PL25967B1

PL25967B1 - Tworzywo na oporniki elektryczne w postaci mieszaniny spieczonej o ujemnym wspólczynniku cieplnym opornosci, oraz sposób wytwarzania oporników z tego tworzywa.

Info

Publication number: PL25967B1
Application number: PL25967A
Authority: PL
Filing date: 1935-07-12
Publication date: 1938-01-31

Description

Do sporzadzania oporników elektrycz¬ nych o ujemnym wspólczynniku cieplnym opornosci uzywa sie czesto dwutlenku ura¬ nu (U02). Dwutlenek uranu, o ile jest, u- mieszczony w atmosferze redukujacej wzglednie obojetnej, posiada stale te same wlasciwosci elektryczne. Oprócz duzych zalet dwutlenek uranu posiada tez jednak i pewne wady; tak np. duzy ciezar wlasci¬ wy zmusza do szczególnie mocnego umoeO'- wywania oporników duzych rozmiarów; poiza tym cena samego materialu oporowe¬ go jest dfosc wysoka. Zachodzi zatem po¬ trzeba wyszukania innych pólprzewodni¬ ków, które wykazuja ujemne wspólczyn¬ niki cieplne opornosci elektrycznej i któ¬ re posiadaja zalety dwutleilku uranu, nie posiadaja natomiast jego wad. Przy poszu¬ kiwaniu tych pólprzewodników powstaja trudnosci w zwiazikui ze sprawa niezmien¬ nosci; wlasciwosci chemicznych, poniewaz oporniki z omawianych pólprzewodiników zostaja czesto wbudowane jako dodatkowe w wariatory, aby skompensowac skutki do¬ datniego wspólczynnika cieplnego oporno¬ sci meterialu oporowego opornika glówne¬ go wariatorów, a; mianowicie ograniczyc do poizadanej miary natezenie pradu naitych-#i§si R0f feS^Swlazeniu, poniewaz nateze- „Niiie pradu mpgloby; wj przeciwnym razie ^siajjnac wartosc nadfnierna w poczatko¬ wym zimnym stanie opornika glównego, W takich wariatoracih wymienione pólprze¬ wodniki musza przeto w wysokiej tempera¬ turze byc odporne na dzialanie wodoru, którym wypelnione sa wariatory. Tlenki metali, które nie zmieniaja sie w atmosfe¬ rze redukujacej lub obojetnej i w podwyz¬ szonej temperaturze, y np. W02, W205, Mo205 i V203, posiadaja najczesciej duza przewodnosc wlasciwa, przy czym ich wspólczynnik cieplnjy opornosci elektrycz¬ nej, jezeli jest ujemny, to posiada niewiel¬ ka was^cb^^ posiada wartosc zero, nieraz zas jest nawet dodatni, posiadajac mala wartosc bezwzgledna.Stwierdzono jednak, ze przy zastoso¬ waniu spieczonej mieszaniny cial przewo¬ dzacych i nieprzewodzacych o odpowied¬ nim skladzie mozna otrzymac material o- ponowy, wykazujacy równiez wysoki ujem¬ ny wspólczynnik cieplny opornosci elek¬ trycznej, jak i dwutlenek uranu, a pod nie¬ którymi wzgledami wykazujacy nawet wyz¬ szosc nad tym ostatnim, Wedlug wynalazku spieczona mieszanina,, stanowiaca tworzy¬ wo takich oporników, sklada sie najwyzej w 75% z jednego lub kilku nizszych tlen¬ ków metali o opornosci wlasciwej, wyno¬ szacej najwyzej 10 omów na 1 cm2 prze¬ kroju i 1 cm dlugosci, nie redukujacych sie do czystych metali w wodorze w zakresie temperatur od 800°C do 1500°C, a w 25% sklada sie z substancji izolacyjnej, nie rozkladajacej sie podiczas fabrykacji (wy^ palanie redukujace w temperaturze do 1 700°C) i podczas uzytkowania (ogrzewa¬ nie pradem elektrycznym do temperatury od' 400°C do 800°C), a posiadajacej opor¬ nosc wlasciwa, wieksza niz 105 omów na 1 cm2 przekroju i 1 cm dlugosci. Prak¬ tycznie celowe jest wytwarzanie omawia¬ nych oporników w ten sposób, iz skladniki tworzywa opornika, które w oporniku go¬ towym maja objac role przewodników fTA- du, miesza sie ze skladnikami nieprzewo- dzacymi pradu nie w ostatecznej postaci chemicznej tych pierwszych, lecz w posta¬ ci zwiazków o wyzszym stopniu utlenienia, przewaznie na razie jeszcze nieprzewodza¬ cych pradu, po czym otrzymana mieszani¬ ne stlacza sie w formach lub wtryskuje do form, a nastepnie wypala sie ja w atmo¬ sferze