DE3302552A1

DE3302552A1 - Elektrisch leitendes element, verfahren zu dessen herstellung und verwendung desselben

Info

Publication number: DE3302552A1
Application number: DE19833302552
Authority: DE
Inventors: Kenneth 07040 Maplewood N.J. Goetz
Original assignee: Potters Industries LLC
Current assignee: Potters Industries LLC
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1983-01-26
Publication date: 1983-08-18
Also published as: GB2115396A; JPH0345482B2; GB2115396B; GB8301248D0; FR2521338A1; JPS58161205A; CA1254330A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig

Patentanwälte

E jzt^zr Patent Air

POTTERS INDUSTRIES; INC.

KASBROUCK HEIGHTS, NEW YORK V. St. V. A.

Dr c^h.' G Henke¹ Mü^ri.c^he~· DP'-irg j pt'er-r· ^g. Ber'""
Dr rer nat L Feiler. Mu"C en Dip--i^g VV Hanzei WuⁿC"en Dip: -Phys K r '.'einig. Be^r:-n D^r mg A Butensenon. Berim

•'.'!ohistraße 37 3-3000 München SCf

"Tel. 089-982085-57 Telex 0529802ixm:d Telegramme e.lipscci

Januar '27, 1983 Dr. F/to US.346,648

Elektrisch leitendes Element, Verfahren
zu dessen Herstellung und Verwendung desselben

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Die Erfindung bezieht sich auf fließfähige leitende Zusammensetzungen, wie Preßmassen, leitende Pasten, leitende Farben, sowie auf elektrisch leitende Elemente, die aus diesen Zusammensetzungen hergestellt werden, auf die Herstellung der elektrisch leitenden Elemente aus den fließfähigen leitenden Zusammensetzungen sowie auf Glimmerplättchen, die eine leitende Metallschicht aufweisen und sich zur Herstellung der oben erwähnten leitenden Zusammensetzungen und elektrisch leitenden Elemente eignen.

Elektrische Pasten sind bisher aus Silberteilchen, einer anorganischen Bindekomponente und einer organischen Bindekomponente hergestellt worden. Nach einem typischen Beispiel enthält eine solche Paste 60 bis 70 Gew.-% Silber, 5 bis 10 Gew.-% Glasmasse und 20 bis 35 Gew-% eines Gemisches aus verschiedenen Lösungsmitteln, Weichmachern und Harzen. Diese Paste wird auf ein Substrat, beispielsweise einen keramischen Kondensator aufgetragen, worauf die Paste gebrannt wird, um eine Komponente zu bilden, die das Substrat und einen eingebrannten elektrisch leitenden Körper umfaßt, cer eine elektrisch leitende Verbindung bildet. Diese Komponenten sind häufig mit einem Lot beschichtet worden, um sie in einfacher Weise später in eine Schaltung integrieren zu können.

Ein Nachteil dieser Ausgangspasten-Zusammensetzungen und der elektrisch leitenden Körper besteht darin, daß die Herstellung des elektrisch leitenden Körpers durch Erwärmung der Paste auf eine hohe Temperatur zu erfolgen hat, wodurch das Substrat beschädigt werden kann, auf das die Paste aufgebracht ist.

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Es hat nicht an Versuchen gefehlt, einen zufriedenstellenden Ersatz für die obengenannten Pasten und elektrisch leitenden Körper zu finden. Es ist eine leitende Paste vorgeschlagen worden, die gebrannt werden kann, um einen elektrisch leitenden Körper zu bilden, der mikroskopisch kleine Glaskügelchen enthält, die mit einen Edelmetall beschichtet sind, wie Palladium oder Platin, oder einer Legierung, beispielsweise aus Palladium, Gold und Silber, und die in einer Matrix aus einem glasartigen elektrischen Material eingebetten sind, das eine Schmelztemperatur aufweist, die niedriger ist als die Erweichungstemperatur der Glaskügelchen- Ein elektrisch leitender Körper, der aus mit Palladium beschichteten Aluminiumoxidteilchen und Silberteilchen besteht, die in eine Glasmatrix eingebettet sind, ist gleichfalls vorgeschlagen worden. Die Verwendung von Metallen, wie Palladium oder Gold, führt jedoch zu erheblichen Herstellungskosten des elektrisch leitenden Körpers und der leitenden Paste als dessen Ausgangsmaterial. Auch werden die Nachteile, die einer Herstellung mit hohen Brenntemperaturen anhaften, durch diese Ersatzstoffe nicht vermieden.

Es ist auch vorgeschlagen worden, eine leitende Paste, die ein organisches Harzbindemittel und ein zerkleinertes elektrisch leitendes metallhaltiges Material, beispielsweise entweder mit Silber beschichtete Glaskügelchen oder Silberplättchen, umfaßt, zu behandeln, um einen leitenden Körper zu bilden. Andere elektrisch leitfähige Metalle sind gleichfalls vorgeschlagen worden. Nach einem anderen Vorschlag wird ein leitender Körper .aus einer Paste gebildet, die anorganische nichtmetallische mit Silber beschichtete Teilchen, Silberteilchen und ein organisches Bindemittel, das sich zu einer Matrix umformen läßt, oder anorganische mit Silber beschichtete nichtmetallische Teilchen

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Süberteilchen, zu einer Matrix schmelzbare Teilchen aus Glasmaterial und einen organischen Träger umfaßt. Der leitende Körper, die Silberteilchen und die silberbeschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen stehen in einem wirksamen Kontakt mit der Matrix. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in der US-Patentanmeldung Nr. 187 428 vom 15. September 1980 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisch leitendes Element mit vorteilhaften elektrischen und anderen Eigenschaften mit in Vergleich zu den typischen bekannten Elementen niedrigen Kosten hervorzubringen, desgleichen Materialien, aus denen es hergestellt wird.

Durch die !Erfindung wird eine verbesserte fließfähige leitende Zusammenseztung sowie ein elektrisch leitendes Element zur Verfügung gestellt. Weiterhin wird durch die Erfindung ein verbesserter leitender Füllstoff zur Umwandlung eines normalerweise elektrisch nicht leitenden thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffs in ein elektrisch leitendes Element bereitgestellt.

Die leitende Zusammensetzung und das elektrisch leitende Element nach der Erfindung sind zu relativ niedrigen Kosten herstellbar.

Durch die Erfindung wird weiterhin eine leitende Zusammensetzung, beispielsweise eine Pressmasse zur Verfügung gestellt, die sich zum Spritz-, Druck- und/oder Extrusionsformen eignet, ohne daß eine Zersetzung, beispielsweise ein Aufbrechen des leitfähigen Füllstoffs der Zusammensetzung erfolgt.

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Als fließfähige leitende Zusammensetzung wird eine leitfähige Paste oder Farbe bereitgestellt, die eine Konsistenz aufweist, die für ein Siebdrucken oder eine andere Auftragsart auf ein Substrat geeignet ist.

Auch wird als fließfähige leitende Zusammensetzung eine leitende Paste bereitgestellt, die in einen elektrisch leitenden Körper übergeführt werden kann unter Bedingungen, die sich auf das verbundene Substrat nicht zerstörend auswirken.

Das erfindungsgemäße elektrisch leitende Element ist stabil und zeigt eine annehmbare Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum während der Lagerung und des Betriebs.

Auch weist das erfindungsgemäße elektrisch leitende Element, wenn es an ein Substrat gebunden ist, eine hinreichende Haftung gegenüber dem Substrat f^:ir einen langen Zeitraum während der Lagerung und des Betr_ebs auf.

Auch wird durch die Erfindung eine Verfahren zur Herstellung des vorstehend genannten elektrisch leitenden Elements angegeben.

Darüberhinaus wird durch die Erfindung ein Glimmerplättchen zur Verfügung gestellt, das mit einem leitenden Metall, beispielsweise einem Edelmetall/ Kupfer oder Nickel beschichtet ist, und sich zur Herstellung der vorstehend genannten fließfähigen leitenden Zusammensetzung und des elektrisch leitenden Elements eignet.

