DE1132633B - Widerstandselement fuer hohe Betriebstemperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandselement für hohe Betriebstemperaturen.

Bekannt sind für diesen Zweck mit aufgewickelten Metalldrähten oder -bändern versehene Widerstandselemente, die zwar gute Stabilität bei genauer Kontrollmöglichkeit der Widerstandstoleranzen aufweisen; infolge des verhältnismäßig geringen ohmschen Widerstandes der hierfür benutzten Metalle und der Mindestgröße des aus diesem gefertigten Drahtes bzw. Bandes ist jedoch der Widerstandsbereich erheblich begrenzt. Weiterhin erfordert die Verformung von gewickelten Widerständen bei bestimmten Anwendungen durch Biegen und Umformen ein entsprechend verformbares Kernmaterial, das zwar für Betrieb bei normalen Temperaturen geeignet ist, bei in verschiedenen Verwendungsgebieten auftretenden höheren Temperaturen jedoch mit einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften verknüpft ist.

Auch hat man durch Spritzen und Aufdampfen auf nichtleitende Trägerwerkstoffe aus leitenden Metallen mit verhältnismäßig niedrigen ohmschen Widerstandswerten, wie Gold, Platin usw., dünne Filme niedergeschlagen, deren Dicke nur etwas über der Molekulargröße des Metalls bei höheren Widerstandswerten liegt, die aber, auf verhältnismäßig dicken Trägern aufgetragen, einer Zerstörung durch mechanische Beanspruchungen und Abrieb ausgesetzt sind.

Höheren ohmschen Widerstand als die genannten Metalle weisen für billige Widerstände auf nichtleitenden Unterlagen aufgebrachte Schichten aus Borkohlenstoff und anderen Kohlenstofformen auf; jedoch schließen veränderliche und ungünstige Temperatur- und Spannungs-Widerstandskoeffizienten sowie zahlreiche Oberflächenunregelmäßigkeiten der mit derartigen Niederschlagen versehenen Elemente ihre Verwendung für veränderbare Widerstände aus.

Weiterhin ist bekannt, in auf hochschmelzenden Tragkörpern dünn aufgetragenen Glasur- und Emaillezwischenschichten als Bindermaterialien kristalliner Struktur durch Erhitzen in einer unbedingt neutralen Atmosphäre Leiter- oder Halbleiterteilchen, wie von Eisen, aus Kohlenstoff od. dgl., einzulagern, um diese, da sie nicht aus einem Edelmetall bestehen, vor Oxydation zu schützen. Auch wurden zur Fertigung von elektrischem Widerstandsmaterial in Form von leitenden Stäbchen und Fäden geformte Gemenge von Platin oder seinen Salzen und kieselsäurehaltigen Stoffen in Gegenwart gasförmiger oder fester Reduktionsmittel bis zum Schmelzen unter Bildung einer leitenden chemischen Verbindung des Platins, nämlich Platinsilicium, erhitzt.

Man hat auch für über 300° C liegende Betriebs-

Widerstandselement
für hohe Betriebstemperaturen

Anmelder:

Beckman Instruments, Inc.,
Fullerton, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin-Grunewald, Auguste-Viktoria-Str. 65

Thomas M. Place sen., Newport Beach, Calif.,
und Thomas M. Place jun., Costa Mesa, Calif.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

temperaturen bestimmte elektrische Widerstände durch Tränken poröser Keramikträger mit Metallsalzen und deren Spaltung zwecks Ablagerung des entsprechenden Metalls innerhalb der Keramik, gegebenenfalls unter Berührung mit heißen reduzierenden Gasen, ohne Bildung einer glasigen Phase hergestellt oder Mischungen aus Metall beliebiger Feinheit und Fremdkörpern, wie Quarz u. dgl., unter Zuschlag eines Flußmittels geschmolzen und nach Vermählen, Verpressen zu Formkörpern gebrannt. Bei anderen bekannten elektrischen Widerständen wird ein keramischer Träger an der Oberfläche zunächst mit einer aus Bor oder einer seiner Verbindungen erzeugten dünnen Glasur- oder Emailschicht überdeckt, auf der dann eine zweite, leitende Schicht, insbesondere aus Kohlenstoff niedergeschlagen wird.

