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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren
mit einem Dielektrikum aus Nickeloxid.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines
RC- und eines LC-Schaltkreises unter Anwenden der erfindungsgemäßen Verfahrensweise.
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Es sind Kondensatoren bekannt, bei denen ein Metalloxid als Dielektrikum
angewandt wird, wobei das zugrunde liegende Metall Aluminium, Titan, Tantal u. dgl.
ist. Derartige Oxide sind gewöhnlich außerordentlich brüchig und schwierig zu verarbeiten,
und die unter Anwenden derartiger Oxide als Dielektrika hergestellten Kondensatoren
sind somit relativ schwierig herzustellen und kostspielig. Weiterhin sind die Wachstumsraten
der Metalloxidschichten der vorbekannten Kondensatoren nur schwierig vorhersagbar
gewesen, wodurch sich ein kostspieliges Auswählverfahren erforderlich machte, um
Kondensatoren optimaler Toleranz auszubilden. Weiterhin sind diese Oxide leicht
zerbrechlich bzw. spröde, wodurch ein Zerbrechen zu einem Kurzschließen des Kondensators,
zu einem höheren Verlustfaktor oder zu einem Verlust der Kapazität einer gegebenen
Einheit führt.
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Weiterhin ist es bei den vorbekannten Metalloxid-Kondensatoren, auch
soweit das Dielektrikum aus Nickeloxid besteht (deutsche Patentschrift
901443), schwierig gewesen, die Anschlußklemmen des Kondensators in gegenüberliegenden
Seiten der Schicht des Dielektrikums zu befestigen. Ein weiterer Nachteil der vorbekannten
Kondensatoren besteht in deren Neigung, ihre Charakteristika bei dem Altern und
Erwärmen zu verändern.
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Es ist bereits bekanntgeworden, keramische Sperrschicht-Kondensatoren
herzustellen, bei denen die oberflächliche Oxidschicht mit dem Einbrennen der in
Form einer sauerstoffdurchlässigen Silbertinktur aufgebrachten Beläge erzeugt wird
(französische Zusatzpatentschrift 77 570). Es wurde jedoch bisher noch nicht bekannt,
eine hierzu vergleichbare Arbeitsweise für das Herstellen von Kondensatoren anzuwenden,
die als Dielektrikum eine Nickeloxidschicht aufweisen. Der Erfindung liegt nun die
Aufgabe zugrunde, Kondensatoren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, wobei
das Verfahren einfach durchführbar sein und zu Kondensatoren führen soll, deren
elektrische Werte vorherbestimmbar bzw. bei der Massenherstellung reproduzierbar
sind; darüber hinaus soll das Dielektrikum einwandfrei an der Nickeloberfläche haften
und nicht dazu neigen, abzuplatzen oder andere mechanische Veränderungen zu erfahren,
die ihrerseits wieder zu Änderungen der elektrischen Werte führen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, daß
ein Metallteil mit einer Nickeloberfläche mit einer leitfähigen Farbe angestrichen
wird, die leitfähige Teilchen mit einem Schmelzpunkt über 900° C, Frittenmaterial
und ein Lösungsmittel enthält und gegenüber Sauerstoff durchlässig ist, daß sodann
die Farbe durch Entfernen des Lösungsmittels getrocknet und der Bauteil in einer
Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 840 bis 900° C so lange
gebrannt wird, bis das Frittenmaterial frei fließt, sowie eine kontinuierliche und
homogene Schicht aus NiO mit grüner Farbe auf der Nickeloberfläche unter der leitfähigen
Farbe gebildet wird. Weitere kennzeichnende Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines RC-Schaltkreises
ist dadurch gekennzeichnet, daß mit der leitfähigen, gegenüber Sauerstoff durchlässigen
Farbe auf die Oberfläche eines Nickelblechs ein Widerstandsmuster aufgebracht wird.
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Ähnlich läßt sich ein LC-Schaltkreis herstellen, indem mit der leitfähigen,
gegenüber Sauerstoff durchlässigen Farbe auf die Oberfläche einer Nickelstange ein
schraubenförmiges Muster aufgebracht wird.
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Das vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Nickeloxid
bildet eine dünne, homogene, dielektrische Schicht, die zu einem überlegenen Kondensator
mit niedrigem Verlustfaktor führt. Das Dielektrikum ist selbst in einer relativ
feuchten Atmosphäre praktisch nicht polarisiert. Die Nickeloxidschicht weist eine
vorhersagbare Wachstumsrate auf, die es ermöglicht, Kondensatoren mit Kapazitäten
herzustellen, die eng benachbart zu den erwarteten Werten, bezogen auf die Wachstumsrate
des Nickeloxides, liegen. Es ist somit möglich, Kondensatoren mit engen Toleranzen
herzustellen, ohne daß es erforderlich ist, den langwierigen Auswahlprozeß durchzuführen,
wie es nach dem Stand der Technik erforderlich ist. Weiterhin verändern sich die
Charakteristika des Kondensators nicht bei dem Altern des Kondensators. Das Nickeloxid
weist weiterhin sehr zweckmäßige mechanische Eigenschaften dahingehend auf, daß
dasselbe nicht von der Nickeloberfläche so leicht wie die Oxide einiger anderer
Metalle abplatzt. Somit ist die Dicke der Nickeloxidschicht, nachdem dieselbe einmal
festgelegt ist, konstant.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Anwendung dieser Materialien
dadurch, daß auf Nickel in Form eines Bleches, Stabes oder einer anderen Form ein
gegenüber Sauerstoff durchlässiger, leitfähiger Anstrich aufgebracht werden kann.