Erfindungsgemäß besteht die fließfähige leitende Zusammensetzung im wesentlichen aus einem Gemi.sch aus Glimmerplättchen, die mit einem leitenden Metall beschichtet sind, sowie aus einer organischen Komponente, die sich

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in eine Matrix amformen läßt. Die Zusammensetzung wird durch die mit Metall beschichteten Gliinmerplättchen in der organischen Komponente gebildet. Wenn die Zusammensetzung eine Formmasse darstellt, ist sie für ein Spritz-, Press- oder Extrusionsformen zu dem elektrisch leitenden Element geeignet, das entsprechend geformt ist, beispielsweise zu einer elektromagnetischen Abschirmung, und, falls es sich um eine leitende Paste oder Farbe handelt, ist diese auf ein Substrat aufbringbar, um ein elektrisch leitendes Element zu bilden, beispielsweise eine Schicht oder einen Körper auf dem Substrat. Unter einer "fließfähigen leitenden Zusammensetzung" ist erfindungsgemäß eine Zusammensetzung zu verstehen, die leitende mit Metall beschichtete G!immerplättchen (sowie andere leitende Füllmaterialien bei einigen Ausführungsformen der Erfindung) und das oben angegebene organische Bindemittel enthält und das bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck fließfähig ist/ beispielsweise eine leitende Farbe oder eine leitende Paste, oder die bei Anwendung üblich erhöhter Temperatur- und/oder Druck-Bedingungen fließfähig gemacht werden kann, beispielsweise eine Formmasse, die unter den Bedingungen fließfähig ist, die üblicherweise beim Spritz-, Press- oder Extrusionsformen angewendet werden.

Bei mehreren besonders vorteilhaften Ausführungsformen besteht nach einer weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme ein elektrisch leitendes Element im wesentlichen aus Glimmerplättchen, die mit einem leitenden Metall beschichtet und in eine Matrix aus organischem Material eingebettet sind. Die mit Metall beschichteten Glimmerplättchen stehen in Wirkkontakt mit der Matrix.

Erfindungsgemäß ist unter einem "elektrisch leitenden Element" ein Produkt mit einer nicht fließfähigen organischen Matrix, in der mit einem leitenden Metall beschichtete

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Glimmerplättchen (und bei einigen Ausführungsformen andere leitende Füllstoffe) eingebettet sind, so daß das Element elektrisch leitend ist, zu verstehen. Das Element weist irgendeine geeignete Form auf und stellt in zahlreichen Ausführungsformen entweder ein Kondensatorendstück, ein leitendes Mittelstück in einem Kondensator der Bauart, die in der Dickschichttechnologie eingesetzt werden, ein Element zum Zerstreuen oder zum Ableiten einer elektrostatischen Ladung oder eine elektromagnetische Abschirmung dar.

Weiterhin hat die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Elements zum Gegenstand, bei dem unter Bildung einer fließfähigen Zusammensetzung Glimmerplättchen, die mit einem leitenden Metall beschichtet sind und ein organisches Bindemittel, das in eine Matrix umgeformt werden kann, vereinigt werden und die fließfähige Zusammensetzung Bedingungen unterworfen wird, die dazu führen, daß das organische Bindemittel in eine Matrix umgeformt wird, in welche die Metall beschichteten Glimmerplättchen eingebettet sind.

Auch ist die Erfindung auf ein Produkt abgestellt, das sich zur Durchführung der Erfindung eignet. Dieses Produkt umfaßt ein Glimmerplättchen, dessen gesamte Oberfläche im wesentliehen mit einem leitenden Metall beschichtet ist, wobei das Metall vorzugsweise wenigstens 4 Gew.-% des Produkts ausmacht.

Die erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Elemente sind dadurch gekennzeichnet, daß sie einen spezifischen Volumen-Widerstand von weniger als 10 ohm-cm (ein spezifischer Volumen-Widerstand von 10 ohm-cm oder mehr wird von der Fachwelt im allgemeinen als Isoliermaterial bezeichnet) aufweisen. Um einen Anhaltspunkt zu geben, sei darauf

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hingewiesen, daß der spezifische Volumen-Widerstand von reinem Silber 10 ohm-cm beträgt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs die erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Elemente einen spezifischen Volumen-Widerstand aufweisen, der in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck variiert.

Die erfindungsgeirtcße leitende Paste ist daher als Zwischenprodukt zur Herstellung eines elektrisch leitenden Elements geeignet, insbesondere als Mittel, mit dem die Komponenten eines elektrisch leitenden' Körpers oder einer elektrisch leitenden Beschichtung in einfacher Weise auf ein Substrat aufgetragen werden können, beispielweise einen Kondensator sowie elektrische Komponenten und dergleichen. Die erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Körper und Beschichtungen sind ihrerseits zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung oder eines Films auf einem Substrat geeignet. Beispielsweise können die elektrisch leitenden Körper als Endstücke keramischer Kondensatoren Anwendung finden, beispielsweise solcher von der Mehrschichtbauart. Derartige elektrisch leitende Körper eignen sich auch als leitende Mittelelemente die zusammen mit lichtleitenden Elementen beispielsweise in einem Mehrschichtkondensator oder einem Kondensator von der Bauart, bei der die Dickschichttechnologie angewendet wird, eingesetzt werden.

Andere Ausgangsformen des erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Elements sind zur Abgabe oder Ableitung einer elektrostatischen Ladung oder als elektromagnetische Abschirmung verwendbar . Im ersten Fall dient das elektrisch leitende Element als ein Medium, durch das die elektrostatische Ladung mit einer kontrollierten Geschwindigkeit (in Abhängigkeit von dem spezifischen Volumen-Widerstand, typischerweise mindestens 10 ohm-cm) hindurchgeht, während im letzteren Fall das Element in einem zumindest wesentlichen Ausmaß

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elektromagnetische Energie reflektiert (der spezifische Volumenwiderstand liegt typischerweise in der Größenordnung von 1 ohm-cm).

Das erfindungsgemäße metallbeschichtete Gliirjnerplättchen ist als Komponente der erfindungsgemäßen fließfähigen leitenden Zusammensetzung und des erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Elements geeignet, und zwar trägt es zu deren bzw. dessen vorteilhaften Eigenschaften bei und erniedrigt im allgemeinen die Herstellungskosten.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer fließfähigen leitenden Zusammensetzung, die relativ wenig kostet, aus leicht verfügbaren Materialien besteht und die sich hervorragend zur Umwandlung in ein elektrisch leitendes Element für zahlreiche Anwendungszwecke eignet. Die Fließfähigkeit der leitenden Zusammensetzung ist dabei von besonderem Vorteil. Die elektrisch leitenden Elemente sind ihrerseits aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit: und ihrer derartigen Leistungseigenschaften, insbesondere im Hinblick auf den großen Bereich der erhältlichen Leitfähigkeit und ihre Fähigkeit, an Substraten zu haften, von Vorteil. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin., daß das Metall beschichtete Glimmerplättchen, das vorzugsweise mindestens 4 Gew.-% leitendes Metall enthält, ein geeignetes kostengünstiges Ausgangsmaterial zur Herstellung eines elektrisch leitenden Elements und ein Ausgangsmaterial für eine fließfähige leitende Zusammensetzung darstellt. Unter Verwendung dieses beschichteten Plättchens wird eir normalerweise nicht elektrisch leitender thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff in ein elektrisch leitendes Element übergeführt.

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Nachstehend sind einige bevorzugte Ausführungsformen zur Erläuterung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Figur 1 eine Teilansicht eines Schnitts der fließfähigen leitenden Zusaminensetzung nach der Erfindung in vergrößerter Wiedergabe;

Figur 2 eine Teilansicht eines Schnitts eines elektrisch leitenden Elements/ das aus einer fließfähigen leitenden Zusammensetzung hergestellt worden ist, nach der Erfindung in vergrößerter Wiedergabe;

Figur 3 eine Teilansicht eines Schnitts einer anderen Ausführungsform der fließfähigen leitenden Zusammensetzung nach der Erfindung in vergrößerter Wiedergabe;

Figur 4 eine Teilansicht eines Schnitts einer weiteren Ausführ ungs form eines elektrisch leitenden Elements, das aus einer fließfähigen leitenden Zusammensetzung hergestellt worden ist, nach der Erfindung in vergrößerter Wiedergabe;

Figur 5 ein Diagramm des spezifischen Volumen-Widerstandes verschiedener elektrisch leitender Elemente in Abhängigkeit von dem Volumen des darin enthaltenden leitenden Füllstoffs, und

Figur 6 ein Diagramm des spezifischen Volumenwiderstandes verschiedener elektrisch leitender Elemente in Abhängigkeit von dem Gewichtsanteil des darin enthaltenen leitenden Füllstoffs.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Darstellungen in der Zeichnung nicht maßstäblich sind, sondern gewisse Aspekte, wie die Menge der organischen Komponente, die Menge der Matrix, die Abstände zwischen den Teilchen und dergleichen zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt sind.