Auch hat man zur Erzeugung leitender oder halbleitender Schichten auf Trägerkörpern in der Art von Metallglasuren bzw. -emaillen im Schmelzfluß unzersetzbare borsaure oder kieselsaure Verbindungen von Metallen, wie von Kupfer, Blei oder Silber, aufgebracht und diese gegebenenfalls durch Einwirkung chemischer Mittel, wie z.B. Schwefelverbindungen, ganz oder teilweise in andere Metallverbindungen umgewandelt.

Die Erfindung betrifft ein Widerstandselement für hohe Betriebstemperaturen, das aus einer hochtemperaturbeständigen, elektrisch nichtleitenden Unterlage besteht, auf die eine aus einem Edelmetall und

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einem elektrisch nichtleitenden Bindematerial bestehende Schicht aufgebracht ist. Die Erfindung besteht darin, daß die Schicht aus einer geschmolzenen Mischung aus Glas und einem Edelmetall mit höherem Schmelzpunkt als dem des Glases besteht und daß das Metall in feiner Verteilung in elementarer Form in einem Anteil von bis zu 16% enthalten ist. Hierbei bleibt in der glasigen Phase das Edelmetall, gleichmäßig verteilt, als solches erhalten. Dies ergesinterte oder geschmolzene Tonerden und Zirkonporzellane genannt.

Die elektrisch leitenden Elektroden 12,13 bestehen aus der üblichen Ausführung und können hergestellt werden, indem eine der bekannten leitenden Silberoder anderen Metallpasten auf die Widerstandsmaterialschicht aufgetragen und die Einheit gebrannt wird, wobei sich die Paste zu einer Metallschicht umwandelt, die mit der Widerstandsschicht fest verbun-

möglicht die Herstellung von Widerständen mit einem io den ist. Danach können an die Elektroden Drähte,

umfassenden Bereich von Widerstandswerten unter entsprechender Variierung des Anteilverhältnisses von Metall zu Glas. Dabei wird auf die geeignete Unterlage in üblicher Weise durch Siebdruck aus dem Gemisch eine Schicht aufgetragen, die verhältnismäßig dick ist und deren Dicke daher nicht genau kontrolliert zu werden braucht. Dies steht einwandfrei im Gegensatz zu den herkömmlichen Filmwiderständen, bei denen durch Aufdampf- oder ähnliche Techniken aus dem Widerstandsmaterial ein sehr dünner Film aus im wesentlichen reinen Metall erzeugt wird. Bei solchen Ausführungen haben geringe Schwankungen in der Filmdicke größere Änderungen im Gesamtwiderstandswert zur Folge.

etwa durch Anklemmen oder Anlöten, angeschlossen werden. Andererseits können die Anschlußdrähte in Form von Draht oder Band in Nuten oder Öffnungen in der Basis 11 vor dem Aufbrennen der Schicht 10 eingelegt werden, so daß der Draht oder das Band in die Schicht 10 hineinragt und beim Aufbrennen mit dieser verbunden wird.

Die Schicht 10 besteht aus einer geschmolzenen Mischung von Glas und Edelmetall, wobei je nach

ao Wunsch Spuren gewisser anderer Materialien zugesetzt werden können. Das Glas verschmilzt beim Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des beigemischten Metalls zu einer glatten, kontinuierlichen und glasigen Phase. Es hat sich

Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Wider- ₂₅ gezeigt, daß ein keramisches Glas für diesen Zweck

Standes liegt in seiner Stabilität auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen. Der Widerstand ist hochbeständig gegenüber Temperaturschwankungen und besitzt einen vorherbestimmbaren Widerstandstemperaturkoeffizienten; er ist hart, dauerhaft, beständig gegen atmosphärische wie auch mechanische Abnutzungen, d. h. unempfindlich gegen Nässe, Feuchtigkeit und Schwammbildung und widerstandsfähig gegenüber Stoß, Vibration u. dgl.

geeignet ist, wobei für die Verwendung im Rahmen der Erfindung Bleiborsilikate bevorzugt werden. Die besondere Zusammensetzung des verwendeten Glases ist bei der praktischen Durchführung der Erfindung nicht kritisch, und es können bei der Zusammensetzung der Gläser zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, um die Schmelztemperatur, den Koeffizienten thermischer Expansion, die Fließfähigkeit, die Löslichkeit usw. zu ändern, wodurch das

Die Zeichnung und die Beschreibung zeigt und be- 35 Produkt eine besondere, gewünschte Eigenschaft erschreibt bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin- hält. Die Zusammensetzung der beiden bei der prakdung, die jedoch nur der Erläuterung und als Beispiel
dienen. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die für Drehpotentiometer geeignet ist,

Fig. 2 eine andere perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, die für lineare Potentiometer wie auch für Festwiderstände geeignet ist,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit biegsamen Anschlußdrähten zum Einbau in eine elektrische Schaltung tischen Durchführung der Erfindung verwendeten Glassorten wird nachstehend als Beispiel gegeben, darf jedoch keineswegs als Einschränkung angesehen werden.

