DE7237312U - ELECTRICAL RESISTANCE FROM A CERAMIC BODY AND A GLASSY RESISTANT LAYER - Google Patents
ELECTRICAL RESISTANCE FROM A CERAMIC BODY AND A GLASSY RESISTANT LAYERInfo
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Description
"Elektrischer Widerstand aus einem keramischen Körper und einer glasigen Widerstandsschicht""Electrical resistance from a ceramic body and a glassy resistance layer "
Es sind bereits keramische Widerstände mit einer glasigen Widerstandsschicht bekannt, wobei sich in der Glasgrundmasse als fein verteiltes, leitendes Material Tantannitrid bzw. Tantal- und Titanborid befindet. Hergestellt werden diese Keramikwiderstände, indem auf dem keramischen Grundkörper eine das leitende Pulver enthaltende Glasfritte aufgetragen und das Glas niedergeschmolzen wird. In der so gebildeten Glasschicht sind die leitenden Teilchen feindispers in einer Glasgrundmasse verteilt. Damit der Widerstand die gewünschten Werte hinsichtlich seiner elektrischen Widerstandswerte hat, liegt die glasige Schicht im allgemeinen als längliche schmale Zeile oder Strompfad vor. Im allgemeinen wird die Widerstandsschicht auch mit einem plastischen Material überzogen, um sie vor mechanischer Beschädigung. Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen aus der AtmosphäreCeramic resistors with a vitreous resistance layer are already known, in which case they are in the glass base material as finely divided, conductive material tantalum nitride or tantalum and titanium boride is located. Getting produced these ceramic resistors by applying a glass frit containing the conductive powder to the ceramic base body and the glass is melted down. The conductive particles are finely dispersed in the glass layer thus formed distributed in a glass base. So that the resistance has the desired values in terms of its electrical resistance values, the vitreous layer generally lies as an elongated narrow line or current path. In general, the resistance layer is also made with a plastic one Material coated to protect them from mechanical damage. Moisture and other contaminants from the atmosphere
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zu schützen.to protect.
Bei Anwendung derartiger- elektritsuher Widerstände aus einem keramischen Körper und einer glasigen Widerstandsschicht treten Probleme auf, wenn der Widerstand überlastet wird. Alle Widerstände, einschließlich der oben beschriebenen, erwärmen sich während der Anwendung. Je höher die Belastung iät, umso heißer werden die Widerstände. Es wurde festgestellt, daß Widerstände mit glasigen Widerstandsschichten sich bei Überlast in einem solchen Ausmaß aufheizen, daß die Schutz*- schichten oder anderes entflammbares Material in der Nähe des Widerstands Feuer fangen können. Um diese gefihrlichen Bedingungen auszuschalten, ist es wünschenswert, eine glasige Widerstandsschicht zu haben, die sozusagen selbstbegrenzend ist. d.h. im Hinblick auf die von ihr bei Überlast entwickelte Wärmemenge.When using such electrical resistors from one ceramic body and a vitreous resistive layer, problems arise when the resistor is overloaded. All resistors, including those described above, will heat up during use. The higher the load If you eat, the hotter the resistors get. It has been found that resistors with vitreous resistive layers are less Heat the overload to such an extent that the protection * - layers or other flammable material near the resistor can catch fire. To these dangerous conditions to turn off, it is desirable to have a glassy resistive layer that is self-limiting, so to speak is. i.e. with regard to the developed by it in case of overload Amount of heat.
Aufgabe der Neuerung ist es, elektrische Widerstände so auszubilden, daß sie sich auch bei Überlast nicht übermäßig erhitzen, ihre elektrischen Werte weitgehend einstellbar sind und ihre Widerstandswerte auch bei Temperaturänderungen weitgehend stabil bleiben.The task of the innovation is to develop electrical resistances in such a way that that they do not heat up excessively even in the event of an overload, and that their electrical values are largely adjustable and their resistance values remain largely stable even with changes in temperature.
