Unineta,11ische elektrische Widerstandsmasse. Die vorliegende Erfindung betrifft eine unmetallische elektrische @ Widerstandsmasse.
Es wurden schon verschiedentlich elektri sche Widerstandsmassen aus Oxyden und Gemischen von solchen hergestellt. Es ist ferner bekannt, gewisse komplexe Verbindun gen, insbesondere das Eisenoxyduloxyd (Ma gnetit) allein und unter Beimischung von wi derstandserhöhenden Substanzen, namentlich Leichtmetallverbindungen, keramischen Mas sen und dergleichen, als Widerstandsmassen zu verwenden. Weiterhin wurden zu diesem Zwecke Stoffe empfohlen, die sich als Salze von Säuren ableiten lassen, deren Hauptbe standteil die höheren Oxydationsstufen von Metallen sind.
Ein Beispiel hierfür ist das Kupferchromat. Endlich wurden für diesen Zweck stromleitende Mineralien, wie Magne- tit, Rotzinkerz, Eisenglanz und Eisenkies und dergleichen verwendet. Wenn man von den llletallkarbiden und vtir allem dem Silizium karbid absieht, die keine Sauerstoffverbindun- gen sind und bei höheren Temperaturen dem Angriff des Luftsauerstoffes erliegen, so haben diese Bestrebungen bisher noch keinerlei prak tischen Erfolg gezeitigt.
Nebenbei seien noch Versuche erwähnt, die darauf hinausgehen, Metallpulver unter Vermengmig mit kerami schen Massen, wie Ton, Kaolin oder ähnli chen, zu Widerständen zu vereinigen, doch ergibt dies Körper, die einer nennenswerten Belastung durch den elektrischen Strom nicht standhalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine unmetallische elektrische Widerstands masse, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens zum grössten Teil aus einem Gemisch von ineinander gelösten Stof fen vom Spinelltypus besteht.
Stoffe vom Spinelltypus als Bestandteile haltbarer, korrosionsfester, keramischer Wi derstandsmassen wurden vor allem deshalb gewählt, weil diese "Spinelle" ausser ihren vorzüglichen Eigenschaften in thermischer und vielfach auch elektrischer Hinsicht eben die durch ihren einheitlichen Charakter des Kristallgitters bedingte Isomorphie besitzen.
Das bedeutet aber, dass man diese Stoffe in allenMengenverhältnissenmiteinander mischen kann und dabei vollkommen einheitliche -las sen erhält, welche die Stoffe vom Spinell- typus in gegenseitiger fester Lösung enthal ten.
Dadurch erreicht man, dass Mischungen solcher Stoffe vom Spinelltypus innerhalb eines weiten Bereiches auf einen bestimmten spezifischen Widerstand einstellbar und dabei mindestens ebenso korrosionsfest sind wie ihre Komponenten, d. h. dass sie durch dauernde Wärmeeinwirkung ihre Beschaffenheit und Struktur nicht ändern, oder, wie man sagt, nicht altern.
Ausser dem eigentlichen Spinell kommen einzelne dieser Stoffe in der Natur vor, jedoch meist verunreinigt und auch, von wenigen Ausnahmen abgesehen, nicht in ergiebiger Menge. Verunreinigungen aber, insbesondere wenn sie Kieselsäure enthalten, verändern die elektrischen Eigenschaften dieser Stoffe in sehr ungünstiger Weise und beeinträchti gen gleichzeitig die Korrosionsfestigkeit bei hoher Temperatur. Aus diesem Grunde sind in der erfindungsgemässen Masse zweckmässi- gerweise synthetisch hergestellte Stoffe ent halten.
Stoffe vom Spinelltypus sind chemisch vollkommen eindeutig bestimmte Verbindun gen nach der Formel: Rii0 . l1#2inoa wobei unter $ii ein zweiwertiges Metall:
Mg, Fe, Ni, Co, Cr, Zii, Cd, eventuell auch Cu verstanden wird, während Rin ein dreiwertig vorkommendes Metall ist, also Al, Ce, Fe, Ti, Cr, --n. Ihr Grundtypus ist der eigentliche Spinell: MgO.Al.Os. Stoffe vom Spinellcha- rakter haben wertvolle physikalische Eigen schaften, insbesondere eine hohe Temperatur beständigkeit.
Eines der häufigsten -Mineralien vom Spi- nelltypus ist der Magnetit, Fe (Fe@0.,), der in seiner synthetischen Form als Eisenoxy- duloxyd zu Widerstandszwecken bereits vor- geschlagen wurde, der aber als Widerstands masse in unvermengter Form ausscheidet, weil er in reinem Zustande eine für Wider standszwecke viel zu hohe Leitfähigkeit be sitzt.
Man hat zwar versucht, dein Eisenoxyd oxydul oder Magnetit durch nichtleitende Bei mischungen wie gewisse Oxyde, Ton, Steatit und dergleichen, einen höheren spezifischen Widerstand zu verleihen, indessen ist man dabei zu keinem praktisch brauchbaren Er gebnis gekommen, weil derartige Gemische, selbst wenn sie bis zum Schmelzen erhitzt werden, keine festen Lösungen im Sinne der vorgenannten Spinellinischungen ergeben.