Glas Nr. 1

Bleimennige 74,1

Zinkoxyd 5,4

Borsäure 15,9

Flint 13,4

Bleioxyd 0,722

Zinkoxyd 0,050

Boroxyd 0,090

Kieselsäure 0,134

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, die als Knopfwiderstand verwendet werden kann.

Bei dem Aufbau der Fig. 1 ist eine Schicht 10 aus Widerstandsmaterial auf eine Basis 11 aufgebrannt, wobei an jedem Ende der Schicht 10 die Elektroden 12, 13 zum Anschluß an eine elektrische Schaltung vorgesehen sind. Dieses Widerstandselement kann als Festwiderstand benutzt oder, mit einem drehbaren Kontaktarm versehen, als Drehpotentiometer verwendet werden. Die Basis 11 kann aus jedem geeigneten, elektrisch nichtleitenden Material bestehen, das den beim Aufbrennen des Widerstandsmaterials auftretenden erhöhten Temperaturen widersteht. Für diesen Zweck sind verschiedene keramische Materialien geeignet, vor allem solche, die eine glatte, feingefügte Oberfläche besitzen und die gegen Feuchtigkeit oder andere Flüssigkeiten undurchdringlich sind. Als Beispiele von zum Formen der Basis 11 vorzuziehenden Materialien seien Steatit, Fosterit, Glas Nr. 2

Bleimennige 67,3

Zinkoxyd 5,4

Borsäure 17,7

Ultrox 3,8

Flint 15,1

Bleioxyd 0,6570

Zinkoxyd 0,0540

Boroxyd 0,0898

Kieselsäure .... 0,1749

Zirkonoxyd ... 0,0239

Obwohl das Glas nach irgendeinem der üblichen Verfahren hergestellt werden kann, ist anzustreben, daß es so homogen wie möglieh ist. Ein Verfahren zum Herstellen eines Glases umfaßt das gründliche Durchmischen einer Menge trockener Rohmaterialien, das Schmelzen der Mischung in keramischen Tiegeln zu einem klaren flüssigen Glas, das Abschrecken des geschmolzenen Glases durch Eingießen in kaltes Wasser, das Trocknen des resultierenden zersprengten Glases und das Zerbrechen und darauffolgende Zermahlen zu einem sehr feinen Pulver, dessen Teilchen kleiner sind als die, die durch ein Sieb mit ungefähr 130 Maschen pro laufendem Zentimeter

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hindurchgehen. Die in der Widerstandsmischung ent- stimmt werden, da die Heizeigenschaften der einhaltenen Edehnetalle (oder das Metall) reagieren und zelnen Brennöfen schwanken. Der Zeit- und Tempeoxydieren nicht. Der Ausdruck »reagiert nicht« be- raturkreislauf des Brennens ist im übrigen nicht deutet, daß das Metall mit den anderen Bestandteilen kritisch, und ein Fachmann der keramischen Technik der Mischung weder bei Raumtemperatur noch bei den 5 kann eine Anzahl geeigneter Brennverfahren auserhöhten Temperaturen reagiert, die zum Herstellen probieren.

