DE2527739B2

DE2527739B2 - Verfahren zur herstellung eines elektrischen messwiderstandes fuer ein widerstandsthermometer

Info

Publication number: DE2527739B2
Application number: DE19752527739
Authority: DE
Inventors: Günter 6457 Maintal; Reichelt Walter Dr 6450 Hanau Sauer
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1975-06-21
Filing date: 1975-06-21
Publication date: 1977-07-21
Also published as: DE2527739A1; US4050052A; GB1527386A; DE2527739C3; FR2315086A1; FR2315086B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstandes für ein Widerstandsthermometer, der auf einem Träger aus keramischem Material einen durch Zerstäubung hergestellten Platindünnfilm in bestimmter Form trägt, der einen vorbestimmten Temperatur-Koeffizienten aufweist.

Gemäß einem älteren Vorschlag der Anmelderin (DT-PS 24 50 551) ist der Träger vor der Beschichtung mit Platin noch mit einer Zwischenschicht versehen, um möglichst geringe Abweichungen des linearen Temperaturkoeffizienten zwischen der Platin-Widerstandsschicht und dem Träger zu erzielen.

Aus der DT-OS 23 27 662 ist ein Widerstandsthermometer bekannt, das auf einer starren Frägerunierlage aufgebracht ist. Diese kann aus Aluminium-Oxid oder keramischem Material bestehen. Diese Unterlage, z. B. ein Saphir, wird mit einer Glaszwischenschicht verschen, in die der Platindünnfilm eingesintert ist. Die angegebene Dicke der Platinschicht, gleich 800 A, ist zu dünn, um einen für die angestrebten Temperuturmessungcn ausreichenden Temperatur-Koeffizienten zu erreichen. Die abschließende Glühung dient nur dem r.insintcrn der Platinteilchen des Dünnfilms in das Glas.

Aulgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für elektrische Meßwiderstände der eingangs beschriebenen Art anzugeben, wobei unter Verzicht auf eine Zwischenschicht zwischen dem Träger und der Widerstandssch.icht trotzdem alle vorteilhaften Eigenschaften des Meßwiderstandes wie im älteren Vorschlag der Anmelderin erreicht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Verwendung solcher Keramik, deren mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient sich von demjenigen des Thennometerplatins um weniger als ±30% unterscheidet, als Ausgangsmaterial für Substrate von durch Aufdampfen oder Aufstäuben hergestellte Platin-Dünnschichtwiderstände für Widerstandsthermometer, die in saucrstoffhaltiger Atmosphäre so weit erhitzt werden, daß das Substrat nach der Wärmebehandlung weniger als 15 ppm Chrom, weniger als 30 ppm Eisen, weniger als 45 ppm Blei und weniger als 70 ppm Silizium in mit Platin reaktionsfähiger Form enthält und daß bei gleichzeitiger Anwesenheit aller vorgenannten Metalle die Summe der Verunreinigungen durch diese Metalle 20 ppm nicht überschreitet und das in einer Dicke von 0,1 bis 10 μιη mit Platin beschichtete Substrat bei einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 1400° C während mindestens 60 Minuten in sauerstoffhaltiger Atmosphäre erhitzt wird.

Der erfindungsgemäß beschrittene Weg zur Herstellung eines Platinmeßwiderstandes unterscheidet sich von dem nach dem Stand der Technik sehr wesentlich: Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ist es möglich, ein käuflich zu erwerbendes, verunreinigtes polykristallines keramisches Substrat von schädlichen Verunreinigungen zu befreien, nämlich solchen, die mit einer direkt auf dem Substrat abgeschiedenen Platinwiderstandsschicht reagieren wurden. Die beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren auf dem Substrat direkt aufgedampfte oder aufgestäubte Platinwiderstandsschicht haftet fest auf der Unterlage und die haftfeste Verbindung bleibt auch infolge der Auswahl im Ausdehnungskoeffizienten an die Platinwiderstandsschicht angeglichener Substrate erhalten.