Die so hergestellten Widerstandskörper haben ent weder keine Tenipera.turbeständigkeit, selbst wenn sie bis zum Schmelzpunkt gesintert werden, weil die Schmelztemperatur des 11a- gnetits - besonders wenn die Beimischungen kieselsäurehaltig sind (z.
B. Steatit) - gleich um mehrere hundert Grad herabgesetzt wird, oder aber sie korrodieren bei einigermassen nennenswerter Strombelastung infolge ihrer uneinheitlichen Zusainniensetzung und haben aueli sonst nicht diejenigen elektrischen Eigen schaften, die man von praktisch brauchbaren Widerständen verlangen muss.
Der Tempera turkoeffizient des spezifischen Widerstandes ist stark negativ, und auch dieser selbst än dert sich hei gleichbleibender Temperatur unter dem Einfluss des Stromdurchganges fortgesetzt bis zur völligen Zerstörung der Widerstandsmasse.
Eine genauere Untersu chung zeigt auch, dass der Körper nicht ein heitlich ist: es liegen nämlich Stoffe ver schiedener Krist;illstruktur nebeneinander, na mentlich die zugesetzten Oxyde befinden sich zumeist in freier Form unverniengt im Wi derstandskörper und bilden nichtleitende Ein schlüsse, welche zerstörende Cbergangswider- stände und Lichtbogenerscheinungen hervor rufen.
Zugesetzte kieselsäurehaltige Stoffe bilden Doppelsilikate, also Glas- oder Schlak- kenflüsse, welche sich mit dem Überschuss an llagnetit nicht vereinigen und ähnliche Wirkungen haben wie die erwähnten Oxyd einschlüsse. Kurzum, solche Gemische lassen die unerlässliche Homogenität vermissen. Ähn- liehe Versuche, den Magnetit für Widerstands zwecke geeignet zu machen, sind bereits in grösserer Zahl mit wenig Erfolg angestellt worden.
Es ist jedoch möglich, einen Spinell, z. B. den Magnetit, mit einem andern Stoff vom Spinelltypus zu vermischen und durch Sinte- rung zweckmässig mittels eines Flussmittels, das die genannten Eigenschaften der Masse nicht beeinträchtigt, eine für Widerstands zwecke geeignete Widerstandsmasse herzu stellen. Dabei kann die Sinterung nach einer Ausführungsform der Erfindung durch ein oxydisches Flussmittel gefördert werden.
Bei der Untersuchung der Widerstands massen vom Spinelltypus - im folgenden der Einfachheit halber kurz "Spinelle" ge nannt - auf ihre elektrischen Eigenschaften wurde festgestellt, dass von den reinen, d. h. ungemischten Spinellen nur die wenigsten für praktisch brauchbare Widerstände ver wendbar sind, allerdings zumeist nur, weil der spezifische Widerstand nicht die gewünschte Grösse besitzt. Dagegen werden durch Ver mischen dieser Verbindungen nach verschie denen, durch Versuch bestimmten Mengen verhältnissen Widerstandsmassen von hervor ragenden physikalischen Eigenschaften er zielt.
Die schon erwähnte Isomorphie der Spinelle bedingt eine so hohe Homogenität der Gemische, dass bei denselben die einzel nen Komponenten vollkommen verschwinden, ebenso wie ihre physikalischen Eigenschaften sich ändern.
Diese Änderung erfolgt jedoch nach gewissen Gesetzmässigkeiten innerhalb der aus den gleichen Komponenten - nur in verschiedenem Verhältnis - bestehenden Ge mischreihe, so dass es möglich ist, nach ent sprechender Vorarbeit durch Versuche die physikalischen Eigenschaften, insonderheit den Schmelzpunkt, die Erweichungstemperatur, den spezifischen elektrischen Widerstand und dessen Temperaturkoeffizienten, für jedes Mi schungsverhältnis genau festzulegen.
Da diese physikalischen Eigenschaften sich mit dem Mischungsverhältnis stetig ändern, so ist es möglich, nach Aufstellung einer Grundregel (Formel, Tabelle oder Kurve) für jede Ge mischreihe die Widerstandsverhältnisse vorher genau zu bestimmen oder für jeden Fall bei gegebener Dimensionierung des Widerstands körpers dasjenige Gemisch zu finden, das den gewünschten absoluten Widerstand bei einer vorgeschriebenen Betriebstemperatur des Wi derstandes besitzt.
Sofern nicht gleich mit der ersten Sinte- rung die endgültige Formgebung der Wider standsmasse erhalten wird, was für manche Mischungen ohne weiteres durchführbar ist, können die Massen in bekannter Weise ent weder im Giessverfahren schmelzflüssig in ge eignete Formen gegossen werden oder sie können nach vorangegangener Zerkleinerung mit einem geeigneten Bindemittel versehen und in Pressformen oder durch Ziehen auf der Strangpresse in die gewünschte Form ge bracht werden, worauf sie einer nochmaligen Sinterung unterworfen werden können,
bei welcher das Bindemittel wieder entfernt wird. Geeignete Flussmittel sind Oxyde von Schwer metallen, z. B. Kupfer-, Cadmium-, Zinkoxyd.