JPH08288103A - 電気抵抗素子 - Google Patents
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Abstract
と。 【解決手段】 少なくとも1個の高温帯と、少なくとも
2個のリードイン導体とを含み、該高温帯が、モリブデ
ンとタングステンとを含み化学式:MOx W1-xSi2
[式中、xは0.5〜0.75である]で示される均質
なケイ化物材料を含む、ケイ化モリブデン型の電気抵抗
素子であって、総重量の10〜40%が化合物:ホウ化
モリブデン又はホウ化タングステンの少なくとも1種に
よって置換され、該化合物がケイ化物材料中に粒子形状
で存在することを特徴とする前記電気抵抗素子。
Description
の電気抵抗素子に関する。この点で、本発明は、本質的
にケイ化化合物から構成され、モリブデンが該ケイ化化
合物の金属成分の主要部分を成す素子に関する。
該技術分野において長い間知られている。これらの主要
な用途はいわゆる高温用途、主として、約1,700℃
の温度において稼働するオーブンに見い出される。この
ような抵抗素子はスウェーデン特許明細書第458,6
46号に開示されており、この特許ではケイ化物中でモ
リブデンが部分的にタングステンによって置換されてい
る。この物質は、化学式:Mox W1-x Si2 を有する
均質な物質である。この化学式において、モリブデンと
タングステンとは同一形態であり、したがって、同じ構
造において相互に交換可能である。したがって、この物
質はMoSi2 とWSi2 との両物質の混合物を構成し
ていない。この特許明細書による素子は商品名:Kan
thal Super1900で販売されている。
粉末状態で存在する。この粉末を結合剤(例えば、ポリ
マー又は粘土)及び水と混合した後に、押出成形する。
押出成形した物質を次に乾燥させ、不活性雰囲気又は酸
化性雰囲気中で1,400〜1,800℃の温度に加熱
し、それによって粒子を共に焼結させる。
された種類の抵抗素子は酸化性雰囲気中で1,850℃
までの温度においてオーブン内で用いることができ、極
めて良好な寿命を示す。これは例えば、それぞれ6mm
と9mmの加熱帯を有するKanthalの標準素子に
用いられる。より短い滞留時間の場合には、1,900
℃までの温度が可能である。それぞれ3mmと4mmの
加熱帯直径を有する標準素子3/6又は4/9のよう
な、より細長い又は薄い素子も1,900℃の温度にお
いてより短い時間使用可能であるが、例えば実験用炉の
ように、別々の加熱期間と冷却期間とを組合せて最高使
用温度における長い寿命を必要とする機能素子としての
それらを使用すると、有効最大温度は3/6素子の場合
には1,830℃に、4/9素子の場合には1,850
℃に限定される。
理由は、操作中に物質の表面にシリカ層の形成を生じ
る、物質の表面酸化に本質的に関係する。
素子の表面上に二酸化ケイ素(SiO2 )が放物線状の
成長速度で成長し、加熱素子の横断面の寸法に関係な
く、同表面に留まる。素子が1,850℃の温度におい
て数百時間、操作された後に、0.1〜0.2mmの厚
さまで良好に成長する層が形成されがちである。この物
質が室温まで冷却されると、シリカ層は硬化し、それに
よって、基体材料の熱膨張係数とシリカ表面の熱膨張係
数との間の顕著な差の結果として加熱素子の基体材料に
張力がかかる。シリカ表面の熱膨張係数は0.5x10
-6であるが、基体材料の熱膨張係数は(7〜8)x10
-6である。
増大する。引張り応力が前記材料の機械的強度を越える
ときに基体材料に破壊が生じ、このような破壊はシリカ
表面がある一定の臨界厚さを越えて成長するときに生じ
る。より細長い素子の場合には、粗大な又は厚い素子の
場合よりも、シリカ表面が基体材料に比べて大きい横断
面積部分を占める。したがって、細長い素子の場合に
は、粗大な又は厚い素子の場合よりも、同じ作用温度及
び同じ稼働条件において一般に、非常に迅速にシリカ層
の臨界厚さに達する。
機械的強度を高めることによって、一部はシリカ層の成
長を低下させることによって、このような抵抗素子をか
なり改良する。このように、本発明は、少なくとも1個
の高温帯と、少なくとも2個のリードイン導体とを含
み、該高温帯が、モリブデンとタングステンとを含み化
学式:MOx W1-x Si2 [式中、xは0.5〜0.7
5である]で示される均質なケイ化物材料を含む、ケイ
化モリブデン型の電気抵抗素子であって、総重量の10
〜40%が化合物ホウ化モリブデン又はホウ化タングス