In Figur 1 der Zeichnung ist eine fließfähige leitende Zusammensetzung dargestellt, die ein organisches Material 10,

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beispielsweise ein Acrylharz, wie ein Rohm & Haas B-66-Acryloidharz, in dem Glimmerplättchen 12 mit einer Silberbeschichtung 14 suspendiert sind, umfaßt. Die Silberbeschichtung 14 auf einem Glimmerplättchen 12 macht beispielsweise 2 0 bis 70 Gew.-% des Plättchens und der Beschichtung aus.

Diese Silberbeschichtung auf einem Glimmerplättchen soll auch ein mit Silber beschichtetes Glimmerp]ättchen verdeutlichen, das mindestens 4 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 12 Gew.-% Silber aufweist. Bei einem typischen Beispiel ist die leitende Zusammensetzung auf einem geeigneten Substrat aufgetragen.

In Figur 2 ist ein elektrisch leitendes Element dargestellt, das eine Matrix aus einem organischen Material 42, das bei diesem Ausführungsbeispiel ein gehärtetes Acrylharz umfaßt, in diesem Fall ein Rohm & Haas B-66 Acryloid-Harz, in dem Glimmerplättchen 20 mit einer Silberbeschichtung 22 eingebettet sind, umfaßt. Das elektrisch leitende Element ist in einem typischen Beispiel auf dem Substrat 44 aufgetragen und haftet daran. Die Silberschicht 22 auf einem Glimmerplättchen 20 macht beispielsweise 20 bis 70 % des Gewichts des Plättchens und der Beschichtung aus. Benachbarte silberbeschichtete Glimmerplättchen berühren sich mit ihren Oberflächen an Stellen 2 4 oder befinden sich in einem so ausreichend geringem Abstand voneinander an Stellen 26, 28, 30 und 32, daß ein Elektronenübergang zwischen ihnen erfolgen kann. Es ist darauf hinzuweisen, daß sich die Plättchen überlappen, wodurch ein vorteilhaft großer, leitender Bereich gebildet wird. An der Stelle 34 stellt das beschichtete Plättchen einen Teil der Oberfläche des elektrisch leitenden Elements dar. Desgleichen sind beispielsweise an den Stellen 36, 38 und 40 die mit Silber beschichteten Glimmerplättchen ausreichend nahe an der Oberfläche des

elektrisch leitenden Elements oder Substrats 4 4, um einen Elektronenübergang zwischen der Oberfläche und den silberbeschichteten Plättchen zu ermöglichen. Auf diese Weise werden leitende Bahnen durch das elektrisch leitende Element gebildet.

Andere Ausführungsformen einer fließfähigen leitenden Zusammensetzung nach der Erfindung enthalten außerdem Teilchen aus einem leitenden Metall und/oder anorganische nichtleitende Teilchen, die mit dem selben beschichtet sind. In Figur 3 ist eine Ausführungsform der leitenden Zusammensetzung dargestellt, in der beides vorhanden ist. Die Zusammensetzung umfaßt ein organisches Bindemittel 50, die bei dieser Ausführungsform ein Acrylharz, wiederum ein Rohm & Haas B-66-A ryloidharz, in der Glimmerplättchen mit einer Goldbeschichtung 54 suspendiert sind, Aluminiumkörner 56 mit einer Goldbeschichtung 58 und reine Goldteilchen in Form von Plättchen 60 umfaßt. Die Goldbeschichtungen 54 und 58 auf den Glimmerplättchen 52 bzw. den Aluminiumkörnchen 56 machen beispielsweise 20 bis 70 % des Gesamtgewichts des beschichteten Plättchens und des beschichteten Körnchens aus. Die Zusammensetzung enthält außerdem Rußteilchen 62. In einem typischen Beispiel ist die leitende Paste auf einem geeigneten Substrat 63 aufgetragen.

In Figur 4 ist ein elektrisch leitender Körper dargestellt, der eine Matrix aus einem organischen Material 108, das bei dieser Ausführungsform ein gehärtetes Acrylharz enthält, beispielsweise ein Rohm & Haas B-66-Acryloidharz, in dem Glimmerplättchen 64 mit einer Goldbeschichtung 66 eingebettet sind, Aluminiumkörnchen 6 8 mit einer Goldbeschichtung 70 und reine Goldteilchen in Form von Plättchen 72 umfaßt. Der Einbau von Gold - (oder anderen leitenden Metall-) teilchen einer anderen Form liegt gleichfalls im Rahmen der Erfindung. Jedoch sind Plättchen aus

reinem Material besonders vorteilhaft. Das elektrisch leitende Element kann auch Rußteilchen 73 enthalten. In einem typischen Beispiel ist der elektrisch leitende Körper wiederum auf ein Substrat 106 aufgetragen und haftet daran. Die Goldbeschichtungen 66 und 70 auf einem Glimmerplättchen 64 bzw. Aluminiumkörnchen 68 machen beispielsweise 2 0 bis 70 % des Gesamtgewichts des beschichteten Plättchens und des beschichteten Körnchens aus. Benachbarte goldbeschichtete Glimmerplättchen stehen über ihre Oberflächen an der Stelle 69 in Berührung oder sind nahe genug an der Stelle 71 angeordnet, daß ein Elektronenübergang zwischen ihnen stattfinden kann. Das gleiche gilt für benachbarte goldbeschichtete Aluminiumkörnchen an den Stellen 74 bzw. 76 sowie für benachbarte Goldplättchen an den Stellen78 bzw. 80. Ebenso stehen ein benachbartes goldbeschichtetes Glimmerplättchen und ein goldbeschichtetes Aluminiumkörnchen in direkter Oberflächenberührung an der Stelle 82, ein goldbeschichtetes Aluminiumkörnchen und ein Goldplättchen an der Stelle und ein goldbeschichtets Glimmerplättchen und ein reines Goldplättchen an der Stelle 86. (Es versteht sich, daß im Vergleich zur Überlappung metallbeschichteter Plättchen,die die Leitfähigkeit des elektrisch leitenden Elements beträchtlich erhöht, die beschichteten Körnchen lediglich einen tangentialen oder punktförmigen Kontakt erzeugen und aus diesem Grunde weniger von Vorteil sind.) An der Stelle 88 sind ein goldbeschichtetes Plättchen und ein goldbeschichtetes Körnchen ausreichend nahe benachbart, um einen Elektronenübergang zu ermöglichen. Diese Bedingung besteht zwischen einem goldbeschichteten Plättchen und den reinen Goldplättchen an der Stelle 90 und zwischen einem goldbeschichteten Körnchen und einem reinen Goldplättchen an der Stelle 92. An den Stellen

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91 und 93 stellen die goldbeschichteten Glimmerplättchen einen Teil der Oberfläche des Elements dar. Darüber hinaus sind beispielsweise an den Stellen 94, 96 und 98 ein goldbeschichtetes Glimmerplättchen und ein goldbeschichtetes Aluminiumkörnchen bzw. Goldplättchen der Oberfläche des elektrisch leitenden Körpers ausreichend nahe benachbart, um einen Elektronenübergang zwischen ihnen und der Oberfläche zu ermöglichen. An den Stellen 100, 102 bzw. 104 sind ein Goldteilchen, ein goldbeschichtetes Glimmerplättchen und ein goldbeschichtetes Körnchen ausreichend nahe atn Substrat angeordnet, um einen Elektronenübergang dazwischen zu ermöglichen. Es werden also leitende Bahnen durch das elektrisch leitende Element gebildet.