Durch den Verzicht auf eine Glaszwischenschicht ist bei der Erfindung ein Ausheilen von Fehlstellen der Platinschicht mittels der abschließenden Wärmebehandlung möglich.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

F i g. 1 den erfindungsgemäßen Meßwiderstand in Draufsicht,

Fig.2 den Meßwiderstand gemäß Fig. 1 im Längsschnitt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht der Meßwiderstand aus einem Substrat I, z. B. aus

Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Thoriumoxid, Mugnesiumoxid oder einem Magnesiumoxid oder einem MagnesiumsilikiU. Auf dem Substrat 1 ist die Widerstandsbahn 2 aus Platin in Mäanderform oder einem anderen geeigneten Muster direkt aufgebracht. An den Enden der Widerstandsbahn 2 sinü Elektroden 4 und 5 angeordnet, die sich bevorzugt über jeweils eine schmale Seite des Substrats 1 erstrecken und nach dem gleichen Verfahren aufgebracht sein können wie die Widerslandsbahn 2. Sie können auch aus dem gleichen Material bestehen wie die Widerstandsbahn 2. Als besonders vorteilhaft hat sich das Aufdampfverfahren und dabei das Aufdampfen mittels Elektronenstrahlbcheizung erwiesen, weil dieses Verfahren die geringsten Verunreinigungen ergab.

Als Schichtdicke des aufgebrachten Musters des Platinmeßwiderstands hat sich besonders eine Dicke zwischen 1 und 5 μιτι bewährt.

Die obengenannten Substrate wurden vor der Beschichtung an Luft ausgebeizt und während der Beschichtung auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 500 und 900⁰C erwärmt. Danach wird das beschichtete Substrat in einem Ofen wenigstens 60 Minuten bei einer Temperatur zwischen 1000 und I4OO°C wärmebehandelt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Dauer der Wärmebehandlung von etwa 180 Minuten und eine Temperatur von 1050 bis 1105 C erwiesen.

Ks ist ersichtlich, daß es möglich ist, auch andere Verfuhren der Metallabseheidung anzuwenden, sofern sie die Anforderungen an die Reinheit der abgeschiedenen Schicht bzw. des abgeschiedenen Musters erfüllen.

Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Meß· widerstand auch von einer temperaturbeständigen

ίο Deckschicht, z. B. aus Epoxidharz, Glas oder Metalloxiden der Gruppe Aluminium, Beryllium, Thorium, Seltene Erden, vorzugsweise durch Aufdampfen oder Aufstäuben überzogen sein und gegen thermische und mechanische Beanspruchungen widerstandsfähig sein.

Ebenso soll die Deckschicht einen Schutz insbesondere gegen Diffusionen aus der Gasphase oder festen Stoffen der Umwelt oder mit dem Meßwiderstand in Kontakt kommenden Gegenstände bieten.

Unter Thermometerplatin im Sinne der Erfindung wird solches Platin verstanden, das mindestens die Grundwerte gemäß DIN 43760, Sept. 1968, erfüllt.

Unter mittlerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird hierbei ein Mittelwert verstanden, der sich bei dem hier interessierenden Temperaturbereich zwischen 0 und 800⁰C ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfuhren /ur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstunds für ein Widerstandsthermometer, der auf einem Trüger aus keramischem Material einen durch Zerstäubung hergestellten Platin-Dünnfilm in bestimmter Form trügt, der einen vorbe stimmten Temperaiurkoeffizienlen aufweist, gekennzeichnet durch die Verwendung solcher Keramik, deren mittlerer thermischer Ausdehnungskocffizient sich von demjenigen des Thermomcterplatins um weniger als ±30% unterscheidet, als Ausgangsmaterial für Substrate von durch Aufdampfen oder Aufstäuben hergestellte Platin-Dünnschichtwiderstände für Widerstandsthermometer, die in sauerstoffhaltiger Atmosphäre so weit erhitzt werden, daß das Substrat nach der Wärmebehandlung weniger als 15 ppm Chrom, weniger als 30 ppm Eisen, weniger als 45 ppm Blei und weniger als 70 ppm Silizium in mit Platin reaktionsfähiger Form enthält und daß bei gleichzeitiger Anwesenheit aller vorgenannten Metalle die Summe der Verunreinigungen durch diese Metalle 20 ppm nicht überschreitet und das in einer Dicke von 0,1 bis ΙΟμηι Platin geschichtete Substrat bei einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 1400"C während mindestens 60 Minuten in sauerstoffhaltiger Atmosphäre erhitzt wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus AIjO₁, BeO, ThOj, MgO oder einem Magnesium-Silikat btsteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstandes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat während der Beschichtung einer Temperatur im Bereich von 500 bis 900⁰C ausgesetzt wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vor der Beschichtung an Luft ausgeheut wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstandes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus AI2O3 besteht, die Platinschicht eine Dicke von 1 bis 5 μπι aufweist und dieses platinbeschichtete Substrat in Luft etwa 180 Minuten auf eine Temperatur von 1050 bis 1105°C erhitzt wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Meßwiderstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus Metalloxiden der Gruppe Aluminium, Beryllium, Thorium, Seltene Erden besteht.