redukujacej. Podczas tego wypala¬ nia!, które w przypadku tej postaci wyko¬ nania wynalazku odbywa sie juz po me¬ chanicznym uformowaniu kadluba oporni¬ ka, nieprzeWodzace zwiazki o wyzszym stopniu utlenienia, przechodza w dobrze przewodzace zwiazki o nizszym stopniu utlenienia. Azeby podczas uzytkowania! o- pornika utrzymac w nim jego nizej utle¬ nione przewodzace skladniki w niezmienio¬ nej postaci, celowe jest umieszczenie opor¬ nika w atmosferze redukujacej lub oboje¬ tnej.Bardzo dobre wyniki otrzymano z tlen¬ kiem tytanu o nizszym stopniu utlenienia.W celu otrzymania materialu Oporowego', zawierajacego taki tlenek tytanfi, korzy¬ stne jest zmieszanie nieprzewodizacego dwutlenku tytanu Ti02 z jakims tlenkiem równiez nieprzewodzacym, ale niezmiennym w srodowisku redukcyjnym, np. z tlenkiem wapniowca, tlenkiem glinowca, dwutlen¬ kiem krzemu, tlenkiem cyrkonu, tlenkiem hafnu, tlenkiem toru, pieciotlenkiem tanta¬ lu, tlenkiem chromu (Cr203/, tlenkiem manganu (MnO), lub z kilkoma sposród tych tlenków. Co sie tyczy uzycia, tlenku chromu, to nalezy zauwazyc, ze tlenek chromu Cr20s zajmuje polozenie wyjatko¬ we w tym sensie, iz, w przeciwienstwie do iiimych wymienionych tlenków, oddaje nad¬ miar tlenu przy redukcji mieszaniny spie¬ czonej w strumieniu wodoru i staje sie przez to nieprzewodzacym, podczas gdy przy zwyklej obróbce, to znaczy podczas wypa¬ lania w warunkach utleniajacych, np, w powietrzu, pozostaje przewodnikiem; z te- — 2 —go tez powodu zostal cm tu przytoczony jako skladnik .przewodzacy w mieszani¬ nach spieczonych.Mieszanine tlenków, które po wypaleniu maja stanowic przewodzace i nieprzewo- dzace skladniki tworzywa opornika, for¬ muje sie przez stlaczanie lub natryskiwa¬ nie. Wskazane jest wypalanie otrzymanych w ten sposób kadldbów najpierw w atmo¬ sferze utleniajacej, np. w powietrzu. W ten sposób otrzymuje sie nieprzewodzace ka¬ dluby ceramiczne o bardzo, wielkiej wytrzy¬ malosci mechanicznej. Postepowanie po¬ wyzsze posiada te zalete, ze skladniki mieszaniny w wyzszych temperaturach u- jawniaja w stosunku do siebie rózne kwa¬ sowosci, wskutek czego posiadaja ÓAznosó do wchodzenia ze soba w zwiazki o cha¬ rakterze soli, np. tworzac tytanian magne¬ zu, wskutek czego w calej masie kadluba opornika zachodzi pewnego rodzaju pro¬ ces chemiczny. W wyniku tego procesu wielkosc ziaren wykonczonego ceramicz¬ nego produktu jest niezalezna od mniej lub wiecej przypadkowej wielkosci ziaren materialów wyjsciowych. Po tym wypala¬ niu wstepnym otrzymany kadlub obrabia sie w takiej temperaturze, iz dwutlenek ty¬ tanu przechodzi przy slabym odtlenianiu w przewodzacy tlenek o nizszym stopniu utlenienia (o wzorze smarycznym TiOx f w którym x jest zawarte miedzy 1 a 2) f pod¬ czas gdy dodany tlenk nieprzewodzacy pozostaje bez zmiany. Jezeli stosuje sie mieszanine dwutlenku tytanu z tlenkiem magnezu, to wyzarzanie odbywa sie w at¬ mosferze wodónu w temperaturze 800 — — 1 500°C, Otrzymuje sie w ten sposób bardzo dokladne rozdzielenie dobrze prze¬ wodzacego skladnika TiO x (gdzie x lezy pomiedzy 1 lub 2) w tlenku, nieprzewodza- cym równiez i w wysokich temperaturach, np. w tlenku magnezu. Zamiast tlenku mag¬ nezu moga tez znalezc zastosowanie i inne tlenki wzglednie ich mieszaniny, o ile w temperaturach, stosowanych w czasie fa¬ brykacji (do 1 700°C) lub osiagalnych w czasie uzycia (od 400°C do 800°C), nie u- legaja one roizklacjowi lub redukcji. Kadlu¬ by oporowe, otrzymane w ten sposób, za¬ chowuja bez zmiany swe wlasciwosci elek¬ tryczne równiez i w wysokich temperatu¬ rach i niezaleznie od tego czy pracuja w atmosferze redukujacej, czy tez obojetnej.Zamiast tlenku tytanu, który przytoczo¬ ny zostal jako przyklad