Das angestrichene Substrat kann sodann unter Fixieren des Anstrichs an Ort und Stelle
erhitzt werden (innerhalb dieser Zeitspanne erfolgt ein gewisses Oxydieren des Nickels
unter dem Anstrich), und im Anschluß hieran kann das Nickel in gewünschte Formlinge
zerschnitten werden. Durch ein sich anschließendes Brennen kann der Nickeloxydfilm
sodann vollständig unter der Anstrichschicht auf Grund einer Diffusion des Sauerstoffs
hierdurch entwickelt werden, wodurch der gewünschte Kapazitätswert erzielt wird.
Diese Arbeitsfolge überwindet den ernsthaften Nachteil der vorbekannten Arbeitsweisen,
nach denen die einzelnen Stücke zunächst auf die gewünschte Größe zerschnitten und
sodann mit leitfähiger Farbe bestrichen werden, da sich häufig während des Trocknens
der Farbe ein Kurzschluß durch ein Fließen der Farbe des Kondensators und somit
eine fließende Berührung mit der gegenüberliegenden Platte ergibt.
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Ein Verarbeiten der Kondensatoren in der hier beschriebenen Weise
(einschließlich des doppelten Brennens) ist dort bevorzugt, wo ein Zerschneiden
oder andersartiges Verformen des Nickelsubstrates unter der leitfähigen Anstrichfarbe
ausgeführt werden muß, um so die für die abschließende Anwendung erforderliche Größe
und Umrißform zu erzielen. In allen anderen Fällen ist der zweite Brennzyklus nicht
erforderlich. Ein vollständiges Brennen des dielekirischen
Films
bis zum Erzielen des gewünschten Ergebnisses kann dann vielmehr dadurch erreicht
werden, daß die erste Brennperiode entsprechend ausgedehnt wird.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Kondensatoren mit einem aus Nickeloxid
bestehendem Dielektrikum sind sehr vielseitig bezüglich ihrer Größe und Umrißform
auf Grund der Eigentümlichkeit des Verfahrens und der hervorragenden Duktilität
des Nickels; sie können leicht in jede gewünschte Gestalt geformt werden. Weiterhin
können die Nickeloxid-Kondensatoren in Form runder Nickelbleche hergestellt werden,
die in kleinere Größen und Formen zerschnitten werden können, nachdem eine Schicht
der gegenüber Sauerstoff durchlässigen, leitfähigen Anstrichfarbe aufgebracht worden
ist, wodurch Kondensatoren mit sehr gut vorhersagbaren Werten bezüglich des Kapazitätsbereiches
in hoher Ausbeute und ungewöhnlicher Festigkeit gegenüber mechanischem Stoß erzielt
werden.
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An den Belägen der erfindungsgemäß hergestellten Kondensatoren lassen
sich leicht Anschlußklemmen befestigen.
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Nach einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Verfahren wird
ein Kondensator in Form eines Schichtkörpers hergestellt, der aufeinanderfolgende
Schichten aus Silber, Nickeloxid, Nickel, Nickeloxid und Silber aufweist, also zwei
Kapazitäten besitzt. Je nach Anbringung der Anschlußklemmen können die beiden Kapazitäten
in Reihe oder parallel geschaltet werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche
des Nickelblechs gesäubert und poliert, um so eine saubere glatte Oberfläche zu
erhalten, die keinerlei Verunstaltungen, wie Kratzstellen, Knickstellen und Einschlüsse,
aufweist. Als Säuberungsmittel wird vorzugsweise Aceton angewandt. Die Oberfläche
wird sodann mit einer gegenüber Sauerstoff durchlässigen, leitfähigen Farbe angestrichen.
Die Farbe wird auf die Oberfläche gleichmäßig entweder durch Aufbürsten oder Aufsiehen
durch ein Seidensieb aufgebracht.
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Die Farbe wird bei einer Temperatur von etwa 150 bis 260° C getrocknet,
bis die flüchtigen Lösungsmittel der Farbe entfernt sind. Das angestrichene Nickelblech
wird sodann bei einer Temperatur von etwa 870° C in Luft etwa 10 Minuten lang gebrannt,
um so die leitfähige Farbe zum Schmelzen zu bringen und auf der Nickeloberfläche
unter der Schicht der leitfähigen Farbe einen überzug aus NiO zu bilden. NiO weist
einen sehr hohen spezifischen Widerstand und eine Dielektrizitätskonstante von etwa
5 bis 7 auf. Die leitfähige Oberfläche bildet einen Belag, und das Nickelblech bildet
den anderen Belag.
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Das Nickelblech wird sodann in Luft abgekühlt und kann nach dem Abkühlen
vermittels Abscherens, Ausstanzens, Biegens u. dgl. verformt werden, bis das gesamte
Nickelblech oder ein Teil desselben die gewünschte Form für den fertigen Kondensator
aufweist. Nach dem Verformen wird das Blech erneut auf eine Temperatur von etwa
870° C in Luft etwa 20 bis 60 Minuten lang in Abhängigkeit von den elektrischen
Anforderungen an den Kondensator erhitzt.
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Eine erste Anschlußklemme kann direkt an die über der Nickeloxidschicht
liegenden Schichten der leitfähigen Farbe angelötet werden; die gegenpolige Anschlußklemme
muß in Ohmschem Kontakt mit dem Mittelblech angebracht werden. Die letztere Verbindung
kann durch Abschleifen des die andere Oberfläche des Nickelblechs umgebenden Nickeloxides
und direktes Anlöten der Anschlußklemme an das Nickel hergestellt werden.
