Brevet FR2125578A1 — publié le 19720929

L'invention concerne des résistances électriques en forme de couches métalliques - ces résistances sont appelées, dans la suite du présent mémoire, résistances en couche - qui sont à hase d'alliages de nickel-chrome-aluminium - alliages qui seront appelés, par 5 la suite, alliages de nickel-chrome contenant de l'aluminium - et qui présentent de has coefficients de température de la résistivité électrique, ainsi qu'une grande stabilité. Des résistances en couche à hase d'alliage de nickel-chrome sont déjà connues. On en a décrit qui sont obtenues par 10 application et par évaporation sous vide. On a mentionné à. ce sujet que l'addition d'aluminium, de béryllium, de silicium et d'étain aux alliages de nickel—chrome influe sur le coefficient de température de la résistance en couche et que l'addition de certaines quantités desdits éléments permettent d'obtenir des résistances en couche à bas coefficient de 15 température. Il s'agit ici de résistances réalisées à base d'alliages de nickel-chrome, dont la teneur en chrome est comprise entre 18 et 35^ en poids. Pour les résistances en couche contenant du silicium et de l'aluminium, ainsi que pour celles contenant du béryllium et de l'aluminium, la gamme de compositions pour laquelle le coefficient de température 20 s'approche de zéro diminue lorsque la teneur en chrome augmente et un rapport entre les teneurs de nickel et de chrome comme 2 / 1 ne permet guère d'obtenir une composition présentant un coefficient de température égal à zéro. De plus, il y*"a lieu de signaler que parmi les 25 résistances en couche connues à base de nickel et de chrome, celles contenant du silicium présentent une stabilité supérieure, les résistances contenant du béryllium présentent une stabilité plus faible, mais toujours très convenable et que la stabilité de ces résistances en couche à base de nickel-chrome diminue lorsque la teneur en aluminium augmente. 30 Les résistances en couche à base de nickel-chrome contenant de l'aluminium contiennent moins de 20Jo en poids de chrome. Le plus, pour les susdites résistances en couche connues, on a mentionné que plusieurs facteurs, tels que les conditions d'évaporation, la vitesse d1évaporation et la température du substrat, 35 influent notamment sur les propriétés électriques des résistances en couche obtenues. Notamment le coefficient de température de la résistivité électrique d'une telle résistance connue s'est avéré fortement tributaire de la température du substrat se produisant pendant l'application de la couche constituant résistance. Pour réaliser des résistances 40 en couche de nickel-chrome-silicium et de nickel-chrome-rbéryllium, il 72 05476 2 2125578 faut que le substrat soit maintenu à une température déterminée, lors de l'application par évaporation, dans le susdit cas, cela implique une température de 300° + 10°C. La réalisation en grandes séries de résistances 5 en couche soulève le grand inconvénient de devoir utiliser une température du substrat d'environ 300°C; il est extrêmement difficile de maintenir la température du substrat entre d'étroites limites. Cela n'est guère possible dans le cas d'une réalisation en grandes séries, pour laquelle il faut par exemple appliquer des résistances en couche sur des 10 objets céramiques détachés se trouvant dans un tambour porté à rotation, par exemple des barres. En ce qui concerne les résistances en couche de nickel-chrome-silicium présentant une stabilité très convenable, il y a lieu de noter que la reproductibilité obtenue pendant la réalisation de 15 telles résistances présentant un bas coefficient de température de la résistivité est faible. L'invention vise à fournir des résistances en couche à base d'alliages de nickel-chrome, dont la résistivité présente un faible coefficient de température et une stabilité élevée. 20 ïïn autre but de l'invention consiste à fournir des résistances en couche à base d'alliages de nickel-chrome pouvant être réalisées d'une façon facilement reproductible. ïïn autre but de l'invention consiste à fournir des résistances en couche â base d'alliages de nickel-chrome, dont les 25 propriétés, par exemple le coefficient de température de la résistivité, ne sont pas ou guère tributaire de la température des substrats sur lesquels sont appliquées les couches métalliques pendant la réalisation des résistances en couche. Ce but et d'autres buts de l'invention sont réa-30 lisés à l'aide de résistances en couche à base d'alliages de nickel-chrome contenant de l'aluminium, décrites dans le présent mémoire. L'invention concerne une résistance en couche à base d'un alliage de nickel-chrome contenant de l'aluminium, dont la résistivité électrique a un bas coefficient de température et qui présente 35 une grande stabilité, cette résistance