Die Darstellungen der Figuren 1 bis 4 dienen zur Verdeutlichung anderer elektrisch leitender Elemente und leitender Ausgangszusammensetzungen, wie elektromagnetisch abschirmende Gegenstände und Ausgangsformmassen. Es versteht sich, daß in den meisten Fällen derartige Gegenstände und Formmassen nicht an ein Substrat gebunden sind und darüber hinaus eine Dicke in der Größenordnung von etwa 3,2 mm (1/8 Zoll) aufweisen (während die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Schichten typischerweise etwa 30 μ dick sind). Ansonsten stellen die Figuren 1 bis 4 genau einen vorstehend erwähnten abschirmenden Gegenstand und eine Ausgangszusammensetzung dar.

Das leitende Metall, das erfindungsgemäß in eine fließfähige leitende Zusammensetzung einverleibt ist, stellt, wie die Bezeichnung andeutet, eine leitfähige Komponente in einem elektrisch leitenden Element dar, das letztlich aus der leitenden Zusammensetzung hergestellt worden ist. Die Länge und die Form des leitenden Metalls in der Zusammensetzung sind daher zum großen Teil von den Eigen-

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schaften eines derartigen elektrisch leitenden Elements abhängig.

Das leitende Metall ist zweckmäßigerweise Kupfer oder Nickel, oder Silber, GoId₇ Palladium, Platin oder irgendein anderes Edelmetall. Bei einigen Ausführungsformen werden Silber, Gold und/oder Kupfer aufgrund ihrer vorteilhaften Leitfähigkeit und/oder relativ geringen Kosten bevorzugt. Während die Ablagerung von Metalloigmenten, wie Titandioxid und Eisenoxide auf„Glimmer zum Färben bekannt ist, haben mit einem leitenden Metall beschichtete Glimmerplättchen zur elektrischen Leitung bisher keine Anwendung gefunden.

Die Beschichtung des leitenden Metalls auf den Glimmerplättchen der fließfähigen leitenden Zusammensetzung stellt eine Schicht dar, die im wesentlichen die gesamte Oberfläche jedes dieser Plättchen bedeckt. Vorzugsweise weist diese Schicht eine gleichmäßige Dicke auf, jedoch kann die Dicke an den einzelnen Stellen der Plättchenoberfläche auch unterschiedlich sein, ohne dadurch die Erfindung zu verlassen. Die Schicht des leitenden Metalls braucht lediglich eine ausreichende Dicke aufzuweisen, um die Leitfähigkeit (im gewünschten Ausmaß) des elektrisch leitenden Elements zu gewährleisten, das aus der erfindungsgemäßen leitenden Zusammensetzung hergestellt wird. Jedoch kann die Dicke der Schicht von einem Minimum beispielsweise soweit erhöht werden, wie dies eine Kostenbetrachtung erlaubt. Typischerweise beträgt die Dicke der Schicht des leitenden Metalls mindestens 0,01 μ.

Erfindungsgemäß besteht das metallbeschichtete Glimmerplättchen aus mindestens 4 bis zu 70 Gew.-% aus der leitenden Metallbeschichtung. Vorzugsweise besteht das mit

einem leitenden Metall beschichtete Glimmerplättchen aus mindestens 12, insbesondere mindestens 16 Gew.-% Metallbeschichtung.

Die Einverleibung der metallbeschichteten Plättchen in die fließfähige leitende Zusammensetzung gewährleistet eine gute Leitfähigkeit eines daraus hergestellten elektrisch leitenden Elements ohne spürbare Beeinträchtigung seiner elektrischen oder anderen Eigenschaften. Es versteht sich, daß diese Ausführungsform durch den Einsatz von mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen im Gegensatz zu der Verwendung eines reinen Metalls (wie Silber) allein auch Kostenvorteile besitzt.

Die Menge des leitfähigen Metalls, das erfindungsgemäß in dem elektrisch leitenden Element einverleibt ist, beträgt 2 bis 90 Gew.-%. In Abhängigkeit von der Menge des organischen Bindemittels und anderer Materialien, die in der fließfähigen Zusammensetzung enthalten sind und von der Funktion des elektrisch leitenden Elements (einParameter, der von einem Fachmann leicht bestimmbar ist), beträgt die Menge des leitenden Metalls, das in der fließfähigen leitenden Ausgangszusammensetzung enthalten ist, bis zu 90 %, typischerweise jedoch höchstens 15 %.

Die leitende Metallbeschichtung paßt sich, wenn sie auf einem Glimmerplättchen abgeschieden wird, im allgemeinen den Konturen des Plättchens an, so daß die Form des Metall beschichteten Plättchens im allgemeinen der Form des unbeschichteten Plättchens entspricht. Einschließlich der Metallschicht weisen die beschichteten Plättchen eine Größe auf, die es erlaubt, die gewünschten Eigenschaften der fließfähigen leitenden Zusammensetzung und des elektrisch leitenden Elements nach der Erfindung zu erhalten.

D. h. die metallbeschichteten Plättchen besitzen beispielsweise eine Größe, so daß die Einverleibung derselben in die fließfähige leitende Zusammensetzung deren Fließfähigkeit beim Auftragen auf ein Substrat oder beim Spritz-, Preßoder Extrusionsformen, je nach Bedarf, nicht spürbar beeinträchtigt. Typischerweise weisen die metallbeschichteten Plättchen bezüglich ihrer maximalen Abmessung eine Größe von 0,1 bis 200, vorzugsweise 0,5 bis 44 μ auf.

Entsprechend den vorstehenden Ausführungen sind die metallbeschichteten Plättchen vorzugsweise durch silberbeschichtete Glimmerplättchen gebildet. Die mit Silber beschichteten Plättchen weisen, einschließlich der Silberschicht, wiederum typischerweise vorzugsweise eine Größe von 0,5 bis 44 fx in ihrer größten Dimension auf. Weitere Beispiele silberbeschichteter Glimmerplättchen mit einer geeigneten Größe sind die mit einer Größe von 44 bis 74 U und 74 bis 200 ^-

Die Glimmerplättchen können ihrerseits aus natürlichem oder synthetischen Glimmer bestehen. Glimmer gehört zur Gruppe der schichtförmigen Silikate. Die Struktur des Glimmers wird in der Literatur ziemlich ausführlich behandelt, beispielsweise von L. Pauling in Proc. Nat'l. Acad. Sei., 16, 123 (1930); von W. W. Jackson und J. WestZ. Krist., 76, 211 (1930) und von J. W. McCauley, R. E. Newnham und G. V. Gibbs, Am. Mineral., 58, 249 (1973). Obleich sie in ihrer chemischen Zusammensetzung etwas variieren, enthalten alle Glimmer Hydroxyl und/oder Fluorid-Radikale, eine Silikat- oder Germat-Gruppe sowie einen Alkali- und einen Erdalkalibestandteil. Beispiele sind Biotit, Muskovit, Phlogopit, Lepidolit, Fluorphlogopit, Bariumdisilikat und Bleidisilikat. Typischerweise weist Glimmer folgende Eigenschaften auf: Spezifisches Gewicht 2,6 bis 3,2; Mohssche Härte 2,8 3,2; Brechungsindex 1,56 - 1,60; Dielektrizitätskonstante 6,5 - 8,7; nichtbrennbar; wärmebeständig bis etwa 600⁰C.

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Natürlicher Glimmer kommt in den Vereinigten Staaten, Kanada, Madagaskar, Indien, Südafrika und Südamerika vor. Synthetischer Glimmer wird nach irgendeinem bekannten oder geläufigen Verfahren hergestellt, beispielsweise durch elektrothermisches Wachsen eines Einkristalls. Ein interessantes Beispiel eines synthetischen Glimmers stellt Fluorophlogopit dar (d. h. ein Fluorderivat von Phlogopit), der beispielsweise nach einem Verfahren hergestellt wird, bei dem die Ausgangsmaterialien/ die Kaliumsiliciumflorid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Kaliumfeldspat und Magnesium umfassen, in einem Widerstandsofen geschmolzen werden, worauf die Schmelze langsam auf Kristallisationstemperatur abgekühlt wird, um synthetische Glimmerkristalle zu bilden. Dieses Produkt weist eine höhere Wärmebeständigkeit als natürlicher Glimmer auf, wobei seine dielektrischen Eigenschaften und seine Verarbeitbarkeit gleich sind.