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Vorzugsweise wird jedoch die Ohmsche Kontaktierung mit dem Nickelteil
des Kondensators vor dem Brennen des Nickels durch Verschweißen, Hartlöten od. dgl.
oder durch ein Anstreichverfahren durchgeführt, wie es weiter unten erläutert ist.
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Um die Ohmsche Verbindung direkt mit der Nickelplatte zu erzielen,
wird eine Seite des Nickelteils mit einer gegenüber Sauerstoff durchlässigen Farbe
angestrichen, und eine hierzu nicht benachbarte Seite wird mit einer leitfähigen
Farbe bestrichen, die gegenüber Sauerstoff nicht durchlässig ist. Wenn der Nickelteil
gebrannt wird, bildet sich unter der nicht durchlässigen Farbe kein Ni0, und die
leitfähige Farbe verbleibt mit dem Mittelblech in Ohmschem Kontakt. Nach dem Brennen
kann eine Anschlußklemme an der Farbe, z. B. vermittels Anlöten, befestigt werden.
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Die bevorzugte gegenüber Sauerstoff durchlässige, leitfähige Farbe
enthält angenähert 70 01/o Silber in einer Korngröße, die ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von 0,058 mm passiert, und 6% B'03; den restlichen Anteil bilden flüchtige
Lösungsmittel mit ausreichend niedrigem Siedepunkt, so daß dieselben bei einer Temperatur
von 150 bis 260° C leicht entfernt werden können. Die Teilchen weisen allgemein
Kugelform auf (im Gegensatz zu einer Flockenform).
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Eine bevorzugte leitfähige Farbe, die gegenüber Sauerstoff nicht durchlässig
ist, enthält angenähert 62 % Silberteilchen und 2 % Bleiborsilikat als Frittenmaterial;
den restlichen Anteil bilden flüchtige Lösungsmittel. Die Silberteilchen liegen
vorzugsweise in Flockenform vor und weisen in einer Richtung eine Abmessung auf,
die wesentlich kleiner als jede Abmessung in den dazu senkrechten Richtungen ist.
An Stelle von Bleiborsilikat kann wahlweise auch jedes andere aktive Flußmittel
angewandt werden, das die Oxydation verhindert, um die Ausbildung von N'0 unter
der nicht durchlässigen Farbe zu vermeiden.
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Das Wismuttrioxid ist ein Frittenmittel, und wenn dasselbe als ein
Bestandteil in der gegenüber Sauerstoff durchlässigen Farbe angewandt wird, verläuft
die Oxydation schneller als ohne Anwenden desselben. Die Gründe hierfür sind noch
nicht vollständig aufgeklärt. Der das Ni0 unter der Oberfläche der gegenüber Sauerstoff
durchlässigen Farbe bildende Sauerstoff kommt offensichtlich aus der Luft im Ofen,
in welchem das Nickelblech gebrannt wird. Wenn somit ein Nickelblech in einer Stickstoffatmosphäre
gebrannt wird, bildet sich kein N'0, und zwar selbst dann, wenn Wismuttrioxyd in
der leitfähigen Farbe angewandt wird. Umgekehrt bildet sich beim Brennen in einer
sauerstoffhaltigen Atmosphäre NiO nur sehr langsam unter der Oberfläche der Farbe,
wenn kein Wismuttrioxid Anwendung findet. Eine mögliche Erklärung besteht darin,
daß das Frittenmaterial eine katalytische Wirkung auf die Oxydation ausübt. Wenn
das angestrichene Blech zunächst bei einer Temperatur
von 870° C
gebrannt wird, schmilzt das Frittenmaterial in der Farbe, und die Silberteilchen
werden in dem Frittenmaterial einheitlich verteilt.
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Zusätzlich zu dem in der Farbe angewandten speziellen Frittenmaterial
beeinflußt auch die Form der Silberteilchen die Wachstumsgeschwindigkeit der NiO-Schicht.
Eine mögliche Erklärung hierfür besteht darin, daß die symmetrischen Teilchen relativ
große Zwischenräume zwischen sich lassen, durch die der Sauerstoff fließen kann,
während die Flockenform der Teilchen zu einem Übereinanderliegen derselben führt,
wodurch in wirksamer Weise ein Sauerstofffluß verhindert wird.
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Da Sauerstoff in der erhitzten Atmosphäre zum Oxydieren des Nickels
erforderlich ist, ist es bevorzugt, daß die Gase in der Atmosphäre im Inneren des
Ofens umgewälzt werden, um so sicherzugehen, daß eine konstante Sauerstoffmenge
zur Verfügung steht, die mit dem Nickel reagieren kann.
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Das anfängliche Erhitzen der Nickelplatte auf die relativ niedrige
Temperatur von 150 bis 260° C erfolgt, um die flüchtigen Lösungsmittel abzutreiben,
in denen das Silber und das Frittenmaterial suspendiert sind. Bei dem Verdampfen
der Lösungsmittel werden die Silberteilchen und das Frittenmaterial lose zusammen
in einer feinen gleichmäßigen Schicht gehalten. Bei dem Erhitzen auf etwa 870° C
scheinen, wie weiter oben erläutert, die Silberteilchen eine kontinuierliche Phase
dergestalt zu bilden, daß jedes der Silberteilchen sich in Berührung mit einem anderen
befindet, während das Frittenmaterial schmilzt und ebenfalls eine kontinuierliche
Phase ausbildet, die sich um die Silberteilchen herum erstreckt. Bei dem Abkühlen
wird die gesamte Masse an das Nickelsubstrat gebunden. Nach dem Ausbilden des Oxides
unter dem Silber und dem Frittenmaterial stellt die Silberphase einen guten elektrischen
Leiter dar, der gegenüber dem Nickel durch die NiO-Schicht isoliert ist.