des gleichförmigen, glasigen Widerstandselementes Nachstehend wird ein geeignetes Brennverfahren erforderlich sind. Der Ausdruck »oxydiert nicht« be- beschrieben. Die Basis mit der Widerstandsschicht deutet, daß das Metall bei diesen erhöhten Tempe- wird in den Brennofen gelegt und die Temperatur auf raturen in normaler Atmosphäre nicht oxydiert. Der- io 540° C bei einer Steigerung von ungefähr 205° C artige Edelmetalle sind Gold, Silber, Palladium, pro Stunde erhöht. Diese Temperatur von 540° C Platin, Rhodium und Iridium. Diese Zusammenstel- wird für ungefähr 30 Minuten gehalten, um das lung darf jedoch nicht als endgültig angesehen wer- Entfernen aller flüchtigen und organischen Mateden, da weitere Metalle mit den gleichen Eigen- rialien aus der Mischung sowie eine gleichförmige schäften bekannt sind, die bei der praktischen Durch- 15 Verteilung der Wärme durch die Basis und die führung der Erfindung verwendet werden können Schicht zu sichern, bevor das Glas zu schmelzen be- und zur Klasse der Edelmetalle gehören sollen. ginnt. Danach wird die Temperatur des Brennofens Nach dem einen Verfahren der Zubereitung des in einem Ausmaß von 95° C pro Stunde auf 810° C erfindungsgemäßen Widerstandsmaterials werden der erhöht. Die Temperatur wird 30 Minuten lang auf Glasbinder, das oder die Metalle sowie weitere Be- 20 810° C gehalten, um eine gleichmäßige Wärmeverteistandteile, die in gewissen Verwendungsbereichen lung zu sichern, wonach der Brennofen sich auf verwendet werden können, in bestimmten Anteilen Raumtemperatur durch normale Abstrahlung abzusammengemischt unter Zusetzen eines flüchtigen kühlen darf.

oder verdampfbaren flüssigen Trägers, wobei eine Dieser besondere Brennzyklus wird bei einer Glasgleichförmige Mischung anzustreben ist. Das Glas 25 mischung verwendet, die aus 20% Glas Nr. 1 und und/oder das Metall kann der Mischung in feinzer- 80 % Glas Nr. 2, wie oben beschrieben, besteht. Der teilter Form oder als große Teilchen zugesetzt wer- Brennzyklus und die Temperatur können innerhalb den, wobei die Mischung in einer Kugelmühle oder eines weiten Bereiches je nach den Erfordernissen der einer ähnlichen Einrichtung zu einer feingemahlenen verschiedenen Glaszusammensetzungen und der ver-Mischung vermählen wird. Es ist anzustreben, daß 30 schiedenen Brennöfen verändert werden, die festen Teilchen der Mischung eine Siebgröße be- Nach dem Abkühlen der Einheit ist die Widersitzen, die geringer ist als die, die durch ein Sieb mit Standsmaterialschicht an der Basis in Form einer ungefähr 130 Maschen pro laufendem Zentimeter glatten, schwarzen und glasigen Schicht fest angehindurchgeht. Der benutzte besondere flüssige Träger bracht, die genau die Gestalt aufweist, in der sie auf ist bei der Herstellung der Mischung nicht kritisch, 35 die Basis aufgetragen wurde. Danach können, wenn wobei als Beispiele für geeignete flüchtige Träger gewünscht, Elektroden und Anschlußdrähte, wie be-Toluol, Xylol, Öl, klare Lackmischungen, Isopropyl, reits beschrieben, angebracht werden, wonach der Alkohol und sogar Wasser genannt seien. Die Mi- Bauteil für den Einbau in eine elektrische Schaltung schung wird zur Bildung der Schicht 10 auf die fertig ist.