szczególnie korzy¬ stny, mozna tez zastosowac niektóre tlenki niobu (Nb2Ox przy wartosci x mniejszej od 5), wanadu (V20^ przy wartosci x mniejszej od1 5) lub tez mieszaniny tych tlenków. Podobne, lecz nie tak korzystne wlasciwosci poisiadaja równiez miedzy in¬ nymi tlenki miedzi, cynku, kadmu, cyny, olowiu, zelaza i kobaltu. Jednakze ostatnio wymienione tlenki przewodzace latwo re¬ dukuja sie i rozkladaja, nie moga przeto byc bez specjalnych srodków zabezpiecza¬ jacych stosowane w wariatorach. Zamiast mieszanin wspomnianych tlenków mozna tez uzywac mieszanin selenków lub tellur- ków, przy czym nalezy równiez zachowac podana wyzej regule, iz zawartosc w mie¬ szaninie skladników przewodzacych o niz¬ szym stopniu utlenienia, nie powinna wy¬ nosic wiecej niz 75%, a skladników nie- przewodzacych — mniej niz 25 %.Przy zastosowaniu trójwartosciowych tlenków metali grupy wainadu periodyczne¬ go ukladu pierwiastków, w! szczególnosci przy zastosowaniu tlenku niobu Nb20~ i tlenku wanadu V203 osiaga sie najlepsze rezultaty wówczas, gdy podczas wypala¬ nia w atmosferze redukujaoej temperatura wynosi 1 600°C lulb nawet wiecej. Razem z tlenkami przewodzacymi prad stosuje sie przy tym równiez izolacyjne tlenki trój¬ wartosciowe, np. tlenek glinu (Al20z) i tle¬ nek chromu (Cr^O^). Tlenek chromu po wypaleniu w atmosferze redukujacej w temperaturze okblfo 1 600°C wykazuje opor¬ nosc, lezaca powyzej 105 omów na 1 cm dlugjoscii i cm2 przekroju próbki. W po- — 3 —równaniu z dobrze przewodzacymi tlenka¬ mi niobu i wanadu nalezy go przeto naz¬ wac zlym przewodnikiem.Wypalanie w atmosferze redukujacej w temperaturze 1 600°C i wyzszej nadaje wymienionym wyzej trójwartosciowym tlenkom zupelnie niezmicoine wlasciwosci elektryczne, przy czym kii cieplny wspól- czynnik opornosci staje sie ujemny.Zamiast, jak to wyzej powiedziano, miewac tlenki metali ciezkich o wyzszym stopnia utlenienia z materialami nieprze- wodracyroi, wypalac mieszanine i nastep¬ nie wymieszane tlenki metali ciezkich redu¬ kowac, mozna tez oczywiscie dodawac od- razu tlenki metali o nizszym stopniu utle¬ nienia do materialów nieprzewodzacych.Wówczas uskutecznia sie tylko wypalanie w atmosferze nieutleniajacej, lecz istnieje zaleznosc opornosci produktu koncowego od wielkosci ziaren materialów wyjscio¬ wych.Kadluby oporowe wedlug wynalazku moga byc z powodzeniem uzywane do o- graniczenia natezenia pradu przy jego wlaczaniu. Szczególnie celowe jest wbu¬ dowywanie idh w wariatory Kadluby opo¬ rowe wedlug wynalazku moga poza tym znalezc zastosowanie do regulowania na¬ piec. Stwierdzono mianowicie, ze stosujac tworzywa oporowe wedlug wynalazku, mozna otrzymac oporniki, posiadajace nie* zbedna w niektórych zastosowaniach opa¬ dajaca charakterystyke zaleznosci napie* cia na koncówkach opornika od przeply¬ wajacego przezen pradu* Mozna to miano¬ wicie osiagnac praez nadanie tworzywu znacznej opornosci wlasciwej za pomoca odpowiedniego doboru jego skladu oraz przez wytworzenie pewnego dodatniego lub ujemnego, lub posiadajacego w róznych punktach rózne znaki (+ lub —) spadku temperatury wzdluz kadluba opornika, to jest w kierunku przeplywu pradu* Przy pewnym danym sposobie chlodzenia kadlu¬ ba oporowego, do którego to celu moga byc uzyte czesci, podtrzymujace kadlub oporo¬ wy, ksztalt charakterystyki zaleznosci na- piecia od natezenia pradu zalezy ad opor¬ nosci wlasciwej kadluba oporowego, która mozna latwo) regulowac przez odpowiedni dobór wlasciwych ilosci zwiazków przewo¬ dzacych i nieprzewodzacych, wchodzacych w sklad mieszaniny, z której zostal wyko¬ nany kadhib oporowy- Oporniki wedlug wynalazku moga byc z duza korzyscia sto¬ sowane w ukladach polaczen wzmacnia^ czy. PL