テンの少なくとも1種によって置換され、該化合物がケ
イ化物材料中に粒子形状で存在することを特徴とする電
気抵抗素子に関する。
る。本発明は、少なくとも1個の高温帯と、少なくとも
2個のリードイン導体とを含むケイ化モリブデン型の電
気抵抗素子に関する。該高温帯は、モリブデンとタング
ステンとを含み化学式:MOx W1-x Si2 [式中、x
は0.5〜0.75である]で示される均質なケイ化物
材料を含む。
化合物:ホウ化モリブデン又はホウ化タングステンの少
なくとも1種によって置換されている。本発明による
と、上記化合物はケイ化物材料中に粒子形状で存在す
る。このことは、化合物が、均質なケイ化物材料の粉末
粒子に機械的に結合する個別の粒子であることを意味す
る。上記焼結プロセスによって、結合が得られる。
W1-x Si2 から成る素子に比べて少なくとも25%改
良されることが、意外にも判明した。例えば、25重量
%のWBの添加は室温における曲げ強度を450MPa
から600MPaまで増加させる。本発明の好ましい1
実施態様によると、xが0.6〜0.7であり、好まし
くは0.66である。
20%、好ましくは15%を成すことが好ましい。原料
の現在の価格のために、前記化合物の少なくとも主要部
分がホウ化モリブデンから成ることが好ましい。ホウ化
タングステンはホウ化タングステン類:WB、W2 B、
WB2 又はW2B5 の1種以上である。ホウ化モリブデ
ンがホウ化モリブデン類:MoB、Mo2 B、MoB2
及びMo2 B5 の1種以上であることができる。
タングステンがWBであることが、原料の現在の価格を
考慮すると、好ましい。本発明の他の好ましい実施態様
によると、上記リードイン導体は素子の構成材料と一致
する物質からも製造される。
growth)はKanthal 1900 Superによ
って経験される酸化成長よりも低い。極度に高い温度
(すなわち、1,800℃を越える温度)における本発
明の素子の酸化成長はKanthal 1900 Su
perによって経験される酸化成長よりも50〜60%
まで低い。したがって、時間の関数として、シリカ層の
成長によって生ずる機械的強度の巨視的低下は、本発明
の組成物の場合には、特に極端な高温においてずっと低
い。
えば3/6素子及び4/9素子のような、比較的細長い
素子であっても、1880〜1900℃までの極端な温
度条件において多重サイクルにわたって、長時間用いる
ことを可能にする。3/6素子及び4/9素子とは、そ
れぞれ、3mmと4mmの加熱帯直径を有する素子を意
味する。
ブデンが基体材料の機械的強度と、シリカ層の成長と、
これらによる素子の全体強度とに及ぼす有利な効果のた
めに、高い使用温度が可能になる。これによって、序文
に挙げた電気抵抗素子に関する改良が本発明によって達
成される。
Claims (8)
- 【請求項1】 少なくとも1個の高温帯と、少なくとも
2個のリードイン導体とを含み、該高温帯が、モリブデ
ンとタングステンとを含み化学式:MOx W 1-x Si2
[式中、xは0.5〜0.75である]で示される均質
なケイ化物材料を含む、ケイ化モリブデン型の電気抵抗
素子であって、総重量の10〜40%が化合物:ホウ化
モリブデン又はホウ化タングステンの少なくとも1種に
よって置換され、該化合物がケイ化物材料中に粒子形状
で存在することを特徴とする前記電気抵抗素子。 - 【請求項2】 xが0.6〜0.7であり、好ましくは
0.66である請求項1記載の電気抵抗素子。 - 【請求項3】 1種以上の前記化合物が総重量の10%
〜20%、好ましくは15%である請求項1又は2に記
載の電気抵抗素子。 - 【請求項4】 前記化合物の少なくとも主要部分がホウ
化モリブデンから構成される請求項1〜3のいずれかに
記載の電気抵抗素子。 - 【請求項5】 ホウ化モリブデンがMoB、Mo2 B、
MoB2 及びMo2B5 の1種以上のホウ化モリブデン
である請求項1〜4のいずれかに記載の電気抵抗素子。 - 【請求項6】 ホウ化タングステンがWB、W2 B、W
B2 又はW2 B5 の1種以上のホウ化タングステンであ
る請求項1〜4のいずれかに記載の電気抵抗素子。 - 【請求項7】 ホウ化モリブデンがMoBであり、ホウ
化タングステンがWBである請求項1〜6のいずれかに
記載の電気抵抗素子。 - 【請求項8】 前記リードイン導体が、素子が一般に構
成される材料に一致する材料から構成される請求項1〜
6のいずれかに記載の電気抵抗素子。
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