CH248324A - Elektrischer Widerstand. - Google Patents

Description

  Elektrischer Widerstand.    Zur Herstellung gesinterter elektrischer  Widerstände mit negativem Temperatur  koeffizienten wurde bereits vorgeschlagen,  von     Kombinationen    von       Feo-        Fe203-Mg0-A1,Oe     auszugehen und diese bei einer solchen Tem  peratur und einem solchen Sauerstoffpartial  druck der umgebenden Atmosphäre zu sintern  und derart auszukühlen, dass die Gesamt  mengen der zwei- und dreiwertigen Oxyde in  einem     Molekularverhältnis    zueinander stehen,  das sich so wenig von 1 unterscheidet, dass  eine homogene     Spinellphase    entsteht, die bei  einer Temperatur von ca. 500  C nicht mit  einer zweiten Phase übersättigt ist.

   Abgesehen  davon, dass der Temperaturkoeffizient derart  angefertigter     Widerstände    bei gegebenem  Widerstandswert in sehr starkem Masse nega  tiv ist,     weisen    diese Widerstände bei einer  Belastung im Vakuum oder in     einem    in  differenten Gas, wobei Temperaturen von  ca. 1200  C erreicht werden, keine chemischen  Umwandlungen auf, die eine Änderung des  Widerstandswertes herbeiführen. Auch bei  einer Belastung an der Luft sind .noch ver  hältnismässig hohe Temperaturen zulässig, da.  diese Werkstoffe erst bei Temperaturen über  700 C mit merklicher Geschwindigkeit mit  dem     .Sauerstoff    der Luft zu reagieren an  fangen.

   Ein Nachteil bei der Anfertigung  dieser Widerstände war jedoch die in der  Praxis hinderlich hohe     Sintertemperatur    von    1500 bis 1600  C, die zur Herstellung eines  hinreichend homogenen und dichten Produk  tes erforderlich war. Zwar konnte dieser  Nachteil durch Verwendung eines     Sinter-          mittels    etwas herabgemindert werden, aber  mit Rücksicht auf die erwünschten Wider  standseigenschaften konnten nur geringe Men  gen desselben zugesetzt werden.  



  Es wurde gefunden, dass die     Sintertempe-          ratur    erheblich herabgesetzt werden kann,  und zwar bis auf 1400 C, wenn das Alu  miniumoxyd in den vorstehend genannten  Kombinationen durch Chromoxyd ersetzt  wird.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein gesin  terter elektrischer Widerstand mit negativem  Temperaturkoeffizienten, enthaltend         Fe0-Fe,03        Mg0-Cr,z03,       bestehend aus einer homogenen     Spinellphase,     die bei einer Temperatur von ca. 500 C nicht  mit einer zweiten Phase     übersättigt    ist. Dazu  müssen die Gesamtmengen an zweiwertigen  und dreiwertigen Oxyden im allgemeinen in  einem     Molekularverhältnis    zueinander stehen,  das sich nicht oder nur wenig von 1 unter  scheidet.  



  Bei Betriebstemperaturen über 500 C kann  so keine Ausscheidung einer zweiten Phase  auftreten, die unerwünschte Widerstands  änderungen herbeiführen könnte. Was das  Gebiet unterhalb 500  C anbelangt, ist zu  bemerken, dass dabei die Ausscheidungsge-           schwindigkeit    einer zweiten Phase beim erfin  dungsgemässen Widerstandsmaterial sehr ge  ring ist.  



  Mit Rücksicht auf vorstehendes werden  bei dem ebenfalls Gegenstand der Erfindung  bildenden Verfahren die Bedingungen beim  Sintern, und zwar die Temperatur und der       Partialdruck    des Sauerstoffes im umgeben  den Gas, derart gewählt, dass das für die  erwähnten Bedingungen erforderliche Mole  kularverhältnis     Fe0=Fe203        in    der Masse ein  gestellt wird. Damit dieses Verhältnis wäh  rend der darauf erfolgenden Auskühlung       weitestgehend        aufrechterhalten    bleibt, ist es  erwünscht, die Abkühlung rasch vorzuneh  men. Wenn dies, z.

   B. infolge der Abmessun  gen des gebildeten     Produktes,    nicht möglich  ist, soll die Abkühlung in einer Atmosphäre  erfolgen, in der keine Oxydation oder Reduk  tion auftritt.  