Basis 11 durch irgendein geeignetes Verfahren, wie 40 Es hat sich gezeigt, daß das Zusetzen von Prozent-Aufpinseln, Aufsprühen, oder im Siebdruckverfahren bruchteilen oder Spurenmengen eines oder mehrerer aufgetragen. Die der Mischung zugesetzte Menge feuerfester Metalloxyde, allgemein als Opaleszenzverflüssigen Trägers ist so zu bemessen, daß diese die stärker bekannt, zur Glas-Metall-Mischung den Kongeeignete Viskosität für das zum Auftragen der taktwiderstand zwischen beweglichen Kontakten und Mischung auf die Basis benutzte Verfahren erhält. 45 der Oberfläche der verfestigten Glas-Metall-Mischung Nach dem Auftragen der Schicht auf die Basis läßt herabsetzt. Werden keramischen Gläsern Opaleszenzman beide in einem Warmluftstrom für kurze Zeit verstärker in kleinen Prozentsätzen hinzugefügt, so trocknen. Danach werden die Basis und die Schicht haben diese die Eigenschaft, sich gleichmäßig als in einem Brennofen gebrannt, der aus einem der kolloidale Teilchen oder Flocken zu verteilen, wenn üblichen keramischen Brennöfen bestehen kann und 50 das Glas geschmolzen und darauf abgekühlt wird, vorzugsweise elektrisch erzeugte Hitze verwendet, da wobei eine gleichmäßigere Verteilung der Metallderartige Brennöfen eine reinere Atmosphäre er- teilchen in dem Widerstandsmaterial bewirkt wird, zeugen. Als Beispiel für solche Opaleszenzverstärker seien Der Zweck des Brennens ist die Verfestigung des genannt: Zinnoxyd, Antimonoxyd, Zirkonerde, Mo-Glases zu einer gleichförmigen Glasphase, wobei die 55 lybdänoxyd und Chromoxyd. Dementsprechend wird Metallteilchen in der Glasphase gleichmäßig verteilt bei der praktischen Durchführung der Erfindung, obsind, ohne daß die Metallteilchen geschmolzen und wohl für deren Wirksamkeit nicht wesentlich, vorgeohne daß in der Oberfläche der Schicht Blasen oder zogen, Prozentbruchteile eines oder mehrerer Opa-Poren erzeugt werden. Die Temperatur, bei der die leszenzverstärker der Glas-Metall-Mischung zuzu-Schicht und die Basis gebrannt werden, ist insofern 60 setzen, besonders dann, wenn das Widerstandskritisch, als bei einem Brennen bei zu niedriger Tem- element in einem Potentiometer Verwendung finden peratur keine gleichförmige Glasphase mit der harten soll.

glatten Oberfläche erhalten wird, während beim Es hat sich gezeigt, daß der Zusatz eines Prozent-Brennen mit zu hoher Temperatur Blasen oder Poren bruchteiles eines keramischen Flußmittels mit niedrierzeugt werden und die Metallteilchen sich zusam- 65 gern Schmelzpunkt, wie Wismutoxyd, Molybdänoxyd menballen. Die Brenntemperatur hängt von dem be- oder Vanadiumoxyd, zur Glas-Metall-Mischung eine sonderen verwendeten Glas und von dem besonderen Adhäsion der Metallteilchen an den Glasteilchen bei Brennofen ab und kann nicht immer im voraus be- Temperaturen bewirkt, die unterhalb des Erweichungs-

punktes des Glases liegt, und einer Zusammenballung der Metallteilchen entgegenwirkt, wenn die Brenntemperatur ansteigt. Dementsprechend wird bei der praktischen Durchführung der Erfindung, obwohl für deren Wirksamkeit nicht wesentlich, vorgezogen, der Metall-Glas-Mischung einen Prozentbruchteil oder Spurenmenge eines keramischen Flußmittels mit niedrigem Schmelzpunkt zuzusetzen.

Die Glas-Metall-Mischung, die ein Widerstandsmaterial der Erfindung bildet, besteht vorwiegend aus Glas mit einem verhältnismäßig kleinen Zusatz von Metall. Die besonderen, bei einem bestimmten Widerstandselement verwendeten Anteile hängen von dem gewünschten Widerstandswert ab. Jedoch beträgt bei fertigen Widerstandselementen der Anteil des Metalls bis zu 16 Gewichtsprozent. Der bevorzugte Bereich, in den die meisten erfindungsgemäßen Widerstandselemente fallen, liegt bei 91 bis 98 Gewichtsprozent Glas und 2 bis 9 Gewichtsprozent MetalL Die Widerstandsmerkmale einer besonderen Mischung werden durch Herstellen und Prüfen eines aus der Mischung bestehenden Widerstandselementes ermittelt, wonach Änderungen des Widerstandes durch Ändern der verwendeten Anteile vorgenommen werden können.

Verschiedene elektrische Merkmale des Widerstandsmaterials können durch Verwenden verschiedener Edelmetalle und verschiedener Mischungen von Edelmetallen in dem Widerstandsmaterial beeinflußt werden. Die elektrischen Eigenschaften der in dem verfestigten Glas verteilten Metalle entsprechen etwa den elektrischen Eigenschaften derselben Metalle, die diese bei der Verwendung als massive metallische Leiter besitzen. Legierungen von Platin mit Rhodium und von Gold mit Rhodium ergeben einen kleineren Bereich von ohmschen Widerstandswerten bei positiven Temperaturkoeffizienten pro Widerstandseinheit.