Die Gruppe der Glimmer ist durch ihre hervorragende Spaltbarkeit gekennzeichnet. Sie können daher in sehr dünne flexible Platten gespalten werden. Diese Eigenschaft verlangt eine Kontrolle der Dicke des Glimmers, der angewendet wird. Die Spaltung wird zweckmäßigerweise durch Mahlen des Glimmers durchgeführt, jedoch sind auch andere geläufige oder bekannte Verfahren anwendbar. Auf diese Weise können Glimmerplättchen der gewünschten Dicke zur Durchführung der Erfindung erhalten werden. Das Längenverhältnis dieser Plättchen ist im allgemeinen größer als 20.

Die Beschichtung der Glimmerplättchen mit einem leitenden Metall wird zweckmäßigerweise nach einer der zahlreichen bekannten Methoden durchgeführt. Beispielsweise kann die Silberbeschichtung durch Fluidisierung mittels trockener oder nasser Methoden, durch stromloses Plattieren und der-

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gleichen aufgebracht werden (vgl. beispielweise US-PS 3,635,824).

Die fließfähige leitende Zusammensetzung, wie eine Paste oder eine Formmasse, die mit einem leitfähigen Metall beschichtete Glimmerplättchen enthält, ist von Vorteil, da sie günstige Fließ- und Verteilungseigenschaften besitzt. D. h. die erfindungsgemäße Paste oder Formmasse weist eine ausreichende Fließfähigkeit auf, so daß sie in einfacher Weise auf Substrate auftragbar ist und sich zum Spritzformen eignet, ohne daß ein zu großer Widerstand und dergleichen auftritt. Wenn herkömmliche Verfahren durchgeführt werden, dann ist die leitende Zusammensetzung ebenfalls derart, daß die Verteilung der mit Metall beschichteten Plättchen nach dem Auftragen ziemlich gleichmäßig ist, wodurch stellenweise Änderungen der Eigenschaften eines elektrisch leitenden Elements, das aus der fließfähigen leitenden Zusammensetzung hergestellt wird, auf ein Minimum herabgesetzt werden. Weiterhin sind die Glinmerplättchen gegenüber einem Zerbrechen ziemlich widerstandsfähig, d. h. gegenüber einem Auseinanderbrechen in kleinere Teilchen während deren Verarbeitung, wie dem Spritz-, Preß- und Extrus ions formen.

Aufgrund der vorstehend erwähnten Überlappung anstelle eines punktförmigen Kontakts der mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen und deren großer Oberfläche beträgt die gesamte Menge der metallbeschichteten Plättchen in einem elektrisch leitenden Element, das aus der erfindungsgemäßen fließfähigen leitenden Zusammensetzung hergestellt ist, typischerweise lediglich etwa 20 Vol.-%. Diese Menge des elektrisch leitenden Elements geht bei einigen Ausführungsformen sogar bis auf 5 Vol.-% herab, auf das ausgehärtete Element bezogen. Bei anderen Ausführungsformen erreicht sie jedoch zweckmäßigerweise 90 Vol.-%, vorzugsweise

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5 0 Vol.-%, insbesondere 40 Vol.-%. In Abhängigkeit von der Menge des organischen Bindemittels und anderer Materialien, die in der fließfähigen leitenden Zusammensetzung enthalten sind und die Bildung des elektrisch leitenden Elements überdauern, beträgt die Menge der metallbeschichteten Plättchen, die in der leitenden Ausgangszusammensetzung enthalten ist, bis zu 90 Vol.-%, typischerweise etwa 30 Vol.-% oder weniger.

Während eine leitende Zusammensetzung, die metallbeschichtete Glimmerplättchen enthält, von großem Vorteil ist, sind bei einigen Ausführungsformen der Erfindung in der leitenden Paste auch anorganische, nichtmetallische Teilchen, die mit einem leitenden Metall beschichtet sind, leitende Metallteilchen/ Fasern, die mit einem leitenden Metall beschichtet sind oder Kombinationen von zwei oder mehr derselben enthalten.

Die Beschichtung des leitenden Metalls auf anorganischen nichtmetallischen Teilchen oder einem Fasermaterial stellt gleichfalls eine Schicht dar, die im wesentlichen die gesamte Oberfläche jedes dieser Teilchen oder Fasern bedeckt. Wiederum ist es bevorzugt, daß diese Schicht eine gleichmäßige Dicke aufweist, jedoch kann die Dicke von Stelle zu Stelle der Teilchen- oder Faseroberfläche variieren, ohne daß die Erfindung verlassen wird. Die Schicht des leitenden Metalls braucht lediglich eine ausreichende Dicke aufzuweisen, um die Leitfähigkeit (in dem gewünschten Ausmaß) in dem elektrisch leitenden Element sicherzustellen. Die Schichtdicke kann jedoch über dieses Minimum hinaus erhöht werden, z. B. in einem Ausmaß, wie sie eine Kostenbetrachtung zuläßt. Die Dicke der Schicht des leitenden Metalls beträgt bis zu 10 % der kleinsten Dimension der anorganischen nichtmetallischen Teilchen und/oder bis zu 10 % des Durchmessers

des Fasermaterials. Es ist darauf hinzuweisen, daß selbst, wenn als leitendes Füllmaterial ein anderes Material als mit einem leitenden Metall beschichtete Glimmerplättchen in dem elektrisch leitenden Element und der fließfähigen leitenden Ausgangszusammensetzung enthalten ist, die gesamte Volumenbeladung des Elements im allgemeinen zwischen 5 und 90 %, vorzugsweise 5 bis 50 % beträgt. Wenn also das Element und dessen leitende Ausgangszusammensetzung mit einem leitenden Metall beschichtete anorganische nichtmetallische Teilchen und/oder Fasern zusätzlich zu den mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen enthält, erniedrigt sich die Volumenbeladung des Elements und der Ausgangszusammensetzung mit den beschichteten Glimmerplättchen entsprechend. Da die gesamte Gewichtsbeladung des Elements mit dem leitenden Metall im allgemeinen im Bereich zwischen 2 und 90 % liegt, selbst wenn als leitender Füllstoff ein anderer als mit einem leitenden Metall beschichtete Glimmerplättchen enthalten ist, wird die Gewichtsbeladung des Elements und der Ausgangszusammensetzung mit dem Metall von den beschichteten Glimmerplättchen entsprechend herabgesetzt. Es ist darauf hinzuweisen, daß mit den vorstehend erwähnten metallbeschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen und metallbeschichteten Fasern die Metallbeschichtung 4 bis 70 % des Gesamtgewichts ausmacht.

Was die vorstehend erwähnten, mit einem leitenden Metall beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen betrifft, so enthalten diese mindestens 8, vorzugsweise mindestens 12 Gew.-% Metallbeschichtung. Ebenso wird insbesondere Gold oder Kupfer als Metall bevorzugt. Bei einigen Ausführungsformen trägt das Einverleiben dieser metallbeschichteten Teilchen dazu bei, daß gute rheologische Eigenschaften der fließfähigen leitenden Zusammensetzung sowie eine gute Leitfähigkeit des schließlich gebildeten

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elektrisch leitenden Elements erreicht und aufrechterhalten wird, ohne daß eine spürbare Beeinträchtigung von deren bzw. dessen elektrischen oder physikalischen Eigenschaften, wie der Adhäsion auftritt. Es versteht sich, daß diese Ausführungsformen außerdem Kostenvorteile mit sich bringen durch die Verwendung der mit einem leitenden Metall beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen im Gegensatz zu der Verwendung von einem leitfähigen Metall allein. Es liegt gleichfalls im Rahmen der Erfindung, einer fließfähigen leitenden Zusammensetzuna mit einem leitenden Metall beschichtete anorganische nichtmetallische Teilchen einzuverleiben, die bis zu 60 Gew.-% Metallbeschichtuna aufweisen, beispielsweise von 25 bis 60 Gew.-%. Metallbeschichtete Teilchen, die etwas weniger als 25 Gew.-% enthalten, sind bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen geeignet. Bei einigen anderen besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die metallbeschichteten Teilchen 4 bis 16 Gew.-% Metallbeschichtung. Beispiele dafür sind Teilchen, die etwa 4, 8, 12 und 16 Gew.-% Metallbeschichtung enthalten.