Die Erfindung geht aus von elektrischen Widerständen auf keramischen Grundkörpern mit einer glasigen Widerstandsschicht, die als fein-disperses leitendes Material eine anorganische Tantal- und Titanverbindung in gleichmäßiger Verteilung enthält. Obige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tantalverbindung Tantalcarbid und die Titanverbindung Titansuboxid ist und das leitende Material in der Widerstandsschicht in einer Menge von 45 bis 70 Gew.-% vorliegt. Die erfindungsgemäßen Widerstände zeichnen sich dadurch aus, daß sie dann, wenn sie unter großer Überlast stehen, !schmelzen oder den Stromkreis unterbrechen, so daß ein übermäßiges Aufheizen des .Widerstands verhindert wird.The invention is based on electrical resistances ceramic base bodies with a vitreous resistance layer which, as a finely dispersed conductive material, is an inorganic Contains tantalum and titanium compounds in an even distribution. The above object is achieved in that the Tantalum compound Tantalum carbide and the titanium compound titanium suboxide and the conductive material in the resistance layer is present in an amount of 45 to 70 percent by weight. The invention Resistors are characterized by the fact that, when they are under great overload, they melt or the Interrupt the circuit so that the resistance is prevented from heating up excessively.
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Der Aufbau der neuen Widerstände wird an Hand der Zeichnung erläutert. Der Widerstand 10 ist aufgebaut aus dem Keramikkörper 12 und der Widerstandsschicht 14. Diese besteht aus einer Glasgrundmasse 16 mit eingebetteten Teilchen von Tantalcarbid 18 und TiOx und gegebenenfalls Titan 20.The structure of the new resistors is explained using the drawing. The resistor 10 is made up of the ceramic body 12 and the resistor layer 14. This consists of a glass base material 16 with embedded particles of tantalum carbide 18 and TiO x and optionally titanium 20.
Unter dem Begriff "fein-disperses Material" versteht man ein Produkt mit einer mittleren Korngröße von nicht mehr als etwa 5 /um. Vorteilhafterweise enthält das leitende Material zusätzlich Titan.The term "finely dispersed material" means a product with an average grain size of no more than about 5 / um. The conductive material advantageously also contains titanium.
Das Verhältnis von Tantalcarbid zu Titan kann variieren Oe nach dem angestrebten Widerstandswert und dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands. Bei steigendem Anteil von Tantalcarbid gegenüber Titan steigt der Widerstand und der Temperaturkoeffizient des Widerstands wird positiver. Durch Einstellung des Mischungsverhältnisses vöü Tantalcarbid und Titan bei der Herstellung der Widerstände und Variation der Menge an leitenden Teilchen innerhalb der isolierenden Glasfritte kann man den gewünschten Temperatürkoeffizienten des Widerstands bei dem angestrebten Widerstand einstellen.The ratio of tantalum carbide to titanium can vary Oe according to the desired resistance value and the temperature coefficient of resistance. With an increasing proportion of tantalum carbide compared to titanium, the resistance and increases the temperature coefficient of resistance becomes more positive. By adjusting the mixing ratio of tantalum carbide and titanium in making the resistors and varying the amount of conductive particles within the insulating glass frit can be the desired temperature coefficient of resistance at the desired resistance to adjust.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Widerstände wird zweckmäßig in nicht-oxidierender Atmosphäre ein Gemisch einer Glasfritte in Form eines Borosilicatglases und 45 bis 70 Gew.-?6 einer feinteiligen Mischung von Tantalcarbid und Titan auf dem keramischen Grundkörper eingeschmolzen. Dabei bildet sich aus zumindest einem Großteil des Titans das Titansuboxid.To produce the resistors according to the invention, a mixture is expediently used in a non-oxidizing atmosphere a glass frit in the form of a borosilicate glass and 45 to 70 wt .-? 6 of a finely divided mixture of tantalum carbide and Titanium melted onto the ceramic base body. This is formed from at least a large part of the titanium Titanium suboxide.
Als Glasfritte für die Widerstandsschicht könnenAs a glass frit for the resistance layer
an sich bekannte Produkte angewandt werden, deren Erweichungspunkt unter dem von Tantalcarbid und Titan liegt. Bevorzugt werden Borosilicatfritten angewandt wie Bleiborosilicate und solche enthaltend Wismut, Cadmium, Barium, Calcium oder andere Erdalkaliborosilicate. Die Herstellungknown products are used, their softening point below that of tantalum carbide and titanium. Borosilicate frits are preferably used, such as lead borosilicates and those containing bismuth, cadmium, barium, calcium or other alkaline earth borosilicates. The production
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der Glasfritten ist an sich bekannt und geschieht im wesentlichen durch Zusammenschmelzen der Ausgangsoxide, Eingießen der Schmelze in Wasser und Zerkleinern. Für den Versatz kann man Jede Verbindung anwenden- die unter den üblichen Bedingungen bei der Herstellung der Fritte die angestrebten Oxide liefert, z.B. Boroxid erhält man aus Borsäure, Bariumoxid aus Bariumcarbonat. Die grobe Fritte wird vorzugsweise mit Wasser in einer Kugelmühle auf die gewünschte Feinheit und Gleichmäßigkeit der Korngröße aufgemahlen. the glass frit is known per se and happens in essentially by melting together the starting oxides, Pour the melt into water and crush it. Any connection can be used for the offset - the one under the normal conditions in the production of the frit supplies the desired oxides, e.g. boron oxide is obtained from Boric acid, barium oxide from barium carbonate. The coarse frit is preferably ground with water in a ball mill to the desired fineness and uniformity of the grain size.