ίο Gold, Platin und Rhodiumlegierungen ergeben einen kleinen Bereich ohmscher Widerstandswerte bei kleineren positiven Temperaturkoeffizienten pro Widerstandseinheit. Gold, Palladium und Rhodiumlegierungen ergeben einen größeren Bereich von Widerstandswerten, die bei steigendem Prozentsatz von Palladium größer werden. Die Temperaturkoeffizienten pro Widerstandseinheit verlaufen von niedrigen positiven zu hohen negativen Werten bei steigenden Palladiumprozentsätzen. Der Zusatz von Silber zu diesen Legierungen verändert gewöhnlich die Temperaturkoeffizienten pro Widerstandseinheit in Richtung negativer Werte.

Obwohl zur Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstandselementes zahllose Materialkombinationen verwendet werden können, werden die nachstehenden angeführt, da sie den Bereich von Mischungen erläutern, der in den Rahmen der Erfindung fallen soll.

	1 I 2	97,401 2,251 0,065 0,281	3	4	Mischung Nr. 5I6I7I8I9	97,164 1,875 0,627 0,042 0,208 0,042 0,042	92,750 2,598 4,190 0,058 0,289 0,058 0,058	92,918 2,260 3,655 0,051 0,761 0,253 0,051 0,051	91,633 2,246 3,601 0,050 2,120 0,250 0,050 0,050	10
Glas	95,507 2,850 1,623 0,027	93,331 4,981 1,461 0,042 0,182	95,82 1,76 2,10 0,04 0,20 0,04 0,04	91,672 3,000 4,801 0,066 0,331 0,066 0,066	84,578 2,451 2,317 0,048 10,264 0,242 0,048 0,048
Gold ......... Platin Palladium Rhodium . Silber Wismutoxyd ... Zinnoxyd Chromoxyd ...

Die Ausgestaltung der Widerstandsmaterialschicht, die auf die Basis aufgetragen wird, hängt von dem Widerstandsmerkmal der verwendeten besonderen Mischung und von dem gewünschten Gesamtwiderstand des fertigen Widerstandselementes ab. Der aus der Widerstandsschicht bestehende ringförmige Streifen 10 in der Fig. 1 kann beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 12,7 : 38,1 mm haben. Die Stärke der Widerstandsschichten beträgt einen Bruchteil eines Millimeters, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 0,0127 und 0,076 mm liegt. Bei den meisten der gegenwärtig hergestellten Widerstandselementen liegt die Stärke in der Größenordnung von 0,0254 mm. Da die Widerstandsschicht im Vergleich zu den aufgespritzten und aufgedampften metallischen Filmen bei einigen Widerständen eine beträchtliche Dicke besitzt, ist die Überwachung der Dicke bei dem erfindungsgemäßen Widerstand viel weniger kritisch.

Bei dem fertigen Widerstandselement sind die amorphen Metallteilchen in dem verfestigten Glas gleichmäßig verteilt und bilden einen halbleitenden Pfad durch das Widerstandsmaterial. Die innerhalb des Widerstandsmaterials auftretenden genauen elektrischen Erscheinungen sind noch nicht völlig bekannt. Dem Anschein nach besitzen die Metallteilchen voneinander einen Abstand oder berühren sich leicht, wodurch ein hoher Widerstand erzeugt wird. Es ist bekannt, daß eine Erhöhung des Prozentsatzes an Metall in der Mischung eine Herabsetzung des Gesamtwiderstandes zur Folge hat, was auf eine Verminderung des Abstandes zwischen den Metallteilchen und eine Vergrößerung der Anzahl der Teilchen, die sich gegenseitig berühren, zurückgeführt werden kann.. Es wurde vermutet, daß der Widerstand der Schicht darauf beruht, daß die Teilchen voneinander einen Abstand besitzen, der kleiner ist als die Wellenlänge ernes Elektrons, und daß, wenn der Abstand zwischen den meisten der Teilchen diesen Wert übersteigt, die Schicht zu einem Nichtleiter wird, während diese zu einem Leiter mit einem Widerstand von im wesentlichen Null wird, wenn die meisten der Teilchen miteinander Kontakt haben.