  Dass beim Verfahren gemäss der Erfin  dung eine niedrigere     Sintertemperatur    ange  wendet werden kann, hängt unter anderem  damit     zusammen,    dass für     Magnesiumchromit,     das ähnlich wie     Magnesiumaluminat    an sich       nicht        oxydierbar    oder reduzierbar ist, die  Temperaturen, die zur Erzielung der für das  Entstehen     eines    homogenen     Mischkristalles     beim Sintern hinreichend grossen     Reaktions-          und    Diffusionsgeschwindigkeiten erforder  lich sind,     etwas    niedriger liegen.

   Dazu hat       MgCr204    im Mischkristall mit     Fe,0,    eine in  etwas stärkerem Masse ,steigernde Wirkung  auf den elektrischen Widerstand als     MgA1204,     so dass zur     Herstellung    eines bestimmten,  erwünschten     Widerstandswertes    ein grösserer  Gehalt an     Fe304    erforderlich ist.

   Da ferner       Fe,0,    eine     niedrigere        Sintertemperatur    hat  als     MgCr204,    bedingt dies gleichfalls eine  Erniedrigung der     .Sintertemperatur    der     Chro-          mitgemische        im    Vergleiche zu der der Alu  minatgemische von entsprechendem ähnlichem  Widerstand. Trotzdem sind die erfindungs  gemässen Widerstandsmassen gegen hohe Be  lastung nicht merklich weniger widerstands  fähig als die des älteren Verfahrens.  



       Änderungen        im        Partialdruck    des Sauer  stoffes der     Sinteratmosphäre,    wie sie bei der    Herstellung auftreten können, ergeben bei  erfindungsgemässen Massen geringe Unter  schiede im Wert des spezifischen Widerstan  des, was technisch den Vorteil einer     grösseren     Reproduzierbarkeit beim Sintern ergibt. Auch  in dieser Hinsicht sind die     Chromitgemische     etwas vorteilhafter als die     Aluminatgemische.     



  Da das Verhältnis     Fe0    :     Fe,0,    durch  Wahl der Gasatmosphäre und der .Sinter  temperätur geregelt wird, kommen als Aus  gangswerkstoffe für die erfindungsgemässen  Widerstände alle Formen von Eisenoxyd und,  gegebenenfalls, Eisenpulver     in    Betracht. Vor  zugsweise wird von Gemischen mit     Fe,0,     ausgegangen.

   Wird das     Molekularverhältnis          Mg0    :     Cr203    in der Nähe von 1 gewählt, so  braucht in diesem Fall kein Sauerstoffaus  wechsel mit der     umgebenden    Gasatmosphäre  beim Sintern stattzufinden,     wa.s    die Homo  genität des Produktes fördert:

    Weiter können die im Mischkristall vor  handenen Oxyde zu einem kleinen Teil durch  andere Oxyde isomorph ersetzt werden, und  zwar ohne     nennenswerten    Einfluss auf die       Widerstandseigenschaften.    Auch tritt die  Wirkung der Erfindung, wenn auch in ge  ringerem Masse, auf, wenn bei den vorstehend  erwähnten Kombinationen von         Fe0-Fez03-i#Ig0-Al@03       nur ein Teil des     A1-.03    durch     Cr#I03    ersetzt ist.  Wenn es aus Herstellungsgründen erwünscht  ist,     kann    ferner     eine    geringe Menge eine:       Sintermittels    verwendet werden.  



  Die erfindungsgemässen Widerstände kön  nen z. B. zum Beheben von     Spannungsstössen     und als Ausgleichswiderstände Anwendung  finden.  



  Zur Herstellung eines erfindungsgemässen  Widerstandes kann z. B. das folgende Ver  fahren durchgeführt werden:       Mg0    und     Cr20"    in einem     Molekularver-          hältnis    1:1, werden mit     Fe,0,    in einer eiser  nen Kugelmühle während 4 Stunden mit  Alkohol gemahlen. Die Zusammensetzung des  Ausgangsgemisches ist     weiter    derart bemes  sen, dass eine Masse     entsteht,    in der das Ver  hältnis zwischen der Anzahl Grammoleküle           MgO+Cr203        (berechnet    als     1VIgCr204)    und der  Anzahl Grammoleküle     Fe304    2:1 beträgt.