Im Rahmen der Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Widerstände wird handelsübliches Tantalcarbid und Titan vorerst auf die gewünschte Feinheit aufgemahlen. Dann wird Tantalcarbid, Titan und Glasfritte in den gewünschten Mengenverhältnissen im Hinblick auf den angestrebten spezifischen Widerstand und dexi Tewpeiäturköeffij.ienten der Widerstands— schicht gemischt, z.B. in einer Kugelmühle in Gegenwart von Wasser oder einem organischen Mahlhilfsmittel wie Butylcarbictolacetat. Die Viskosität der Masse wird durch Entfernen oder Zugabe von flüssigem Medium derart eingestellt, daß die Masse in entsprechender Weise auf den Keramikkörper als Schicht aufgetragen werden kann.In the context of the production of the electrical resistors according to the invention, commercially available tantalum carbide and titanium are used initially ground to the desired fineness. Then tantalum carbide, titanium and glass frit are used in the desired proportions with regard to the desired specific resistance and dexi Tewpeiäturköeffij.ients the resistance— mixed layers, e.g. in a ball mill in the presence of water or an organic grinding aid such as butyl carbictol acetate. The viscosity of the mass is adjusted by removing or adding liquid medium in such a way that that the mass can be applied in a corresponding manner to the ceramic body as a layer.
Die in dünner Schicht auf den Keramikkörper aufgebrachte Masse für die glasige Widerstandsschicht wird dann gebrannt. Als Keramikkörper kann man übliche Materialien für ähnliche Zwecke anwenden, z.B. Körper aus Glas, Tonerde, Steatit, Porzellan, Bariumtitanat. Die Masse für die Widerstandsschicht wird auf den Keramikkörper aufgetragen in üblicher Weise, z.B. durch Aufstreichen, Bürsten, Spritzen, Tauchen oder in der Art des Siebdrucks. Das Brennen geschieht in üblichen Öfen bei einer Temperatur, bei der dieGlasfritte erweicht, jedoch bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Tantalcarbid und Titan. Das ZusammenschmelzenThe compound for the vitreous resistance layer applied in a thin layer to the ceramic body is then fired. Common materials can be used as ceramic bodies for similar purposes, e.g. bodies made of glass, clay, steatite, Porcelain, barium titanate. The mass for the resistance layer is applied to the ceramic body in the usual way Way, e.g. by painting on, brushing, spraying, dipping or in the manner of screen printing. The firing takes place in conventional ovens at a temperature at which the glass frit softened, but at a temperature below the melting temperature of tantalum carbide and titanium. The melting together
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der Widerstandsschicht findet vorzugsweise in Argon, Helium oder Stickstoff statt. Nach dem Abkühlen ist die glasige Widerstandsschicht fest auf dem Keramikkörper gebunden.the resistance layer is preferably in argon, helium or nitrogen. After cooling, the glassy one Resistance layer firmly bonded to the ceramic body.
Eeim Brennen der Masse für die Widerstandsschicht reagiert Titan mit Bestandteilen der Fritte unter Bildung von halbleitenden Suboxiden von Titan, TiO. Demzufolge enthalten die leitenden Teilchen des erfindungsgemäßen Widerstands Tantalcarbid und diese Titanoxide. In den meisten Fällen werden jedoch nicht alle Titanteilchen vollständig in die Suboxide umgewandelt und es bleibt in der Widerstandsschicht ein gewisser Anteil an Titan über. Im Ausgangsmaterial kann man anstelle des ganzen oder eines Teils von Titan dessen Suboxid anwenden, um auf diese Weise Widerstände der gewünschten Eigenschaften zu erhalten.EEIM burning mass for the resistance layer T iTAN reacts with constituents of the frit to form semiconducting suboxides of titanium, TiO. Accordingly, the conductive particles of the resistor of the present invention contain tantalum carbide and these titanium oxides. In most cases, however, not all titanium particles are completely converted into the suboxides and a certain amount of titanium remains in the resistance layer. In the starting material, instead of all or part of titanium, its suboxide can be used, in order in this way to obtain resistors with the desired properties.