Die anorganischen nichtmetallischen Teilchen weisen ihrerseits eine geeignete unregelmäßige Form oder stattdessen eine im wesentlichen regelmäßige Form auf. Diese Teilchen sind also beispielsweise Körner, Kugeln oder Sphäroide. Da sich die leitende Metallbeschichtung im wesentlichen der Kontur des Teilchens anpaßt, weist das beschichtete Teilchen eine Form auf, die der Form des nicht beschichteten Teilchens entspricht. Die beschichteten Teilchen besitzen eine Größe, die es erlaubt, daß die gewünschten Eigenschaften der leitenden Paste und des elektrisch leitenden Körpers nach der Erfindung erreicht wird, wie sie bzw. er vorstehend und nachstehend beschrieben ist. Die Größe der maximalen Dimension der metallbeschichteten

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-,29-Teilchen beträgt typischerweise im Durchschnitt 1 bis 200 μ.

Die anorganischen nichtmetallischen Teilchen bestehen zweckmäßigerweise aus einem von vielen Materialien, die Eigenschaften und physikalische Parameter aufweisen, die es zulassen, daß die erfindungsgemäßen Ziele erreicht werden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daJ3 sich "nichtmetallisch" auf die Eigenschaften und die physikalischen Daten dieser Materialien bezieht, und die Gegenwart von Metallatomen oder -ionen nicht ausschließt, solange "nichtmetallische" Eigenschaften und physikalische Daten vorhanden sind. Geeignete Materialien besitzen typischerweise nicht elektrisch leitende Eigenschaften. Demgemäß sind diese Materialien typischerweise Gläser, keramische Substanzen und natürlich vorkommende mineralische Substanzen. Andere Beispiele geeigneter Materialien sind folgende: Oxide, wie Bauxit, Korund, Ilmenit, Brookit, Anatas, Rutil und Magnetit, und Hydroxide, wie Brucit; Sulfide, wie Galena, Pyrit, Kalkopyrid und Sphalerit; Halogenide, wie Natriumchlorid, SyIvit und Fluorit; Carbonate, wie Calcit, Magnesit und Siderit," Nitrate, wie Natriumnitrat/ und Borate, wie Borax und Kernit; Sulfate, Chronate und Molybdate, wobei Celestit, Anhydrit und Gips Beispiele darstellen; und Phosphate, wie Bivianit, Apatit und Pyromorphit,* Arsenate wie Erythrit/ und Vanadate, wie Bavanadit. Weitere Beispiele geeigneter Materialien werden zweckmäßigerweise in folgende Kategorien eingeteilt: Tectosilicate, einschließlich der Silicagruppe, der Feldspatgruppe, der Feldspathoidgruppe, der Zeoilitgruppe; verschiedene Philosilicate, einschließlich Kaolinit, Speckstein und Vermiculit, Inosilicate, einschließlich der Amphibolgruppe, beispielsweise der Cummingtonitreihe, der Proxengruppe, einschließlich der Hypersthenreihe, beispielsweise Spodumen, sowie die Pyroxenoidgruppe, Cyclosilicate, einschließlich Beryl und Turmalin, die

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Sorosilicatgruppe, beispielsweise Idocrase; die Neosilicate, einschließlich der Olvinreihe, wie Magnesiumeisensilicat, sowie einschließlich Willemit, die Aluminiumsilicatgruppe, die Garnetgruppe, und die Silicate nicht bestimmbarer Struktur, wie Prehnit, Chrysocolla und Dumortierit. Es versteht sich, daß sowohl synthetische wie natürlich vorkommende anorganische nichtmetallische Materialien zur Durchführung der Erfindung geeignet sind.

Die Zusammensetzung der anorganischen nichtmetallischen Teilchen muß im allgemeinen so gewählt werden, daß die Teilchen unter den Verarbeitungsbedingungen, denen die erfindungsgemäße fließfähige leitende Zusammensetzung bei der Herstellung eines elektrisch leitenden Elements unterworfen ist, nicht erweichen oder sich spürbar verformen.

Die Teilchen des anorganischen nichtmetallischen Materials werden nach irgendeiner bekannten oder geläufigen Art und Weise hergestellt.

Wie bei den vorstehend erwähnten beschichteten Glimmerteilchen wird die leitfähige Metallbeschichtung der anorganischen nichtmetallischen Teilchen nach irgendeiner der zahlreichen bekannten Methoden durchgeführt. Beispielsweise wird die Silberbeschichtung durch Fluidisierung mit trockenen oder nassen Methoden, durch stromloses Plattieren oder dergleichen aufgebracht (vgl. die vorstehend erwähnte US-PS 3,635,824).

Die Einverleibung von mit einem leitenden Metall beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen, wie kugelförmige oder spheroide Teilchen, kann bei solchen Ausführungsformen von Vorteil sein, bei denen die erhöhte Fließfähigkeit und Verteilungseigenschaften besonders erwünscht

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sind, da die beschichteten Teilchen so angepaßt werden können, daß sie besonders geeignet sind, diese Eigenschaften einer fließfähigen leitenden Zusammensetzung zu verleihen. Es ist auch möglich, die Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Elements, bezogen auf einen bestimmten Silbergehalt, zu erhöhen, indem solche mit einem leitenden Metall beschichtete kugelförmige Teilchen einverleibt werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Menge der so beschichteten kugelfömigen einverleibten Teilchen genau kontrolliert werden sollte. D. h., trotz des Hinweises, daß bestimmte leitende Körper, die lediglich silberbeschichtete Kügelchen als leitenden Füllstoff enthalten, bezogen auf einen bestimmten Silbergehalt, eine größere Leitfähigkeit aufweisen als ein leitendes Element, das lediglich silberbeschichtete Glimmerteilchen enthält, bildet der zuerstgenannte leitende Körper ein System, das zu starr ist für eine geeignete Anwendung bei der Herstellung von Membranschaltern. Wenn es aus einem beschichtete Kugeln enthaltenden Material hergestellt ist, ist das Material, das den Knopf des Schalters bildet, zu steif, um deformiert zu werden, so daßkein Kontakt mit dem zugeordneten Bauteil des Schalters zustandekoirmt. Ein erfindungsgemäßes leitendes Element ermöglicht hingegen ein System, das ausreichend flexibel ist und dennoch eine erheblich größere Leitfähigkeit aufweist als ein System, das lediglich reines Silber als Füllstoff enthält.

Wie vorstehend ausgeführt, enthält bei einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen die fließfähige leitende Zusammensetzung außerdem mit einem leitenden Metall beschichtete Fasern, entweder in Verbindung mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen allein oder mit einem leitenden Metall beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen. Die Einverleibung derartiger be-

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schichteter Fasern führt in einigen Richtungen zu beträchtlichen Vorteilen. Beispielsweise liegt dadurch ein Füllstoff indem leitenden Element vor, der ein großes Längenverhältnis und eine große Oberfläche aufweist. Diese Einverleibung führt jedoch auch zu bestimmten Nachteilen. Wie vorstehend erwähnt, können diese Fasern zerbrechen, wodurch sich die Eigenschaften eines elektrisch leitenden Elements verändern, ferner führen sie bestenfalls zu einer linienförmigen Berührung mit den anderen Füllstoffen, wodurch die Leitfähigkeit potentiell herabgesetzt wird. Durch die Erfindung können diese Nachteile wirksam herabgesetzt werden. Die Einverleibung von mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen zusammen mit diesen beschichteten Fasern erhöht die Leitfähigkeit, da die beschichteten Plättchen zu einer flächenförmigen Überlappung anstelle eines bloßen linsenförmigen Kontakts führen. Es wird also eine verbesserte Leitfähigkeit erreicht. Auch sind die beschichteten Plättchen gegenüber einem Zerbrechen widerstandsfähiger als die in geeigneter Weise beschichteten Fasern. Durch die Erfindung werden also leitende, beschichtete Fasern enthaltende,fließfähige Zusammensetzungen und elektrisch leitende Elemente für bestimmte Anwendungen in sehr vorteilhafter Weise verbessert.