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Die Temperatur, bei der das Nickelblech gebrannt wird, beträgt etwa
870° C, da gefunden wurde, daß dieser Temperaturwert zu der Ausbildung des reinsten
NiO bei der Oxydation von Nickel führt. Ein Temperaturbereich von + oder -30° C
ist annehmbar. Wenn die Temperatur nicht innerhalb eines Bereiches von 840 bis 900°
C gehalten wird, wird eines der anderen zwei Nickeloxide, und zwar NL03 oder Ni304
gebildet, die nicht die ausreichend hohen Isolationseigenschaften zum Ausbilden
qualitativ hochwertiger Kondensatoren aufweisen. Die Bildung eines der drei Nickeloxide
kann durch optische Beobachtung der Oxidschicht festgestellt werden, da jedes der
drei Oxide eine eigene kennzeichnende Farbe aufweist. Das gewünschte NiO ist grün,
während das Ni203 schwarz ist, und das eine sehr unstabile Form bildende Ni304 ist
gelb. In jedem Fall sollte die höchste Temperatur nicht über 970° C liegen, das
die Schmelztemperatur des Silbers in der leitfähigen Farbe darstellt. Wenn diese
Temperatur überschritten wird, wird die teilchenförmige Beschaffenheit des Silberüberzuges
zerstört, wodurch die richtige Ausbildung des homogenen Oxidfilms verhindert wird.
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Die Zeitspanne des ersten Brennens bei der erhöhten Temperatur von
870° C ist kurz bemessen (etwa 10 Minuten), und dieses Brennen erfolgt, um eine
dünnen NiO-Schicht unter dem Silberüberzug auszubilden und das Frittenmaterial zu
schmelzen, wodurch die Silberteilchen in dem Überzug an die Nickeloxidschicht gebunden
werden. Das Nickeloxid kann nur einer mäßigen Biegebelastung unterworfen werden.
Eine Beschädigung der Oxidschicht kann daher während der Verformung des Kondensators
in die gewünschte Umrißform eintreten. Beschädigte Teile in der Nickeloxidschicht
können jedoch während des zweiten Brennens erneuert und scheinbar »geheilt« werden.
Die kürzeste Zeitspanne für das zusätzliche Brennen beläuft sich auf etwa 20 Minuten
und führt zu einem Kondensator mit mäßig unempfindlichen physikalischen Festigkeitseigenschaften.
Wenn sich die gesamte Brennzeit bei der erhöhten Temperatur (einschließlich des
ersten und des zweiten Brennens) auf etwa 30 Minuten beläuft, beträgt die Kapazität
zwischen dem Silberüberzug und dem Nickelblech angenähert 3,880 pF/ cm2 bei einer
Durchschlagsspannung von etwa 25 V. Erhöhte Brennzeiten führen zum Aufbau einer
dickeren Nickeloxydschicht zwischen dem Silber und dem Nickel, wodurch die Durchschlagungsspannung
erhöht und die Kapazität pro Flächeneinheit verringert wird. Wenn sich die gesamte
Brennzeit des Nickelblechs auf etwa 60 Minuten beläuft, beträgt die Durchschlagsspannung
etwa 100 V und die Kapazität etwa 2320 PF/ cm2. Die erhöhten Brennzeiten machen
den Kondensator dauerhafter, und die Oxidschicht ist weniger der Rißbildung auf
Grund von Beanspruchungen unterworfen, denen der Kondensator während der Benutzung
ebenfalls unterliegt.
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Für einige Anwendungszwecke ist das zweite Brennen (oder erneute Brennen)
nicht erforderlich, und lediglich ein einziges Brennen führt zu einem fertigen Kondensator.
Dies ist dort der Fall, wo der Kondensator in seine abschließende Form vor dem Brennen
überführt wird und ebenfalls wo die Verformung des Kondensators (wenn nach dem Brennen
unternommen) nicht zu einer Beschädigung der Oxidschicht führt.
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Der Verlustfaktor der erfindungsgemäß hergestellten Kondensatoren
hängt im wesentlichen von dem für das Anbringen der Anschlußklemmen angewandten
Verfahren ab. Derselbe beläuft sich bei dem bevorzugten Verfahren, bei dem Silberanschlüsse
auf die Frittenmasse geschmolzen werden, auf weniger als 1,0 % bei 1 kHz und wird
bei höheren Frequenzen bei dem Grenzwert wesentlich kleiner, bei dem eine Annäherung
an den Verlustfaktor eines Glimmerkondensators erfolgt. Der Temperaturkoeffizient
des Kondensators ist positiv und sehr klein. Derselbe liegt in der Größenordnung
von angenähert 0,02 %/° C. Der Temperaturkoeffizient ist linear und entspricht allgemein
der Wärmeausdehnung des Nickelsubstrates. Weiterhin ist die NiO-Schicht nicht polarisiert,
und somit ist die Anwendbarkeit des Kondensators nicht durch die Notwendigkeit beschränkt,
die elektrische Ladung über das Dielektrikum in einer einzigen Richtung zu halten,
wie dies bei elektrolytischen Kondensatoren der Fall ist.