    Nach erfolgter Trocknung wird dann in einem  verschlossenen Raum in Stickstoff während  einer .Stunde auf     1-300     C zur     Mischkristall-          bildung    erhitzt.     Dann    wird erneut vier Stun  den gemahlen, worauf die Masse, unter Ver  wendung eines organischen     Bindemittels,    z. B.       polymetacrylsauren        Methylesters,    in Form von  Drähten mit einem Durchmesser von 0,3 mm  gepresst wird.

   Die entstandenen Stränge wer  den in .Stücke von ca. 200 mm Länge geteilt,       d!ie    während 30 Minuten auf 1400  C in einem  Strom von 2     Liter    Stickstoff mit 1 bis 2 Volu  menprozent Sauerstoff in der Minute hängend  erhitzt werden. Nach erfolgtem Sintern wird  durch Überführen nach einem kalten Teil des  Ofens schnell abgekühlt.  



  Bei erfindungsgemässen Widerständen kön  nen     Stromzuführungsdrähte    angebracht wer  den, ohne dass hinderliche Übergangswider  stände auftreten, indem diese     Stromzufüh-          rungsdrähte    in einigen Windungen um die  Enden des Widerstandes angebracht und mit.  ihnen verbunden werden unter Verwendung  einer kohlenstoffhaltigen Paste, wie diese  z. B. zum     Festkitten    des Glühkörpers in  Kohlefadenlampen bekannt ist.  



  Die erfindungsgemässen Widerstände kön  nen z. B. bei der vorerwähnten Bemessung  weiter als Spannungsstabilisatoren verwendet  werden. Verglichen gegen     bekannte    Wider  stände mit negativem Temperaturkoeffizient,  können sie mit Rücksicht auf ihre grössere  Widerstandsfähigkeit gegen hohe Tempera  turen bei dieser Anwendung über einen grö  sseren Strombereich verwendet werden. Es  weist z.

   B. ein     Widerstandestäbchen    mit der  Zusammensetzung 2 Grammoleküle     MgCr.-,0,     auf 1 Grammolekül     Fe304,    hergestellt wie       vorstehend    angegeben, das nach erfolgtem  Sintern eine Stärke von 0,26 mm hat, bei  einer Länge von 2 cm, in der     vorstehend     beschriebenen Weise mit     Nickelstromzufüh-          rungsdrähten    von 150     ,a    Stärke versehen und  in einem Glaskolben angebracht, eine sehr  flache Kennlinie bei Belastungen im Vakuum  zwischen 15 und 40     mA    auf. In einer Gas-         atmosphäre,    z. B.

   Stickstoff, unter einem  Druck von     30    cm kann der Widerstand in- .  folge der stärkeren Abkühlung höher belastet  werden und ergibt in diesem Fall eine flache  Kennlinie zwischen 35 und 65     mA.    In beiden  Fällen sind die Spannungsänderungen kleiner  als 1 %. Als höchste Belastungsgrenze in       Stickstoff    gilt ca. 70     mA,    was auf eine Bela  stung von ca. 3 W je cm Länge hinausgeht.  Der Widerstand bei 20  C beträgt     etwa    2,5       Megohm.    Bei der erwähnten Hochbelastung  von 70     mA        ,sinkt    dieser bis auf etwa 1100 Ohm  herab.

   In diesem Fall ist die aussen gemessene,  schwarze Temperatur des wärmsten Teils des       Widerstandsstäbchens    auf etwa 1100  C ge  stiegen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Gesinterter elektrischer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, enthal tend Fe0 F'e203 Mg0-Cr,03, bestehend aus einer homogenen Spinellphase, die bei einer Temperatur von ca. 500 C nicht mit einer zweiten Phase übersättigt ist.

   II. Verfahren zur Herstellung von Wider ständen nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der erforderliche Werkstoff in fein verteilten Zustand gebracht und ge mischt wird, sodann in die erwünschte Form gebracht wird, worauf bei solch einer Tem peratur und einem Partialdruck des Sauer stoffes in der Umgebungsatmosphäre gesintert und derart gekühlt wird, dass die Gesamt mengen der zweiwertigen und der dreiwerti gen Oxyde in einem Molekularverhä,ltnis zu einander stehen, das sich so wenig von 1 unterscheidet, dass die entstehende homogene Spinellphase bei einer Temperatur von ca. 500 C nicht mit einer zweiten Phase über sättigt ist.

   UNTERANSPRUCH: Elektrischer Widerstand nach Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularverhältnis Mg0:Cr20, ungefähr 1 beträgt.