Mit einem leitenden Metall beschichtete Fasern, die sich zur Durchführung der Erfindung eignen, sind im Handel erhältlich und bestens bekannt.

Wie bei den Glimmerplättchen paßt sich die leitende Metallschicht, wenn sie auf der Faser abgelagert ist, den Faserkonturen im allgemeinen an, so da£ die Form der beschichteten Faser der Form der unbeschichteten Faser entspricht. Es ist darauf hinzuweisen, daß diese beschichteten Fasern eine Größe und eine Form aufweisen, die es zuläßt,

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daß die gewünschten Eigenschaften der fließfähigen leitenden Zusammensetzung und des elektrisch leitenden Elements nach der Erfindung erreicht werden, beispielsweise das einfache Auftragen der Zusammensetzung auf ein Substrat oder dessen Fließfähigkeit beim Spritz-, Druck- und Extrusionsformen nicht erheblich beeinträchtigen.

Die Fasern bestehen zweckmäßigerweise aus einem der zahlreichen Materialien, die Eigenschaften und physikalische Parameter aufweisen, die mit den Zielen der Erfindung übereinstimmen. Derartige Materialien sind typischerweise Gläser, wie Glasfasern, keramische Substanzen und natürlich vorkommende mineralische Substanzen. Beispiele geeigneter Materialien sind folgende: Glas, Asbest, Amphibol und Wollastonit. Es versteht sich, daß sowohl synthetische wie natürlich vorkommende anorganische Materialien zur Durchführung der Erfindung geeignet sind. Auch sind verschiedene Metalle, wie Aluminium, Kupfer und Nickel geeignet. Die Beschichtung der Fasern mit einem leitenden Metall wird zweckmäßigerweise nach einem bekannten Verfahren durchgeführt, wie vorstehend erörtert.

Wie vorstehend ausgeführt, wird bei zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung ein Teil des leitenden Metalls, wie Gold, Platin^ Palladium oder Kupfer, der fließfähigen leitenden Zusammensetzung als Teilchen aus im wesentlichen reinem Metall einverleibt. Das Beschichtungsmetall ist vorzugsweise das gleiche wie dasjenige, aus dem die Teilchen bestehen, wobei die Teilchen in Form von Plättchen vorliegen. Teilchen die eine andere Form aufweisen, liegen jedoch gleichfalls im Rahmen der Erfindung. Insbesondere in solchen Fällen, in denen die leitende Metallbeschichtung eine relativ geringe Menge ausmacht, stellen die Teilchen typischerweise 0,5 bis 4 0 Gew.-% der fließfähigen leitenden Zusammen-

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-Abdar. Bei einigen Ausführungsformen stellen die Teilchen wenigstens 10 Gew.-% der Paste dar.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird das leitende Metallteilchen durch einen Verbund von mehr als einem Metall gebildet, in welchem ein Kern aus einem anderen Metall oder Metallen mit einem leitenden Metall beschichtet ist. Geeignete leitende Metallteilchen sind beispielsweise mit Kupfer oder mit einem Edelmetall, wie Silber oder Gold, beschichtetes Eisen. Das gesamte Teilchen, seine Außenschicht oder sein Kern werden manchmal durch eine Legierung gebildet. Messing und nicht rostender Stahl sind Beispiele, jedoch können auch andere herkömmliche Legierungen angewendet werden, beispielsweise jene von Gold, Platin, Palladium und/oder Kupfer. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung bringt die Verwendung derartiger leitender Metallteilchen Kosteneinsparungen mit sich, da ein großer Teil des leitenden Metalls durch einen leichter zugänglichen und/oder weniger kostspieligen Kern ersetzt wird.

Die gesamte Menge des leitenden Metalls, das der fließfähigen leitenden Zusammensetzung einverleibt wird, beträgt wenigstens 2 Gew.-% der Zusammensetzung. Diese Menge des leitenden Metalls wird in Form einer Beschichtung oder in Form von Beschichtungen auf den Glimmerplättchen (und, falls vorhanden, den anorganischen nichtmetallischen Teilchen und Fasern) sowie leitenden Metallteilchen, falls vorhanden, einverleibt. Bei einigen Ausführungsforinen wird zweckmäßigerweise mehr als ein elementares Metall und/oder Legierung einverleibt, um die Gesamtmenge zu bilden. Vorzugsweise wird genügend leitendes Metall der Zusammensetzung einverleibt, um wenigstens 5 %, insbesondere wenigstens 10 % des Gewichts der Zusammensetzung auszumachen.

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Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung besteht der leitende Füllstoff in der fließfähigen leitenden Zusammensetzung außer aus den mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen und gegebenenfalls einer oder mehreren der in den vorstehenden Absätzen beschriebenen anderen leitenden Füllstoffe aus Rußteilchen. Der Ruß braucht nicht besonders behandelt zu sein und kann beispielsweise unmittelbar so eingesetzt werden, wie er "im Ofen" erzeugt wird. Es ist praktisch jede Rußart geeignet, solange die Größe der Teilchen nicht die gewünschte Fließfähigkeit der leitenden Zusammensetzung beeinträchtigt. Die größte Dimension geeigneter Teilchen beträgt typischerweise 20 bis 30 μ. Beispiele geeigneter Ruße sind diejenigen, die unter der Warenbezeichnung Ketjen Black EC, Vulcan XC-72 und Acethylen-Schwärζ verkauft werden.

Die fließfähige leitende Zusammensetzung enthält außerdem ein organisches Bindemittel, aus dem die Matrix aus organischem Material eines aus der Zusammensetzung hergestellten elektrisch leitenden Elements gebildet wird. Das organische Bindemittel enthält zweckmäßigerweise ein inertes organisches Material oder Materialien, die zu einer Matrix verformbar sind. Das Bindemittel verleiht der Zusammensetzung die geeignete Fließfähigkeit, beispielsweise eine geeignete Konsistenz zum Auftragen auf ein Substrat durch Siebdruck, Anstreichen(z. B. elektrostatisch oder mit einer Bürste), Eintauchen (nach Beschicken eines Gestells), kontinuierliches maschinelles Eintauchen und dergleichen oder für Spritz-, Druck- oder Extrusions forin-Arbeiten.

Bei zahlreichen Ausführungsformen enthält das organische Bindemittel ein oder mehrere Harze sowie ein oder mehrere Lösungsmittel, um der leitenden Zusammensetzung die ge-

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wünschte Konsistenz zu geben, jedoch ist bei einigen Ausführungsformen, beispielsweise bei Formmassen, das organische Bindemittel typischerweise lösungsmittelfrei. Beispiele geeigneter Substanzen sind niedrig molekulare aliphatische ungesättigte organische Polymere oder ein Gemisch eines aliphatischen ungesättigten organischen Polymeren und eines copolymerisierbaren aliphatischen ungesättigten organischen Monomeren, wie Styrol. Diese Substanzen weisen beispielsweise bei 25 ⁰C eine Viskosität von etwa 5 bis 1000 cPa · ^s auf. Beispiele für geeignete organische Bindemittel sind bie den Ausführungsformen der Erfindung, die sich auf eine "Formmasse" beziehen, insbesondere Polypropylen, Polystyrol, Polyäthylen hoher Dichte, Polyvinylchlorid und Nylon. Weitere Beispiele sind: Niedrig molekulare Polyimide, die ungesättigte Akrylamide enthalten, wie sie beispielsweise in der US-PS 3,535,148 beschrieben sind, niedrigmolekulare Polyester, die ungesättigte Akrylgruppen enthalten, wie sie beispielsweise in der US-PS 3,567,494 beschrieben sind, Acrylsäureester und Methacrylsäureester mehrwertiger Alkohole, wie sie beispielweise in der US-PS 3,551,246 und der US-PS 3,551,235 beschrieben sind, Acrylsäureester und Methacrylsäureester von Siliconharzen; Melamin, Epoxyharze, Allyläther von mehrwertigen Alkoholen; AlIylather von mehrwertigen aliphatischen und aromatischen Säuren, niedrigmolekulare Maleinimid-substituierte aromatische Verbindungen; Zimtsäureester mehrwertiger Alkohole; Gemische aus einer oder mehreren der vorstehenden Komponenten und dergleichen. Weitere Beispiele sind ungesättigte Polymere, wie Polyester von Glykolen undc*-, /£ -ungesättigte Dicarbonsäuren, beispielsweise Malein- und Fumarsäure, entweder mit oder ohne andere Dicarbonsäuren, die inoi-_r (I -position nicht ungesättigt sind, beispielsweise Phthalsäure, Isophthalsäure und Bernsteinsäure, gelöst in einem copolymerisierbaren aliphatischen ungesättlatern Lösungsmittel» wie Styrol. Viny!toluol, Divinvl-