en couche étant caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un alliage, dont la composition est située dans une gamme de compositions, qui, dans le système nickel-chrome-aluminium considéré comme ternaire, constituent un hexagone, dont les sommets d'angle sont représentés par les compositions suivantes exprimées en 40 pourcentage de poids: 72 05476 3 2125578 Ax 15$ M, 25$ Cr et 60$ Al; B: 30$ Fi, 10$ Cr et 60$ Al; Ç: 55$ M, 10$ Cr et 35$ Al; Di 55$ Ni, 43$ Cr et 2$ Al; Eî 30$ Ni, 68$ Cr et 2$ Al et Fî 15$ Ni, 68$ Cr et 17$ Al. Sur l'unique figure, ladite gamme de compositions 5 est représentée par l'hexagone ABCDEF, dans le système nickel-chrome-aluminium qui est considéré comme ternaire. La réalisation de résistances en couche conformes à l'invention s'effectue d'une façon connue en soi. De préférence, on recourt à l'utilisation d'un procédé selon lequel s'obtient une résis-10 tance en couche, dont la composition correspond entièrement ou partiellement à celle de l'alliage, dont on est parti. ïïn tel procédé est entre autres celui selon lequel la résistance est appliquée par évaporation complète, très rapide, de l'alliage de départ. Cela se fait en appliquant chaque fois de petites quantités de l'alliage sur une source d'évapora-15 tion chaude ("flash-évaporation"). Ce procédé est décrit par exemple dans IEEE Transactions on Parts, Materials and Packaging, Vol. PMP-5, N°3» septembre 19^9» Page 139 et suivantes. ïïn procédé très approprié pour la réalisation de résistances en couche conformes à l'invention est celui selon lequel on 20 utilise la pulvérisation. Ce procédé, connu en soi, est décrit par exemple dans "Proceedings of the IEEE", Vol.^2, pages 1451 à 1452 (1964). Ce qui est particulièrement important, c'est que l'invention permet de réaliser d'une façon simple et reproductible en grandes séries des résistances en coîtche présentant un bas coefficient 25 de la température et une grande stabilité. De ce fait, il est, entre autres, possible de ne pas devoir porter les corps constituant le substrat, tels que des barres cylindriques en porcelaine, à une température plus élevée pendant l'application des résistances en couche et, surtout, la température desdits corps constituant le substrat n'est pas néces-30 sairement maintenue entre d'étroites limites. C'est qu'on a constaté que si les corps constituant le substrat présentent une température comprise entre environ 20°C et environ 100°C pendant la réalisation des résistances en couche, les propriétés de ces résistances ne sont pas ou guère tributaires de la température desdits corps pendant l'application des 35 résistances en couche. Tout comme dans le cas de résistances en couche de nickel-chrome connues, les résistances en couche conformes à l'invention doivent être vieillies, ce qui veut dire qu'elles doivent être stabilisées par chauffage dans une atmosphère contenant de l'oxygène, 40 telle que l'air. Cela s'effectue par exemple en les chauffant dans de 72 05476 4 2125578 l'air pendant 4 heures à une température de 300°C ou de 350°C. De ce fait, la résistivité électrique et le coefficient de température de la résistance électrique subissent des variations. La résistivité électrique augmente. Le coefficient de température de la résistivité élec-5 trique d'une résistance en couche non vieillie est négatif. Lors du vieillissement, ce coefficient devient moins négatif, zéro ou positif. Lorsque le chauffage nécessaire au vieillissement est poursuivi, le coefficient de température s'approche d'une façon asymptotique vers une valeur déterminée, à une température déterminée. Cette valeur est sur-10 tout déterminée par la température à laquelle s'effectue le vieillissement. ïïn choix rigoureux de cette température, ainsi que de la durée du vieillissement permet d'obtenir des résistances en couche, dont la résistivité électrique présente le coefficient de température requis. On peut s'en servir pour réaliser desrésistances en couche présentant un 15 coefficient de température pratiquement égal à zéro. C'est ainsi qu'une résistance en couche présentant un coefficient de température égal à zéro et une résistivité par surface carrée de 350 ohms se réalise en chauffant pendant 4 heures à une température de 300°C une résistance en couche appliquée par pulvérisation cathodique sous vide d'un alliage contenant 20 en poids 33% nickel, 62% de chrome et 5% de Al (voir le point N° 1 sur la figure), la résistivité par surface carrée étant de 300 ohms et le coefficient de température de -60 ppm/ °C après l'application. D'une façon analogue, on réalisa une résistance en couche à un coefficient de température de la résistivité électrique de +5 ppm/°C et à résistivité 25 par surface carrée de 550 ohms en partant d'un alliage contenant, en poids, 47,8$ de nickel, 19»9% de