Brevet FR2123402A1 — publié le 19720908

La présente invention se rapporte à un thermistor a coëfficient de température négatif. Ce thermistor a, comme élément sensible, du bore cristallin avec des contacts en nickel, et se caractéris-e en ce qu'il présente une large gamme de températures de fonctionnement, un coëfficient de température élevé dans cette gamme, et si on le protège de manière appropriée, une très bonne stabilité à l'air jusqu'aux températures de fonctionnement les plus élevées. Différents types de thermistor à coëfficient de température négatif, sont connus dans la technique. On les divise en deux catégories. La première catégorie comprend les thermistors composés d'oxyde d'un grand nombre de métaux (par exemple Mn, Co, Ni, Fe, Cu, Cr, Ti, etc...) dont la température de fonctionnement est normalement comprise entre -500C et 3000C et dont le temps de stabilité est garanti jusqu'a la température maximale de 3000C ; ces thermistors ont une sensibilité -R dRT dR T2 caractérisée par R dT - T2 caracterisea par des valeurs typiques de la constante B du thermistor comprises entre 1500 et 65000K. Dans la relation sus-mentionnea, la sensibilitéoC du thermistor est donnée en pour cent de la variation de la résistance R du thermistor pour une variation de température dT, proche de la tempera- ture T, exprimée en OK. La seconde catégorie de thermistors comprend les thermistors au diamant et les thermistors au carbure de silicium, avec une température maximale de fonctionnement dans les deux cas de 4500C dans un milieu ambiant oxydant et de 6500C pour le thermistor au diamant dans un milieu ambiant non oxydant et une sensibilité notablement inférieure à celle des thermistors à oxydes (de l'ordre du dixième). Le thermistor au bore, objet de la présente invention, présente, par rapport aux deux catégories de thermistors ci-dessus ment ion- nées, une sensibilité plus élevée, caractérisée par une valeur de B égale à 90000K entre 200 et 9500C avec une température maximale de fonctionnement supérieure à celle des deux catégories ci-dessus mentionnées ; cette température oscille entre 990 et 14000C et est fonction de la température de fusion de l'alliage bore-nickel dont le thermistor est constitué. Le procédé de fabrication ds chermistor, objet de la présente in vention, consiste en une série d'opérations, parmi lesquelles on rappellera la coupe, le nettoyage chimique, la réalisation de contacts et le revêtement métallique. Le choixsdu bore comme matériau a été déterminé par différents facteurs dont notamment la forte dépendance de la résistivité de ce matériau vis-à-vis de la température et son point de fusion élevé. La sensibilité des thermistors au bore est en fait assurée par une variation de sept ordres de grandeur de la résistivité pour une variation de la température de 20 à 6000C ; d'autre part, le point de fusion élevé du bore (2.2000C) assure à ce matériau une haute stabilité réticulaire jusqu'à des températures qui sont interdites aux autres matériaux. Le bore sous forme de lingots à plusieurs cristaux ou d'un seul cristal est coupé de manière à l'obtenir dans les dimensions dé sirées. Cette coupe peut être effectuée au moyen soit d'une scie à lame diamantée, soit d'une lame ou au moyen d'une mcie- à fil agissant par attaque chimique. Dans ce dernier cas, le lingot de bore, assujetti entre deux machoires opposées, est soumis à l'action d'un fil de téflon ayant un mouvement oscillatoire selon son propre axe et supportant une solution de K3Fe (CN)6 et KOH dans de l'eau distillée dans les rapports respectifs de 1:1:5 en poids. Ces opérations de coupe produisent de petits morceaux de bore ayant une forme régulière (par exemple des petits cubes delxlxlmm) qui sont soumis successivement au lavage chimique consistant à les plonger dans la meme solution décrite pour la coupe que l'on effectue au moyen d'une scie à fil à l'ébullition dans les creusets de porcelaine. Les petites pièces de bore sont successivement soumises à un lavage par l'acide fluorhydrique à 50% et ensuite à l'eau déionisée. Comme la faculté du thermistor de fonctionner à hautes températures dépend de la possibilité de réaliser des contacts aux températures élevées qui se forment, ces derniers, dans le cas présent, sont réalisés en formant un alliage entre le bore et le nickel. Une méthode très appropriée du fait quelle permet de réaliser l'alliage sous vide et par suite de maintenir inchangées les carac téristiques de pureté des matériaux utilisés, consiste à chauffer le fil de nickel par passage d'un courant électrique ayant une intensité telle qu'elle amène le système bore-nickel à la température de formation de l'alliage. On a découvert qu'un tel contact s'a vère mécaniquement résistant, de manipulation aisée, et ne modifie pas les propriétés électriques du bore. Le choix de petites pièces de bore de forme régulière et un con trôle précis des conditions de réalisation des thermistors permettent d'obtenir des dispositifs reproductibles à au moins 10% près dans une gamme de températures comprises entre 200 et 9500C. La caractéristique électrique d'un thermistor réalisé par le procédé décrit ci-dessus est montrée à la figure 1. Cette figure concerne un thermistor réalisé au moyen d'un cube ayant un côté de lmm et d'un fil de nickel pur d'un diamètre de 0,3mm ; en ordonnée on porte la résistance et en abcisse à la partie supérieure la température en OC, et à la partie inférieure la valeur T( des données indiquées à la figure, on peut observer que la résistance du thermistor ayant une valeur de 106 à 1250C pour les caractéristiques géométriques spécifiées, varie de- six ordres de grandeur (puissances de 10) entre 1250C et 7250C. La pente de la courbe représentant le logarithme népérien de la résistance en fonction de la température (103/T) est constante dans l'intervalle de température de 150 à 7250C et de la pente de cette courbe, on peut calculer une valeur de la constante du thermistor B = 9 1000K sur tout l'intervalle mentionné. On a en outre prévu la protection du thermistor selon l'invention, de manière à éviter sa détérioration par l'air ou par d'autres espaces qui peuvent modifier au cours du temps les caractéristiques électriques de ce thermistor. Cette protection a été effectuée de diverses manières parmi lesquelles on rappellera principalement le logement du thermistor dans un -3 tube d'acier mis au préalable sous un vide de 10 3 torr, avec une fermeture étanche au vide et l'ancapsulage avec un matériau en céramique à haute température du type des matériaux vitreux utilisés comme supports dans la technologie des films fins (par exemple Owens). Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à un mode de réalisation bien déterminé, il est évident que de nombreuses modifications et des variantes peuvent y être apportées sans sortir de l'esprit et du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Thermistor pour hautes températures à coefficient de température négatif, caractérisé par l'utilisation comme élément sensible de bore cristallin. 2. Thermistor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des contacts électriques réalisés par formation d'un alliage entre le bore et le nickel. 3. Procédé de fabrication d'un thermistor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la formation d'alliage entre le bore et le nickel s'effectue par chauffage électrique sous vide d'un fil de nickel. 4. Procédé de fabrication d'un thermistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltélément sensible en bore cristallin est obtenu par découpe de lingots de bore cristallin au moyen d'un fil de téflon animé d'un mouve notant - - ment oscillatoire le long de son axe-et/une solution dans l'eau distillée de K3Fe(CN)6 et KOH dans des rapports respectifs en poids de 1 : 1 : 5.