In Tabelle I ist der Temperaturkoeffizient des Widerstands von Widerständen mit variierenden Anteilen an Tantalcarbid und Titan und variierenden- Verhältnissen von Tantalcarbid zu Titan zusammengestellt. Die Herstellung der Widerstände geschah in obiger Weise. Die Brennbedingungen sind in der Tabelle I angegeben.In Table I is the temperature coefficient of resistance of resistors with varying proportions of tantalum carbide and titanium and varying ratios of tantalum carbide to titanium. The manufacture of the resistors happened in the above manner. The firing conditions are given in Table I.
1» Verhält-
Ti nisVoI.-
1 » relationship
Ti nis
0Q minFiring conditions
0 Q min
Widerstands
ppm/grd bei
-55 0 +1500CTemp.coeff. of
Resistance
ppm / grd at
-55 0 +150 0 C
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■G-■ G-
Aus der Tabelle I ergibt sich, daß optimale Mengen von Tantalcarbid und Titan zwischen 45 und 70 Gew. -% der Masse liegen für die Herstellung von Widerständen mit minimalen Temperaturkoeffizienten des Widerstands.From Table I it follows that optimal amounts of tantalum carbide and titanium between 45 and 70 wt -.% Of the mass are for the manufacture of resistors with minimal temperature coefficient of resistance.
In Tabelle II sind die elektrischen Eigenschaften von Widerständen mit unterschiedlich zusammengesetzter Glasphase der Widerstandsschicht zusammengestellt. In allen Fällen betrug die Gesamtmenge an Tantalcarbid und Titan 67 Gew.-Ji und das Verhältnis Tantalcarbid zu Titan war 2 : (Volumenverhältnis).Table II shows the electrical properties of resistors with different compositions of the glass phase the resistance layer put together. In all cases the total amount was tantalum carbide and titanium 67% by weight and the ratio of tantalum carbide to titanium was 2: (Volume ratio).
BrennbedingungenFiring conditions
minmin
Temp.Koeff. des Widerstands ppm/grd beiTemp.coeff. of resistance ppm / grd
borosilicatMagnesiuralitliiurQ-
borosilicate
borosilicatMagnesium lithium
borosilicate
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— J — 4- J - 4
t T1 t T 1
G 72 37 312.7 1G-41 961G 72 37 312.7 1G-41 961
Die erfindungsgemäßen Widerstände zeichnen sich durch eine außerordentlich geringe Entflammbarkeit bzw. hohe Feuersicherheit aus, indem sie sich bei Überlast nicht extrem aufheizen. Diese Eigenschaften beruhen auf einer sehr schnellen Umwandlung der Widerstandsschicht zu einem Material von sehr hohem Widerstandswert, wenn der Widerstand überlastet wird. So wird beispielsweise der Widerstand schmelzen und den Stromkreis unterbrechen innerhalb von etwa 2 s, wenn er mit 40 W belastet wird. Bei steigender Last ist die Abschmelzzeit noch kürzer. Demzufolge gelingt es, elektrische Widerstände mit glasigen Widerstandsschichten herzustellen, die über weite Widerstandswerte einstellbar sind, relativ stabil gegenüber Temperatur sind und sich durch besondere Feuersicherheit auszeichnen, da sie selbst nicht brennen, auch wenn sie hoch überlastet werden.The resistors according to the invention are characterized by an extremely low or high flammability Fire safety by not heating up extremely in the event of an overload. These properties are based on one very rapid transformation of the resistive layer to a material of very high resistance when the resistor is overloaded. For example, this is the resistance melt and interrupt the circuit within about 2 s when it is loaded with 40 W. With increasing Last, the meltdown time is even shorter. As a result, it is possible to produce electrical resistors with vitreous resistance layers produce that are adjustable over wide resistance values, are relatively stable with respect to temperature and are themselves characterized by special fire safety, as they do not burn themselves, even if they are heavily overloaded.
8183 Schutzansprüche; 8183 protection claims;
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