Резистивний матеріал для товстоплівкових електронагрівачів

Винахід належить до галузі електротехніки, може бути використаний при виготовленні товстоплівкових електронагрівачів на підкладках з різних матеріалів і призначених для нагрівних приладів спеціального і побутового призначення. Відома резистивна композиція для товстоплівкової технології на основі суміші силіцидів нікелю та хрому при різних їх вагови х співвідношеннях і скла складу B2O 3 - BaO - SiO2 - Al2 O3 - CaO - MgO. В залежності від співвідношення між силіцидами та співвідношення між силіцидами і склозв'язкою, питомий поверхневий опір становить від 1,4 до 98,2Ом/кв. м (3аявка Японії №56 - 17801). Використання зазначеного складу для резисторів та нагрівних елементів є неефективним внаслідок необхідності примінення високотемпературного відпалу (850°C) і відповідно дотримування високих вимог щодо термостійкості та теплопровідності підкладок. Відомий резистивний матеріал на основі силіциду хрому. В залежності від вмісту скла і температури відпалу опір знаходиться в межах 21 - 275Ом/кв. м. Температура відпалу 1000 - 1100°C (Патент Великобританії №1559523, 1976). Застосування даного резистивного матеріалу для виготовлення нагрівних елементів та резисторів небажане внаслідок необхідності високих температур відпалу (вище 1000°C) і відповідно дотримування високих вимог щодо термостійкості та теплопровідності підкладок. Найбільш близьким за технічним вирішенням до матеріалу, що пропонується, є матеріал для товстоплівкових резисторів з провідною та склозв'язуючою фазами. Провідна фаза - боросиліцид нікелю, а склозв'язка - скло складу: B2O3 - 49,0 - 52,0; Al2 O3 - 3,5 - 4,5; ZnO - 26,0 - 30,0; MnO - 14,0 - 18,0; Na 2O - 2,5 - 3,5; Li2O - 0 ,5 - 4,0. При цьому провідна фаза і склозв'язка знаходяться у такому співвідношенні, мас.%: боросиліцид нікелю - 30,0 - 60,0; склозв'язка - 70,0 - 40,0. Питомий поверхневий опір до 10Ом/кв. м (SU №1759173А1, кл. H01C7/00, 1/06, 1989. Материал для толстопленочных резисторов). Для одержання відомого матеріалу (прототипу) з низьким питомим поверхневим опором (до 10Ом/кв. м) необхідна висока температура відпалу - 760°C. В основу винаходу покладено завдання розробити резистивний матеріал для товстоплівкових нагрівних елементів з відносно низьким поверхневим опором, що складається з провідної та склозв'язуючої фаз, у якому нове застосування компонентів скла та провідної фаз дозволило знизити температуру відпалу і відповідно розширити можливість вибору матеріалів для підкладок. Поставлене завдання вирішується так, що запропонований резистивний матеріал містить провідну фазу з склозв'язку на основі системи B2O3, Al 2O3 , ZnO, MnO, K 2O, Na2O, де провідною фазою є дисиліцид хрому, а склозв'язка містить компоненти у наступному співвідношенні, мас.%: B2O3 - 45,0 - 50,0; Al2O3 - 1,0 - 8,0; ZnO - 25,0 33,0; MnO - 13,0 - 19,0; K2O - 0,5 - 3,0; Na2O - 0,5 - 5,0. Провідна фаза і склозв'язка знаходяться у співвідношенні, мас.%: CrSi2 - 65,0 - 30,0; скло - 35,0 - 70,0. Запропонований матеріал відрізняється від прототипа використанням нових компонентів у нових співвідношеннях. Використання резистивного матеріалу вищезазначеного складу для виготовлення електронагрівачів дозволяє одержати плівки з поверхневим опором 3 - 5Ом/кв. м, проводити відпал при температурах 680 - 730°C, використовува ти їх на підкладках з різною термостійкістю, таких як метал з діелектричним покриттям, кераміки різних складів, ситали. Отримання товстоплівкових зразків з використанням запропонованого матеріалу можна проілюструвати наступним прикладом: 1. Отримання скла. Перед шихтовкою інгредієнти скла просушуємо і прожарюємо в алундови х тиглях в камерній печі СНОЛ 1.6.2,5.1/9 - H3. Плавку ведемо в