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Wie weiter oben ausgeführt, muß die Atmosphäre des Ofens, in dem das
Nickelblech gebrannt wird, so gehalten werden, daß dieselbe einen merklichen Sauerstoffgehalt
aufweist. Es ist weiterhin wichtig, daß die Atmosphäre sauber ist, da Brennstoffteilchen,
wie z. B. Flocken aus den Elektroden des elektrischen
Ofens, zu
einer Verschlechterung der Qualität des Kondensators führen und zu nicht mehr reparierbaren
Kurzschlüssen dann führen, wenn man dieselben in Berührung mit der gegenüber Sauerstoff
durchlässigen Farbe während des Brennens kommen läßt. Somit ist es zweckmäßig, das
Nickelblech während des Brennens mit einem Nickelsieb zu umgeben, um so zu verhindern,
daß relativ große Teilchen von Brennstoffen mit der Silberoberfläche in Berührung
kommen.
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Es können Kondensatoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus außerordentlich
dünnem Nickelblech lediglich unter der Voraussetzung hergestellt werden, daß das
Blech selbsttragend ist. Eine Dicke des Bleches von 0,05 bis 0,127 mm ist geeignet.
Es können natürlich auch dickere Bleche oder Platten aus Nickel angewandt werden.
Wenn ein ausreichender Nickelfilm auf wenigstens einer Oberfläche vorliegt, können
auch Bleche aus anderen Materialien Anwendung finden. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann gegebenenfalls die nicht durchlässige Farbe zunächst aufgebracht
und im Anschluß getrocknet und gebrannt werden, ehe die gegenüber Sauerstoff durchlässige
Farbe aufgebracht wird. Dies ermöglicht einen Aufbau der Nickeloxidschicht auf der
Nickeloberfläche, bevor die gegenüber Sauerstoff durchlässige Farbe aufgebracht
wird. In diesem Fall ist es nicht wesentlich, daß der überzug der leitfähigen Farbe
gleichmäßig auf die Blechoberfläche aufgebracht wird, da der Hauptteil der Nickeloxidschicht
während des ersten Brennens gebildet wird, nachdem die nicht durchlässige Farbe
aufgebracht wurde. Anschließend wird die durchlässige Farbe aufgebracht, getrocknet
und sodann etwa 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 870° C gebrannt, die ausreichend
ist, um das Frittenmaterial zu schmelzen und eine gute Bindung zwischen dem Nickeloxid
und der leitfähigen Farbe zu erzielen, sowie Kurzschlüsse »zu heilen«, die sich
durch ein Lecken der leitfähigen Farbe in die Zwischenräume der kristallartigen
Struktur des Nickeloxides gegebenenfalls entwickeln. Die Qualität der durch dieses
Verfahren erhaltenen Kondensatoren ist genauso gut wie diejenige, die man dann erzielt,
wenn die zwei verschiedenen Farben vor dem ersten Brennen aufgebracht werden.
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Es können Anschlußklemmen an den Silberüberzügen des Kondensators
befestigt werden, und dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß ein Silberleiter während
des Brennens in Berührung mit der leitfähigen Farbe gebracht wird. Es ist bevorzugt,
daß der Leiter aus einem Material besteht, das leicht durch das geschmolzene Frittenmaterial
benetzt wird, so daß sich bei dem Abkühlen eine feste Bindung ergibt. Die Anschlußklemmen
können aus massivem Silber oder Gold bestehen oder aus jedem anderen geeigneten
Metall gefertigt sein, das einen Silber- oder Goldüberzug aufweist. Bei Verwendung
von Messing z. B. muß dasselbe zunächst mit einem Metall, wie Silber, überzogen
werden, das durch das geschmolzene Frittenmaterial während des Brennens benetzt
wird. Wenn ein zweites Brennen zur Durchführung kommt, werden die Anschlußklemmen
während des zweiten Brennens angeschmolzen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert, die einige Beispiele von Kondensatoren bzw. Schaltkreisen
in nicht maßstäblicher Darstellung zeigen, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt
worden sind.
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In der F i g. 1 ist ein erfindungsgemäß hergestellter Kondensator
gezeigt, bei dem eine Hauptfläche 12 a aus einem Nickelblech 10 mit
einer Schicht 14 einer gegenüber Sauerstoff durchlässigen, leitfähigen Farbe
überzogen wurde, während die andere Hauptfläche 12 b mit einer Schicht 15 einer
leitfähigen Farbe überzogen ist, die gegenüber Sauerstoff nicht durchlässig ist.
Unter der Farbe 14 bildete sich eine Oxidschicht 12, während die Farbe
15 direkt in Berührung mit dem Nickelblech 10
verbleibt.
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Die F i g. 2 A und 2 B zeigen Kondensatoren ähnlichen Aufbaues in
quadratischer bzw. kreisförmiger Form. In den F i g. 2 A und 2 B umgibt jedoch die
Nickeloxidschicht 22 vollständig die Nickelplatte 20,
und die leitfähigen
Flächen 24 und 26, die mit einer gegenüber Sauerstoff durchlässigen
Farbe ausgebildet sind, liegen jeweils über der Nickeloxidschicht 12 an beiden gegenüberliegenden
Seiten der Nickelplatte 10. Dies führt zu einem Paar in Serie geschalteter
Kondensatoren, da zwei Schichten des Nickeloxidfilms 12 zwischen den leitfähigen
Platten 14 und 16 vorliegen. Man sieht, daß ein derartiger, in Serie
geschalteter Kondensator angenähert die Hälfte der Kapazität und das Zweifache der
Durchschlagspannung des in der F i g. 1 gezeigten Kondensators aufweist.