Nach einem anderen Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Widerstandsmaterials kann das Metall (oder die Metalle) mit dem feingemahlenen Glasbinder vermischt werden, wobei die Metalle in der Form von löslichen Metallverbindungen auftreten, die durch erhöhte Temperatur zerlegt werden können. Die Metallverbindung (oder Verbindungen) wird in einem geeigneten Lösungsmittel, etwa in einem der

ätherischen Öle, gelöst und mit dem zerpulverten Glas zur Herstellung einer gleichmäßigen Mischung vermischt oder vermählen. Der bei dem früher offenbarten Verfahren beschriebene flüchtige, flüssige Träger wird in diesem Falle gewöhnlich nicht benötigt, da das Lösungsmittel für die Metallverbindungen dazu dient, die Mischung fließfähig und zum Auftragen auf die Basis geeignet zu machen. Ein wichtiges Merkmal solcher Metallverbindungen ist darin zu sehen, daß das Metall in kolloidaler Form anwesend ist, so daß, wenn die Basis zusammen mit der aufgebrachten Widerstandsschicht gebrannt wird, um das in der Mischung vorhandene organische Material auszutreiben, die Metallverbindungen zersetzt werden unter Hinterlassung eines Rückstandes von molekulargroßen Metallteilchen, die in der Schicht gleichmäßig verteilt sind. Als lösliche Metallverbindungen, wie oben beschrieben, sind Verbindungen von Metallen mit organischen Stoffen, wie Metallresinate oder -abietate, vorzuziehen.

Die zuweilen in dem Widerstandsmaterial der Erfindung verwendeten Metalloxyde, wie Wismutoxyd, Zinnoxyd und Chromoxyd, können gleichfalls der Mischung in Form von löslichen Metallverbindungen, wie nachstehend beschrieben, zugesetzt werden. Bei der Zersetzung der Metallverbindungen werden die Metalle in Oxyde umgewandelt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Widerstandsmaterials kann dieses in großen Mengen zubereitet und für unbestimmte Zeit gespeichert werden, um für die Herstellung einer gewünschten Anzahl von Widerstandselementen je nach Erfordernis verwendet zu werden. Nach diesem Verfahren wird der Glasbinder, das Metall (oder die Metalle) sowie Metalloxyde, wenn solche verwendet werden, gemischt oder zusammen mit den Edelmetallen vermählen, wobei die oxydierbaren Metalle in Form von löslichen Metallverbindungen anwesend sind. Das Mischen wird so gründlich durchgeführt, daß jedes Glasteilchen von den Metallösungen befeuchtet ist. Diese Mischung wird nach und nach auf annähernd 370° C unter beständigem Umrühren erhitzt, um die flüchtigen und organischen Materialien aus der Mischung zu entfernen, die Metallverbindungen zu zersetzen und um die oxydierbaren Metalle zu oxydieren. Das entstandene trockene Material wird zu einem feinen Pulver zermahlen und bei ungefähr 455° C kalziniert. Das Produkt wird zu einem feinen Pulver zermahlen, vorzugsweise mit einer Teilchengröße von weniger als solchen, die durch ein Sieb mit 13 Maschen pro laufendem Millimeter hindurchgehen, wobei ein trockenes Material erzeugt wird, das aus sehr kleinen Glasteilchen besteht, die mit einer extrem dünnen Schicht aus Metall und Metalloxydteilchen überzogen sind. Diese Mischung kann für unbegrenzte Zeit ohne Veränderung oder Schlechtwerden gespeichert und in kleinen Mengen zur Herstellung einer begrenzten Anzahl von Widerstandselementen verwendet werden.

Sollen Widerstandselemente unter Verwendung des nach dem vorstehenden Absatz hergestellten Materials erzeugt werden, so wird dieses trockene Pulver mit einem geeigneten flüssigen Träger unter Bildung einer fließfähigen Zusammensetzung gemischt, die auf die Basis aufgetragen werden kann. Danach wird die Basis zusammen mit der aufgetragenen Schicht in derselben Weise, wie oben beschrieben, gebrannt und die gleichförmige Phase verfestigten Glases erzeugt.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Widerstandselementes, bei der eine Widerstandsmaterialschicht 15 auf eine rechteckige Basis 16 aufgetragen ist, wonach die Elektroden 17, 18 an den Enden der Schicht 15 hinzugefügt werden. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders für lineare Potentiometer geeignet.