chrome et 32,3% d'aluminium (voir le point N°2 sur la figure). Immédiatement après l'application de la résistance en couche, la résistivité par surface carrée était de 500 ohms et le coefficient de température de la résistance électrique de -140 ppm/°C. 30 ïïne résistance en couche réalisée par pulvérisa tion cathodique à l'aide d'un alliage contenant, en poids, 32,6% de nickel, 55*4% de chrome et 11,0% d'aluminium (voir le point N°3 sur.la figure) présentant immédiatement après l'application une résistivité par surface carrée de 50 ohms et un coefficient de température de la résis-35 tivité électrique de -40 ppm/°C présenta une résistivité par surface carré de 50,5 ohms et un coefficient de température de la résistivité électrique de -33 ppm/°C après 4 heures de chauffage dans de l'air à une température de 300°C. Après chauffage pendant 4 heures à une température de 350°C, la même résistance én couche présentait une résistivité par 40 surface carrée de 51 ohms et un coefficient de température de la résisti- r— ~ :;„- D ORIGINAL 72 05476 5 2125578 vité électrique de -5 ppm/°C. Le tableau ci-après fournit des données se rapportant à d'autres exemples. La colonne 1 donne la composition (en pourcentage de poids) des alliages Cr-Ni-Al constituant les résistances en 5 couche formées par pulvérisation cathodique de ces alliages. La colonne 2 fournit la résistance par carrée, en ohms, et la colonne 3 le coefficient de température, en ppm/°C de la résistance en couche directement après son élaboration. Dans la colonne 4 figure la durée, en heures, et dans la colonne5 la température en °C à laquelle a eu lieu le vieil-10 lissement de la résistance. La colonne 6 fournit la résistance par carré et la colonne 7 le coefficient de température en ppm/°C après le vieillissement. TA î L E A U Cr 1 Ni Al 2 5 4 5 6 7 64.5 - 28.3 - 11.2 260 -70 4 350 290 -5 32.2 - 53.3 - 14.5 405 -63 4 325 582 +5 50.7 - 31.8 - 17.5 277 -67 4 350 333 -5 46.7 - 28.4 - 24.9 456 -125 4 350 630 -7 55.3 - 33.6 - 11.0 130 -44 4 525 134 -6 15 Afin de déterminer la stabilité des résistances en couche conformes à l'invention, elles furent chauffées pendant 1000 heures dans de l'air à une température de 150°C. On constata que les valeurs ohmiques n'avaient pas subi ou guère de variations,.une éventuelle variation n'affectant pas l'application pratique. 20 On a constaté que pour notamment les alliages, dont les compositions sont situées dans une gamme dp compositions qui, dans le système nickel-chrome-aluminium considéré comme ternaire, constituent un quadrilataire, dont les sommets d'angle sont représentés par les compositions suivantes exprimées en pourcentage de poids: 25 Ç: 55$ Ni, 10$ Cr et 35$ Al; D: 55$ Ni, 43$ Cr et 2$ Al; Es 30$ Ni, 68$ Cr et 2$ Al et G: 30$ Ni, 35$ Cr et 35$ Al, . peuvent être obtenues des résistances en couche qui, après stabilisation pendant par exemple 4 heures dans de l'air à une température comprise entre 300 et 350°C, présentent un très bas coefficient de température de 30 la résistivité électrique et une stabilité très convenable. La figure mentionne, en outre, plusieurs compo 72 05476 6 2125578 sitions dont peuvent être réalisées des résistances en couches conformes à l'invention et qui sont mentionnées ci-après (exprimées en pourcentage de poids): point N° 4: 36,6% Ni, 60,9% Cr, et 2,5% Al; " N° 5: 31,8% Ni, 50,7% Cr et.17,5% Al; " N° 6: 28,3% Ni, 60,5% Cr et 11,2% Al; " N° 7s 28,4% Ni, 46,7% Cr et 24,9% Al; N° 8: 53,3% Ni, 32,2% Cr et 14,5%'Al; et " N° 9» 35,0% Ni, 24,8% Cr et 40,2% Al. 72 05476 7 2125578 REVENDICATIONS » 1. Résistance en couche â hase d'un alliage de nickel-chrome contenant de J'aluminiiun, présentant un très "bas coefficient de température de la résistivité électrique et une grande stabi-5 lité, caractérisée en ce que la résistance en couche est en un alliage, dont la composition est située dans une gamme de compositions qui, dans le système nickel-chrome-aluminium considéré comme ternaire, constitue un hexagone ABCDEF, dont les -sommets d'angle sont représentés par les compositions suivantes exprimées en pourcentage de poids: 10 A: 15% Ni, 25% Cr et 60% Al; B: 30% Ni, 10% Cr et 60% Al; _Ç: 55% Ni, 10% Cr et 35% Al; D: 55% Ni, 43% Cr et 2% Al; E: 30% Ni, 68% Cr et 2% Al et F: 15% Ni, 68% Cr et 17% Al. dication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un alliage, 15 dont la composition est située dans une gamme de compositions qui, dans le système nickel-chrome-aluminium considéré comme ternaire, constitue un quadrilatère CDEG, dont les sommets d'angle sont représentés par les compositions suivantes, exprimées en pourcentage de poids: Ç.: 55% Ni, 10% Cr et 35% Al; D: 55% Ni, 43% Cr et 2% Al; E: 30% Ni, 20 68% Cr et 2% Al;- et'G: 30% Ni, 35% Cr et 35% Al. 2. Résistance en couche électrique selon la reven-