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Wie weiter oben ausgeführt, wird die Nickeloxidschicht auf der Oberfläche
des Nickels während des Brennens ausgebildet und weist eine begrenzte Flexibilität
auf und kann diskontinuierliche Stellen dann besitzen, wenn dieselbe einer mehr
als mäßigen Biegebelastung unterworfen worden ist. Somit hat es sich als unzweckmäßig
erwiesen, ein Brennen eines relativ großen, gleichmäßig überzogenen Nickelbleches
bis zum abschließenden gewünschten Wert und sodann Zerschneiden in kleinere Abschnitte
des großen Blechs unter Erzielen einzelner Kondensatoren durchzuführen. Bei diesem
Versuch werden in der NiO-Schicht diskontinuierliche Stellen ausgebildet, die zu
Kurzschlüssen durch den Kondensator führen können. Es kann jedoch ein leitfähiges
Muster vermittels Aufsieben durch ein Seidensieb auf das Nickel und Brennen auf
den abschließend gewünschten Zustand erhalten werden, und im Anschluß hieran kann
das Blech in kleinere Stücke dadurch zerschnitten werden, daß dasselbe längs Linien
zertrennt wird, die frei von dem leitfähigen überzug sind.
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Es ist jedoch vorzuziehen, ein großes Blech bei der erhöhten Temperatur
kurzzeitig zu brennen und sodann dasselbe in kleinere Abschnitte zu zerschneiden
sowie im Anschluß hieran ein erneutes Brennen unter »Heilen« der in der Nickeloxidschicht
vorliegenden Fehlstellen durchzuführen. Die kleineren Abschnitte können jede geeignete
Größe und Form aufweisen und z. B. in Einheiten nach den F i g. 2 A und 2 B zusammengebaut
werden. Wenn viele kleinere Kondensatoren aus einem großen Blech in dieser Weise
hergestellt werden, wird die Herstellung vereinfacht, und es besteht keine Gefahr
der Ausbildung von Kurzschlüsseln dadurch, daß während des Trocknens die leitfähige
Farbe, die hierbei außerordentlich fließfähig ist, über die Kante des Bleches zu
der gegenüberliegenden Oberfläche läuft,
und zwar weil die Kanten
abgeschnitten werden, wodurch alle gegebenenfalls vorliegenden Kurzschlußstellen
in Fortfall kommen.
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Die kleineren Abschnitte, in die das größere Blech zerschnitten wird,
können in Form von Scheiben oder Platten vorliegen oder in Form von Streifen vorhanden
sein, die unter Ausbilden eines rollenförmigen Kondensators mit relativ hoher Kapazität
aufgerollt werden können. Ein derartiger Kondensator ist in der F i g. 3 gezeigt.
Wie in der F i g. 3 wiedergegeben, weist der Kondensator ein Nickelblech 30 auf,
das an beiden Seiten mit einer Schicht von Nickeloxid 32 und 33 überzogen
ist. Auf den Oxidschichten sind leitfähige Flächen 34 bzw. 36 angeordnet. Bei dem
engen Zusammenwickeln in eine Rolle, wie in der F i g. 3 gezeigt, liegt die leitfähige
Schicht 34 in Berührung mit der leitfähigen Schicht 36 vor. Diese zwei elektrisch
gemeinsamen leitfähigen Schichten bilden einen Belag des Kondensators, während auf
einen Teil des Nickelblechs 30, das den anderen Belag bildet, ein leitfähiger Überzug
37 direkt ohne zwischengeordnete Nickeloxidschicht aufgebracht wird. Dies wird vorzugsweise
dadurch erreicht, daß ein Teil des Blechs mit einer leitfähigen Farbe 37 bestrichen
wird, die in der oben beschriebenen Weise gegenüber Sauerstoff nicht durchlässig
ist. Die Anschlußklemmen 29 und 31 werden mit den Schichten 36 bzw. 37 vermittels
Lötverbindungen 35 bzw. 39 verbunden. Es ergibt sich somit, daß die in der F i g.
3 gezeigte Rolle tatsächlich zwei parallelgeschaltete Kondensatoren aufweist, deren
jeder eine der Nickeloxidschichten 32 und 33 enthält. Der Kondensator mit dem Aufbau
nach der F i g. 3 besitzt somit die doppelte Kapazität pro Flächeneinheit des Bleches,
als dies bei einem einzigen Film und der gleichen Durchschlagspannung der Fall wäre.