Nach der Fig. 3 dient ein Röhrchen 20 als Basis für eine Schicht 21 aus Widerstandsmaterial, wobei die an den Enden des Röhrchens 20 angebrachten zylindrischen Elektroden 22, 23 über die Enden des Röhrchens und die Schicht 21 hinausragen. Um die Elektroden 22, 23 sind die biegsamen Anschlußdrähte 24, 25 herumgewunden und an die Elektroden angelötet.

Die Fig. 4 zeigt einen knopf ähnlichen Festwiderstand mit einer auf eine Basis 29 aufgebrannten Schicht Widerstandsmaterial 28, wobei die Elektroden 30, 31 an diametral gegenüberliegenden Stellen der Schicht 28 aufgebrannt und die biegsamen Anschlußdrähte 32, 33 an die Elektroden 30 bzw. 31 angelötet sind. Die Materialien, aus denen die Widerstände der Fig. 2, 3 und 4 bestehen, und die Herstellungsverfahren sind die gleichen, wie bei der Fig. 1 beschrieben, und die verschiedenen Widerstände unterscheiden sich nur äußerlich.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Widerstandselement für hohe Betriebstemperaturen mit einer hochtemperaturbeständigen, elektrisch nichtleitenden Unterlage, auf die eine aus einem Edelmetall und einem elektrisch nichtleitenden Bindematerial bestehende Schicht aufgebrannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer geschmolzenen Mischung aus Glas und einem Edelmetall mit höherem Schmelzpunkt als dem des Glases besteht und daß das Metall in feiner Verteilung in elementarer Form in einem Anteil von bis zu 16¹Yo enthalten ist.

2. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht mehrere Edelmetalle, die mit den übrigen Bestandteilen des Gemisches nicht reagieren, enthält.

3. Widerstandselement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Anteile des Metalls oder der Metalle zum Glas etwa 2 bis 9 Gewichtsprozent zu 91 bis 98 Gewichtsprozent beträgt.

4. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetallteilchen in der Glasphase kolloide oder molekulare Abmessungen besitzen.

5. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial weniger als 1 Gewichtsprozent eines keramischen Flußmittels mit niedrigem Schmelzpunkt, wie von Wismutoxyd, Molybdänoxyd oder Vanadiumoxyd, und/oder weniger als 0,5 Gewichtsprozent eines Opaleszenzverstärkers, wie von Zinnoxyd, Antimonoxyd, Zirkonoxyd, Molybdänoxyd oder Chromoxyd, gleichmäßig verteilt, in der Glasphase enthält.

6. Widerstandselement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht eine Dicke von vorzugsweise etwa 0,0127 bis 0,076 mm hat.

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7. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Widerstandselementes nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch Bereiten einer viskosen Mischung aus einem flüchtigen, flüssigen Träger und aus pulverigen Glasteilchen sowie aus zumindest einem Edelmetall mit einem höheren Schmelzpunkt als dem des Glases, Aufbringen der Mischung als Schicht auf einem Trägerkörper, Erhitzen der Schicht auf eine Zwischentemperatur zwecks Entfernen der darin enthaltenen flüchtigen und organischen Stoffe, weiteres Erhitzen der Schicht auf eine vorbestimmte Temperatur, die zumindest so hoch wie der Schmelzpunkt des Glases, jedoch niedriger als der Schmelzpunkt der Metalle ist, wobei eine gleichmäßige glasige Phase mit glatter Oberfläche und mit in ihr gleichmäßig verteiltem Metall erzeugt wird, und Abkühlen der Schicht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle, die Flußmittel wie auch die Opaleszenzverstärker in Form von Lösungen von metallorganischen Verbindungen zugesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallorganischen Verbindungen Metallresinate sind.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Zwischenstufen: Erhitzen der Mischung zwecks Entfernen des in ihr enthaltenen flüchtigen und organischen Materials unter Erzeugung einer trockenen Mischung, Vermählen dieser trockenen Mischung zu einem Pulver, Erhitzen des Pulvers zwecks Kalzinierung, Vormahlen des kalzinierten Produktes zu feinem Pulver und Vermischen des feinen Pulvers mit einer flüchtigen Flüssigkeit unter Bildung einer zweiten viskosen Mischung zur Erzeugung einer Schicht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 882445, 872 089,
643;

deutsche Patentanmeldung S 25541 VTIId/21c
(bekanntgemacht am 19. 2.1953);

österreichische Patentschrift Nr. 137 832.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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