шахтній нестандартній електропечі, що здатна забезпечити температуру вище 1200°C. Сировина для скла: окис алюмінію - (ТУ - 6 - 09 - 426 - 75); борний ангідрид - (ТУ - 6 - 09 - 3550 - 78); окис цинку (ТУ - 6 - 09 - 4061 - 75); окис марганцю - (ТУ - 6 - 09 - 2165 - 77); калій вуглекислий - (ГОСТ 4221 - 76); натрій вуглекислий - (ГОСТ 83 - 79). Скло подрібнюємо в дробарці КІД-60 до розмірів 0,5 - 1,0мм, а потім в планетарному млині САНД - 1 для тонкого помелення в середовищі ізопропилового спирту (ТУ - 6 - 09 - 402 - 87) до розмірів 10 × 10-3мм. З метою визначення оптимального складу скла, яке може служити склозв'язкою в резистивному матеріалі на основі CrSi2, проводимо виміри поверхневого опору зразків. У табл.1 наведені значення питомого поверхневого опору зразків і склади склозв'язки. Композиція №1 табл.1 є склад - прототип. Композиція №2 - оптимальний - склад. Значення питомого поверхневого опору зразків, виготовлених при використанні складів склозв'язок, що мають граничні концентрації одного або декількох компонентів (№2 - 14) практично однакові, відтворюааність результатівзадовільна. Тобто всі склади скла в межах, що заявляються, можуть бути використані як склозв'язка. Композиції №15 - 20 по складу скла знаходяться за межами складу матеріалу, що заявляється. Значення їх опору не відповідають тому опору, що заявляється, відтворюваність результатів у ци х композицій незадовільна. 2. Виготовлення електропровідної пасти на основі резистивного матеріалу. Виготовлення електропровідної пасти проводимо по стандартній технології: подрібнення та помелення склофази; подрібнення та помелення провідної фази CrSi2 по тій же технології, що і скло; змішування компонентів у необхідній пропорції з додаванням органічної зв'язки та виготовлення пасти ручним способом або на пастотертці. Вагові співвідношення між силіцидом хрому і склозв'язкою оптимального складу змінюємо від 65 : 35 до 30 : 70. Оптимальний склад склозв'язки, що застосовується у всі х паста х з різним співвідношенням провідної фази і склофази, мас.%: Na2O - 3,0; K 2O - 2,1; MnO - 15,2; B2 O3 - 47,2; Al 2O 3 - 4,5; ZnO - 28,0. Кількість органічної зв'язки складає приблизно 25,0 - 30,0% від суміші порошків в залежності від вмісту склозв'язки в суміші. 3. Виготовлення товстоплівкових зразків. За вищезазначеною технологією виготовляємо пасти та проводимо їх апробацію на різних підкладках, таких як кераміка ВК-94 - 1 та метал з склоемалевим покриттям. Отриману пасту наносимо на підкладки методом трафаретного друку через металеву або капронову сітку, розміри коміки якої залежать від необхідної товщини електропровідного шару. Після підсушування при температурах до 280°C проводимо відпал при температурах 680 - 730°C в конвеєрній печі. Запропонована паста не лудиться, тому після відпалу наносимо шар пасти, що лудиться (створюємо контактні площадки). Поверхневий опір вимірюємо за допомогою цифрового омметра. В табл.2 приведені значення питомого поверхневого опору зразків, виготовлених на різних підкладках з приміненням резистивного матеріалу з різним співвідношенням провідної фази склозв'язки. Вибір меж видно з наведених в таблиці результатів: вміст провідної фази в матеріалі 65,0 - 30,0мас.% - варіанти №3 - 6 табл.2. Оптимальний склад резистивного матеріалу - №5. Варіанти № 2 і 7 є прикладами резистивного матеріалу, склад якого виходить за межі того, що заявляється і не відповідає значенням поверхневого опору, що заявляється. Запропонований матеріал не містить дорогоцінних і дефіцитних металів і дає можливість в атмосфері повітря получити плівки з питомим поверхневим опором 2 - 3Ом/кв. м на металі з діелектричним покриттям і 3,0 - 5,0Ом/кв. м на кераміці при температурах відпалу відповідно 680 і 730°C.