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In der F i g. 4 ist ein RC-Schaltkreis mit einem Widerstand in Form
eines gedruckten Schaltkreises wiedergegeben, der auf die Oberfläche des Nickelblechs
40 in Form eines länglichen Streifens 44 aufgedruckt ist. Der Streifen
44 ,ist mit einer gegenüber Sauerstoff durchlässigen, leitfähigen Farbe bedruckt,
was die Ausbildung einer Nickeloxidschicht 42 zwischen dem Streifen 44 und dem Nickelblech
40 ermöglicht, wenn diese Einheit gebrannt wird. Es ist eine zweite Schicht
46 aus einer gegenüber Sauerstoff durchlässigen, leitfähigen Farbe auf der
gegenüberliegenden Seite des Nickelblechs 40 angeordnet, wodurch sich vermittels
Brennen die Ausbildung einer zweiten Nickeloxidschicht 43 ergibt. Man sieht somit,
daß der Widerstand des Streifens 44 zwischen dessen zwei Enden 44 a und
44 b von der Länge des Streifens 44, dessen Dicke und dem spezifischen
elektrischen Widerstand des Materials abhängt, aus dem derselbe aufgebaut ist. Es
ist die Anwendung von Anstrichfarben aus Edelmetallen unter Verwenden von Gold oder
Platin bevorzugt, da dieselben relativ hohen spezifischen Widerstand aufweisen,
jedoch leicht die Ausbildung des Oxides ermöglichen. Es liegt ebenfalls eine Kapazität
zwischen jedem Teilstück des Streifens 44 und des Nickelblechs 40 vor. Es sind Anschlußklemmen
41, 45 und 47 an den Enden 44 a und 44 b des Streifens 44 und an der Oberfläche
46 angelötet oder hiermit verschmolzen. Die zweite Nickeloxidschicht 43 bildet ein
Dielektrikum in einem zweiten Kondensator, und die Beläge desselben stellen das
Nickelblech und die leitfähige Fläche 46 dar, um so den in der F i g. 4 A gezeigten
Schaltkreis aus Widerstand und Kondensator zu bilden. Man sieht, daß ein derartiger
Schaltkreis ein Tiefpaßfilter darstellt und als ein T-Filter mit den Anschlußklemmen
41 und 45 Einlaß- und Auslaßklemmen, sowie der Klemme 47 als gemeinsamer Anschlußklemme
verwendet werden kann. Das Verhältnis des Widerstandes zu der Kapazität wird leicht
durch Steuern der Breite und Dicke des Streifens 44 eingeregelt. Ein breiterer,
dünnerer Streifen 44 (wobei die gleiche Querschnittsfläche beibehalten wird)
führt zu einer Einheit, die den gleichen Widerstand aufweist, jedoch hohe verteilte
Kapazität besitzt. Die Anschlußklemme 47 kann direkt mit dem Nickelblech 40, gegebenenfalls
in der in der F i g. 3 gezeigten Weise, verbunden sein, wenn die in F i g. 4 A dargestellte
gemeinsame Fußpunktkapazität nicht benötigt wird.
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Bei der Herstellung des RC-Schaltkreises kann der Streifen
44 wahlweise nach dem Brennen auf die Oberfläche des Oxides in Form einer
Farbe aufgebracht werden. Dies ist dann bevorzugt, wenn die Anstrichfarbe bei einer
unter 870° C liegenden Temperatur getrocknet oder gebrannt werden soll, wie es z.
B. der Fall bei Anstrichfarben auf Kohlenstoffgrundlage ist, die vorzugsweise bei
einer Temperatur von etwa 150 bis 260° C getrocknet wird. Bei diesem Verfahren können
Anstrichfarben angewandt werden, die gegenüber Sauerstoff nicht durchlässig sind.
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In der F i g. 5 ist ein nach der Erfindung hergestellter RLC-Schaltkreis
wiedergegeben. Eine Nickelstange 50 ist mit einem schraubenförmigen Streifen
54 aus der gegenüber Sauerstoff durchlässigen, leitfähigen Farbe überzogen
und unter Ausbilden einer Schicht aus Nickeloxid 52 über der gesamten Stange 50
und insbesondere zwischen der Nickelstange 50 und der leitfähigen Oberfläche des
Streifens 54 gebrannt worden. Ein weiterer leitfähiger Teil 57 weist leitfähige
Farbe, die gegenüber Sauerstoff nicht durchlässig ist, auf der Nickelstange 50 aufgetragen
dergestalt auf, daß eine Anschlußelektrode gebildet wird, die elektrisch mit der
Nickelstange 50 verbunden ist. Die Anschlußklemmen 51, 55 und 59 sind an
den Enden 54 a und 54 b des Streifens 54 bzw. der Elektrode 57 angelötet.
Der erhaltene Schaltkreis ist in der F i g. 5 A wiedergegeben: derselbe weist in
Serie angeordnet verteilte Widerstände und Induktivitäten zwischen den Anschlußklemmen
51 und 55 auf sowie eine verteilte Kapazität zwischen den Widerständen und Induktivitäten
und der gemeinsamen Anschlußklemme 59. Der Aufbau nach der F i g. 5 stellt somit
einen RCL-Schaltkreis dar, derzweckmäßigerweise als einTiefpaßfilter oder als eine
Verzögerungsleitung dadurch angewandt werden kann, daß die Nickelstange 50 als gemeinsame
Anschlußklemme und die gegenüberliegenden Enden 54 a und 54 b des
Silberstreifens 54 als die Einlaß- und die Auslaßklemmen des Filters verwendet werden.
Der Widerstand dieses Kreises wird durch Einstellen des Anteils an Silber in der
leitfähigen Farbe und der Dicke eingeregelt, mit der die Farbe aufgebracht wird.
Die Induktivität wird durch die Anzahl der Windungen des Streifens 54 um den Stab
50 eingeregelt.
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Der RLC-Kreis nach der F i g. 5 kann in verschiedenen Weisen aufgebaut
werden. Nach einem Verfahren wird der Streifen 54 auf die Oberfläche der
Nickelstange
50 schraubenförmig in der gezeigten Weise aufgemalt und sodann getrocknet und gebrannt.