Claims

Zastrzezenia patentowe* 1. Tworzywo na oporniki elektryczne w postaci mieszaniny spieczonej o ujem¬ nym wspólczynniku cieplnym opornosci, znamienne tym, ze najwyzej 75% miesza¬ niny spieczonej stanowi jeden lub kilka tlenków metali o nizszym stopniu utlenie¬ nia, posiadajacych opornosc wlasciwa naj¬ wyzej 10 omów na 1 cm2 przekroju i 1 cm dlugosci i nie dajacych sie redukowac do metali w atmosferze wodoru w temperatu¬ rze 800 — 1 500aCf a pozostale 25% mie¬ szaniny spieczonej stanowi material izolar cyjny, nie rozkladajacy sie w temperatu¬ rach, wystepujacych w czasie fabrykacji lub uzytkowania, i posiadajacy opornosc wlasciwa wyzsza od 105 omów na 1 cm2 przekroju i 1 cni dlugosci. 2. Twotzywo wedlug zastrz. 1, zna¬ mienne tym, ze skladnikiem, wynoszacym najwyzej 75% mieszaniny spieczonej, a utworzonym % tlenków metali o nizszym stopniu utlenienia^ jest tlenek tytanu o wzo¬ rze sumarycznym TiOx, w którym x jest zawarte miedzy 1 a
2.
3. Tworzywo wedlug zastrz. 1, zna¬ mienne tym, ze skladnikiem, wynoszacym najwyzej 75% mieszaniny spieczonej, a utworzonym z tlenków metali o nizszym stopniu utlenienia, jest tlenek niobu lub wanadu o wzorze Nb2Ox Wb V2CK, w któ¬ rym x yest mniejsze od 5, wzglednie sklad-niklem tym jest mieszanina tych tlen¬ ków lub mieszanina ich z tlenkiem ty¬ tanu,
4. Tworzywo wedlug zastrz. 1 — 3, znamienne tym, ze skladnikiem w postaci materialu izolacyjnego, stanowiacym 25% mieszaniny spieczonej, jest tlenek wapnio- wca, tlenek glinowca, dwutlenek krzemu, tlenek cyrkonu, tlenek hafnu, tlenek toru, pieciotlenek tantalu, tlenek manganu (MnO) lub tlenek chromu (Cr203), podda¬ ny obróbce w warunkach redukujacych, albo mieszanina kilku wymienionych tlen¬ ków.
5. , Sposób sporzadzania oporników z tworzyw wedlug zastrz. 1 — 4, znamienny tym, ze ze skladnikami izolacyjnymi mie¬ sza sie nie przewodzace tlenki metali o niz¬ szym stopniu utlenienia, lecz odpowiadaja¬ ce im nieprzewodzace zwiazki o wyzszym stopniu utlenienia, po czym otrzymana mie¬ szanine formuje sie mechanicznie w kadlu¬ by oporowe, a nastepnie wypala w atmo¬ sferze redukujacej, przy czym w trakcie te¬ go wypadania zwiazki o wyzszym stopniu utlenienia przechodza przy slabym odmie¬ nianiu w zwiazki o nizszym stopniu utle¬ nienia.
6. Odmiana sposobu wedlug zastrz. 5, zniaimietnna tym, ze uformowane mechanicz¬ nie kadluby oporowe sa wypalane najpierw w atmosferze utleniajacej, a po tym dopie¬ ro w atmosferze obojetnej lub redukuja¬ cej.
7. Sposób sporzadzania oporników z tworzywa wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jeden lub kilka przewodizacych trójwartosciowych tlenków metali grupy wanadu periodycznego ukladu pierwiast¬ ków, w szczególnosci tlenek niobu Nb20s i tlenek wanaidb V203 miesza sie z jednym lub z kilkoma trójwartosciowymi tlenkami izolacyjnymi, np. tlenkiem glinu A1203 lub tlenkiem chromu Cr2Os, i wypala w tempe¬ raturze 1 600°C lub wyzszej. Patent-Treuhand- G esell schaf t f ii r elektrische G lii hi ani pen m. b. H. Zastepca: Inz. Cz. Raczynski, rzecznik patentowy. bruk L. Boguslawskiego i Ski, Warszaw*. PL