Тензорезистивный материал

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

„„970487 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.04.81 (21) 3286002/18-21 (51) М.К . сприсоединением заявки №вЂ”

Н 01 С 7/00

Гесуддрствеииый комитет (23) Приоритет—

СССР (53) УДК 621.316..8 (088.8) Опубликовано 30.10.82. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 05.11.82 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. И. Василевский, Б. Н. Гулько и Ю. В. Соколов

Новосибирский электротехнический институз: (71) Заявитель (54) ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве тензометрических преобразователей.

Известно использование материалов, содержащих в своем составе никель, например манганин, %: 60 Си; 20 Ni; 20 Мп, для изготовления металлопленочных тензо-. резисторов.

Образцы из указанного материала, нанесенного методом термического испарения, имеют низкий температурный коэффициент сопротивления ТКС вЂ” 1 10 К и коэффициент тензочувствительности 2, характерный для большинства металлов и сплавов в пленочном состоянии (1).

Однако тензорезисторы из манганина работоспособны в узком интервале температур, Тр о= — 50 С вЂ” +80 С, что объясняется присутствием в материале меди и марганца. Эти металлы легко окисляются и имеют низкую температуру структурно-фазовых превращений. При температуре выше +100 материал меняет свои электрофизические характеристики.

Известно также применение материалов для изготовления тензорезисторов, в составе которых, кроме никеля, содержится хром (сплавы типа нихрома).

Содержание хрома в этих материалах

20 — 50%, остальное никель. ТКС тензорезисторов из нихрома не превышает

1 — 3 10 К, при поверхностном сопротивлении = 80 — 300 Ом/кв. Введение хрома в состав материала обеспечивает создание защитной пленки на поверхности тензорезистора в процессе стабилизирующих

1О отжигов. Во время отжига хром диффундирует к поверхности пленки и образует пассивирующий слой окиси хрома, препятствующий дальнейшему окислению (2) .

Недостатком тензорезисторов указанного состава является невысокая стабильность

1 электрофизических характеристик в области высоких температур. Это объясняется тем, что с повышением температуры в материале тензорезистора протекают структурно-фазовые превращения, особенно при большом содержании хрома, ведущие к из20 менению параметров образца.

К стабильности параметров пленочных тензорезисторов предъявляются более жесткие требования по сравнению с аналогичными требованиями, предъявляемыми к пле970487

D(A),Р

Ом/кв, с(— = 400 А

Изменение электрофизических и структурных параметров при отжиге (T = 250 С, t = 100 ч), о, ТКС

Коэффициент тенМатериал

Материал зочувствительТКС S D ности

50-70 1-3 2-2,2 90 2 12-14 1 60-80

NiCr

NiHCrTb 80-100 1-3 2,1-2,4 50 0,6-0,8 3-5

10-15

Формула изобретения ночным резисторам. Причина столь высоких требований обусловлена тем, что в большинстве случаев в измерительной технике используются несколько тензорезисторов, соединенных по схеме полумоста (два тензорезистора) или полного моста (четы- 5 ре тензорезистора) .

Согласно ГОСТУ 15077-78 начальный разбаланс тензорезистивной схемы не должен превышать 4. 10 %. Следовательно, в процессе работы при повышенных температурах необходимо добиться минимального изменения всех электрофизических параметров каждого из тензорезисторов. Температурный дрейф нуля схемы определяется разностью ТКС в плечах мостовой схемы, поэтому основное внимание должно быть уделено стабильности р и ТКС тензорезисторов.

Цель изобретения — повышение стабильности электрофизических параметров материала в области высоких температур.

Поставленная цель достигается тем, что 20 материал, содержащий никель и хром, дополнительно содержит вольфрам и тербий при следующем количественном соотношении компонентов, ат. %:

Вольфрам 55 — 65

Никель 2b — 35

Хром 5 — 10

Тербий 3 — 5

Нанесение пленки материала осуществ ляется методом ВЧ-распыления на частоте

13,56 МГц в плазме аргона. Давление плаз;ф мообразующего газа в процессе напыления поддерживается на уровне 4 10 Па. Перед подачей в рабочую камеру аргон очищается от примесей активных газов и паров воды пропусканием через нагреваемую ловушку, заполненную медной стружкой с последующим протоком через азотоохлаждаемую ловушку. Рабочая камера перед подачей аргона откачивается до давления

3. 10 1 Па.

Тензорезистивный материал, содержа- 55 щий никель и хром, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности электрофизических параметров материала в об4

Распыление проводится с составных сег ментарных мишеней. Мишень состоит из сегмейтов металлов, входящих в распыляемый материал. Площадь каждого из ме-. таллов на поверхности мишени берется с учетом его содержания в материале и коэффициента катодного распыления металла ионами аргона на рабочем напряжении.

Использование составных мишеней избавляет от необходимости получения сплавов с различным содержанием компонент, для нахождения опти мального состава материала, что является сложной металлургической задачей.

Напряжение смещения на катоде в процессе напыления составляет 2,5 кВ, температура подложки T„= 350 С. толщина получаемых тензорезистивных пленок 400 А .

Сра внение стабильности электрофиз ических параметров тензорезисторов из предлагаемого материала и материала прототипа приведено в табл. 7,где D — диаметр зерна кристаллита, S — коэффициент тензочувствительности.

Как следует из таблицы, тензорезистивный материал предлагаемого состава, имея электрофизические параметры не ниже материала прототипа, отличается значительно большей стабильностью этих параметров.

Вольфрам в предлагаемом материале является температуростойкой основой композиции. Как показали электронографические исследования в процессе отжига, изменение размера зерна в предлагаемом материале не превышает 10%, в то время как у материала прототипа эти изменения достигают 60 — 80%.

Высокая структурная стабильность, полученная за счет введения тербия при использовании вольфрама в качестве основы сплава позволяет значительно повысить стабильность электрофизических параметров пленочных тензорезисторов предлагаемого состава. ласти высоких температур, он дополнительно содержит вольфрам и тербий при следующем количественном соотношении компонентов, (ат.%):

Вольфрам 55 — 65

Никель 25 — 35

970487

Составитель Е. Ковалева

Редактор А. Власенко Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Заказ 7412 66 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Хром 5 — 10

Тербий 3 — 5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Materialpriifung», 1976, 18, 6, с. 207 — 212.

2. Патент США № 4104605, кл. 338/2, 1978 (прототип).