch Zersetzung
von Kohlenwasserstoffgasen bei höherer Temperatur, niedergeschlagen wird. Bis hierher
würde :der Widerstand einem an sich bekannten Metallschichtwi@derstand. entsprechen.
Dieser hat jedoch einen zu geringen Widerstand, weil :die Metallschicht außerordentlich
gut leitet. Auf dieser Metallschicht wird dann erfindungsgemäß eine Kohlenstoffachicht
angeordnet, die durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffgas erzeugt ist.
Diese Maßnahme hat für die Wirkungsweise und die Eigenschaften des Widerstandes
verschiedene Bedeutung. Zunächst wird wegen der für die Zersetzung des Kohlenwasserstoffgases
notwendigen. Temperatur die auf dem Tragkörper befindliche Metallschicht mindestens
teilweise gesintert und :dadurch gleichzeitig eine Alterung, d. h. eine Stabilisierung
der Metallwiderstandsschicht herbeigeführt. Weiterhin wird überraschenderweise der
Widerstandswert dieser Metallschicht, der, wie vorher ausgeführt wurde, zu gering
ist, durch das Aufbringen der Kohlenstoffschicht erhöht. Die Erhöhung beträgt rund
eine Zehnerpotenz und ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die in atomarer
Form vorhandenen= Kohlenstoffteilchen in das Gefüge der Metallschicht eindringen,
diese mindestens an der Oberfläche durchwachsen und dadurch die Erhöhung,des Widerstandswertes
herbeiführen, sofern nicht überhaupt Metall-Kohlenstoff-Verbindungen bzw. -Legierungen
in Form von Mischkristallen entstehen, die die beschriebene Erscheinung verursachen.
Endlich aber bildet die ,als letzte Schicht aufgebrachte Kohlenstoffschicht eine
ausgezeichneteSchutzschicht für die darunterliegende Metallschicht. Sowohl Feuchtigkeit
als auch chemische Einflüsse durch den Luftsauerstoff, durch Lösungsmittel aus Schutzlacküberzügen
u. dgl. mehr werden von der empfindlichen Metallschicht ferngehalten. Außerdem 'bildet
die Kohlenstoffsch.icht infolge ihrer natürlichen Härte einen mechanischen Panzer
für die leicht verletzliche Metallschicht.
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Die Metallschicht ihrerseits kann nun aus irgendeinem beliebigen,
für den gewünschten Zweck besonders geeigneten Metall bestehen. Es ist auch möglich,
an Stelle einer einheitlichen Metallschicht eine Legierungsschicht oder eine zusammengesetzte
Schicht zu verwenden, wenn man bestimmtes Verhalten hinsichtlich des Temperaturbeiwertes
wünscht. Als zweckmäßig haben sich z. B. Kupferschichten mit Nickelüberzug bewährt.
Bei der Herstellung von Widerständen nach dem Kennzeichen der Erfindung geht man
so vor, daß man ;den Trägerkörper zunächst in bekannter Art, beispielsweise- unter
Verwendung von Flußsäure, ätzt, so daß sich eine rauhe Oberfläche ergibt. Darauf
wird dann auf :den Trägerkörper eine Metallschicht nach irgendeinem der bekannten
Verfahren aufgebracht. Hiernach werden die soweit fertiggestellten Widerstandsstäbe
in einem Bekohlungsofen bekohlt, wobei Temperaturen in der Größenordnung von etwa
zooo° C benutzt werden. Durch diese Temperatur wird einerseits erreicht, daß sich
Glanzkohle@abscheidungen bilden und weiterhin, daß die Metallschicht mindestens
zum Teil z.usammensintert und -altert. Nach der Fertigstellung des Widerstandes
bis dahin wird dieser gegebenenfalls mit einem Lacküberzug versehen, nachdem vorher
oder auch nachher :die Widerstandsschicht, z. B. durch Einschleifen einer Wendel,
in einen gewünschten langen Widerstandsweg aufgeteilt ist. Bei den Untersuchungen
ergab sich, daß der Widerstandswert von nur mit einer Metallschicht versehenen.
Widerstandsträgern bei einer bestimmten Größe ao,z Ohm betrug. Durch Anwendung einer
darüber angeordneten thermisch niedergeschlagenen Kohlenstoffschicht erhöhte sich
der Wert des Widerstandes auf ungefähr o,2 Ohm.
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E!s sei erwähnt, daß die Benutzung von abwechselnd aufgebrachten Kohlenstoff-
und Metallschichten für Widerstandszwecke bekannt ist. In diesem Fall handelte es
sich jedoch darum, den Temperaturbeiwert des Widerstandes zu beeinflussen. Auch
war die getroffene Aufbauanordnung anders als die in der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Bekannten handelte es sich um eine auf einen Teil .einer Kohlenstoffschicht
aufgebrachte Metallschicht, die infolge ihres positiven fiemperaturverhaltens das
entgegengesetzte Verhalten der Kohlenstoffschicht kompensieren kann. Der gleiche
Effekt kann -naturgemäß auch bei den Widerständen der vorliegenden Erfindung festgestellt
werden.
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Anwendung finden die Widerstände kleiner Widerstandswerte vor allem
in der Kurzwellentechnik. Sie haben jedoch auch Bedeutung als Widerstände in Meßeinrichtungen
u. dgl. mehr.
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In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch einen stabförmgem. Widerstand
gemäß der Erfindung wiedergegeben. a ist :der nichtleitende, mit aufgerauhter Oberfläche
versehene Tragkörper, b die darauf aufgebrachte Metallschicht und c die
darüber
angeordnete Kohlenstoffschicht, die zum Teil in die Metallschicht -b eingedrungen
ist, was durch die Punkte d angedeutet sein soll.