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Wahlweise wird der Streifen 54 auf die Oberfläche der Stange 50 in
einer Richtung parallel zu der Achse der Stange 50 aufgemalt, getrocknet
und sodann kurzzeitig gebrannt. Sodann wird die Stange 50 verdreht, um so
die auf die Stange geradlinig aufgemalte Linie in eine Schraubenform zu überführen.
Im Anschluß hieran wird die Einheit dann abschließend gebrannt.
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Nach einem weiteren Verfahren wird auf die äußere Oberfläche der Nickelstange
ein einheitlicher Überzug aus der leitfähigen Farbe aufgebracht; nach .dem Trocknen
und kurzzeitigem Brennen derselben zwecks Erzielen einer Bindung mit dem Nickel
werden schraubenförmige Auskehlungen, die sich unter ,der Oberfläche des leitfähigen
Überzuges erstrecken, in die Oberfläche der Stange eingeschnitten; abschließend
wird die Einheit in der gewünschten Weise gebrannt.
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Unter Bezugnahme auf die F i g. 6 ist dort eine weitere Ausführungsform
eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebauten Kondensators gezeigt, der
ein Nickelblech 60 aufweist, auf dem an jeder Seite eine Schicht einer gegenüber
Sauerstoff durchlässigen, leitfähigen Farbe 62 und 64 aufgebracht
worden ist. Hierdurch wird die Ausbildung der dielektrischen Schichten 66 und 68
zwischen dem Nickelblech 60 und jeder der Schichten der gegenüber Sauerstoff durchlässigen,
leitfähigen Farben 62 und 64 ermöglicht. Die Schichten 62 und 64 der leitfähigen
Farbe werden vorzugsweise durch Eintauchen des Nickelblechs 60 in die Farbe
zwecks einheitlicher Verteilung der Schicht der leitfähigen Farbe auf beiden Oberflächen
des Bleches 60 ausgebildet. Das überzogene Nickelblech 60 wird sodann
kurzzeitig einer Temperatur von etwa 870° C ausgesetzt, wodurch dünne Schichten
66 und 68 aus Nickeloxid zwischen dem Nickelblech 60 und den gegenüberliegenden
leitfähigen Oberflächen 62 und 64 ausgebildet werden. Das Blech
60 wird sodann dadurch in den Kondensator übergeführt, daß es zickzackförmig
gefaltet wird. Die F i g. 6 zeigt den Kondensator im Querschnitt während des Zusammenfaltens.
Das abschließend erhaltene Produkt gewinnt man dadurch, .daß der Kondensator so
flach gepreßt wird, daß die gegenüberliegenden Teile des leitfähigen Überzuges 64
in Berührung miteinander und die gegenüberliegenden Teile der leitfähigen Schicht
62 miteinander in Berührung vorliegen. Man sieht, daß die leitfähige Schicht 62
nirgendwo in Berührung mit der leitfähigen Schicht 64 vorliegt. Es ist ein
Paar Anschlußklemmen 63 und 65 vermittels Anlöten od. dgl. bei 67 und 69 an den
leitfähigen Oberflächen 62 und 64 unter Ausbilden des fertigen Kondensators angeschlossen.
Wahlweise kann eine Anschlußklemme an dem Nickelblech 60 durch Überziehen eines
Endteils desselben mit einer leitfähigen Farbe angeschlossen werden, die nicht gegenüber
Sauerstoff durchlässig ist, wie es auch weiter oben unter Bezugnahme auf die F i
g. 3 erläutert worden ist. Wenn eine Anschlußklemme direkt an das Nickelblech 60
angeschlossen wird, können die leitfähigen Oberflächen von 62 und 64 elektrisch
miteinander parallel unter Verdoppeln der Kapazität verbunden werden. Wenn jedoch
die Anschlußklemmen nur an den Schichten 62 und 64 (wie gezeigt) angeschlossen sind,
wird die Durch-Schlagspannung des Kondensators verdoppelt, da zwei Schichten
66 und 68 aus Nickeloxid zwischen den leitfähigen Oberflächen
62 und 64 angeordnet sind; die Kapazität des Kondensators sinkt in
diesem Fall auf die Hälfte.
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Bei der Herstellung des in der F i g. 6 gezeigten Kondensators ist
es bevorzugt, die Kanten des Blechs 60 während der Ausbildung des Kondensators abzuschneiden,
so daß kein möglicher Kurzschluß zwischen den leitfähigen Schichten 62 und 64 um
die Kante des Blechs 60 herum vorliegt. Nach Ausbilden der gewünschten Form
wird der Kondensator nach F i g. 6 wiederum einer Temperatur von etwa 870° C unterworfen,
um so den Kondensator für die abschließende Behandlung fertigzumachen und den Aufbau
des Oxidfilms bis zu der Dicke zu erreichen, die der gewünschten Kapazität und Durchschlagspannung
entspricht.
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Bei der obigen Beschreibung der Erfindung ist insbesondere ein Blech
erwähnt worden. Es versteht sich jedoch, daß erfindungsgemäß auch Nickelstangen,
Platten, Stäbe, Drähte od. dgl. unter der Voraussetzung angewandt werden können,
daß dieselben eine einigermaßen feine Oberfläche für die Oxydation aufweisen.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung können neben Nickel
zwar auch bestimmte Nickellegierungen verwendet werden, doch hat es sich gezeigt,
daß optimale Werte, vor allem hinsichtlich des Verlustfaktors, nur mit reinem Nickel,
dessen Gehalt an Verunreinigungen unter 0,04 % liegt, erreicht werden können.