benzol. Methylrnethacrylat oder Gemischen solcher Lösungsmittel, wie sie in der US-PS 2,673,151 und der US-PS 3,326,710 beschrieben sind. Weitere Beispiele sind ungesättigte Organosiloxane mit 5 bis 18 Siliciumatomen und derartige Siloxane in Kombination mit einem organischen Vinyl-Monomeren. Das organische Bindemittel ist beispielsweise ein Acrylharz oder ein Epoxyharz. Beispiele geeigneter Acrylharze sind Methacrylpolymere. Beispiele geeigneter Epoxyharze sind irqendein monomeres, dimeres, oliqomeres oder polymeres Epoxymaterial, das eine oder mehrere funktionelle Spoxygruppen besitzt, beispielsweise Bisphenol-A und Diglycyläther. Bei einer besonders bevorzuqten Ausführungsform ist das organische Bindemittel ein Acryloidharz, d. h. ein synthetisches Acrylsäureester-Polvmeres.

Geeignete Lösungsmittel sind Steinkohlenteerkohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ketone, Ester, Ätheralkohole und Ätherester. Beispiele sind Xylol, Toluol, Methyläthylketon und Alkohole, wie aliphatische Alkohole, mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Äthanol und Propanol. Das organische Bindemittel kann auch mehrere übliche Additive enthalten, beispielsweise Katalysatoren oder Substanzen, die das Bindemittel gegenüber einer Bestrahlung, beispielsweise mit Ultraviolettlicht sensibilisieren. Die Sensibilisierungsmittel werden z. B. zweckmäßigerweise in kleinen Mengen einverleibt, beispielsweise 0,5 bis 5 % des Gewichts des Bindemittels. Beispiele sind Ketone, wie Benzophenon, Acetophenon und dergleichen, Benzoine und substituierte Benzoine, Thioharnstoff und aromatische Disulfide. Beispiele sind gleichfals Azide, Thioketone und Gemische davon. Das Bindemittel wird der Paste in einer Menge einverleibt, die geeignet ist, um die vorstehend erörterte gewünschte Fließfähigkeit oder Rheologie zu erhalten, beispielsweise in einer Menge von 35 bis 40 % des Gewichts der Paste, jedoch manchmal

lediglich 15 % und in einiqen Fällen sogar lediglich 5 bis 10 % des Gewichts der Paste.

Die fließfähige leitende Zusammensetzung wird beispielsweise hergestellt, indem mit einem leitenden Metall beschichtete Glirranerolättchen sowie mit einem leitenden Metall beschichtete anoroanische nichtmetallische Teilchen, mit einem leitenden Metall beschichtete Fasern, leitende Metallteilchen und/oder Ruß bei einigen Ausführungsformen sowie ein organisches Bindemittel, das in eine Matrix überführbar ist, vereinigt werden. Falls leitende Metallteilchen der leitenden Paste einverleibt werden, können sie beispielsweise im Gemisch mit einem organischen Bindemittel in einer Dreiwalzenmühle benetzt werden. Die beschichteten Glimmerplättchen können zusammen mit den beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen, Fasern und/oder Ruß (falls angewendet) einverleibt und in geeigneter Weise in das organische Bindemittel (oder ein solches Bindemittel, das leitende Metallteilchen enthält) in einem geeigneten Gerät eingemischt werden, beispielsweise einem SPEX-Mischer oder einem herkömmlichen Farbschüttelgerät. Wenn eine Formmasse gebildet wird, die derartige leitende Metallteilchen enthält, werden diese Teilchen zusammen mit einem organischen Bindemittel und Glimmerplättchen, die mit einem leitenden Metall beschichtet sind, zum Mischen in einen Compounder gegeben. Die gebildete fließfähige leitende Zusammensetzung wird dann als solche zu der gewünschten Form geformt oder auf ein ! Substrat aufgetragen, beispeilsweise einen Kondensator oder einen Widerstand oder ein anderes dielektrisches Bauteil usw, in Verbindung mit der Herstellung eines weiteren Schaltungsbauteils, oder es wird verpackt, gelagert und zur weiteren Verwendung verschickt.

Erfindungsgemäß wird ein elektrisch leitendes Element aus einer fließfähigen leitenden Zusammensetzung her-

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gestellt, indem die Zusammensetzungen Bedingungen unterworfen werden, die ausreichen, um das Bindemittel in eine Matrix überzuführen, in der die metallbeschichteten Plättchen usw. eingebettet sind. Während der Bildung der Matrix wird jeglicher Lösungsmittelbestandteil, der in dem organischen Bestandteil vorhanden ist, weitgehend, vorzugsweise vollständig entfernt.

Typische Methoden und Bedingungen zur Bildung der Matrix aus dem organischen Bindemittel sind: Trocknen der fließfähigen leitenden Verbindung bei Raum- oder erhöhter Temperatur an der Luft; Erwärmen der Zusammensetzung auf eine Temperatur von etwa 350 ⁰C während eines Zeitraums, der zur Matrixbildung ausreicht; Ultraviolettbestrahlung der Zusammensetzung; katalysiertes Aushärten der Zusammensetzung bei einer Temperatur in einem Bereich, der für einen Einsatz des ausgewählten Katalysators geeignet ist. Andere üblicherweise durchgeführte Methoden zur Umformung des organischen Bindemittels in eine Matrix, beispielsweise das Aushärten, sind gleichfalls geeignet. Die gebildete Matrix ist ein organisches Material, das durch ein geeignetes Formverfahren und/oder -bedingungen hergestellt worden ist. Die organische Matrix ist also zweckmäßigerweise ein Material, das aus einem vorstehend beschriebenen Harz oder Harzen in dem organischen Bindemittel gebildet wird, welches Harz bzw. Harze polymerisieren, vernetzen oder eine ähnliche Veränderung erfahren, um die Matrix zu bilden. Es versteht sich, daß die Methode und die Bedingungen, die zur Bildung der Matrix ausgewählt werden, von der Art des angewendeten organischen Bindemittels abhängen, und daß diese Methode und diese Bedingungen zur Bildung einer geeigneten Matrix führen sollen, ohne daß sich die mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen oder eines der anderen vorhandenen Füllstoffe verformen oder sich die Bestandteile des Systems in anderer Weise verändern, so daß die

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Leistunqsfähiqkeit, insbesondere die Leitfähigkeit des elektrisch leitenden Elements beeinträchtigt wird.

Bei denjenigen Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen die fließfähige leitende Zusammensetzung eine leitende Paste, Farbe oder dergleichen ist, die zum Auftragen auf ein Substrat geeignet ist, beispielsweise ein keramischer Mehrschichtkondensator, liegt es im Rahmen der Erfindung, einen elektrisch leitenden Körper aus der Paste usw. direkt auf einem Substrat zu bilden, auf das die Paste aufgetragen worden ist. Beispielsweise wird eine Paste auf ein Substrat aufgetragen und in geeigneter Weise an der Luft getrocknet, erwärmt, bestrahlt, katalytisch ausgehärtet oder zusammen mit dem Substrat erhitzt, auf das sie aufgebracht ist. Es versteht sich, daß die Bedingungen zur Bildung des elektrisch leitenden Körpers direkt auf dem Substrat die gleichen sind wie diejenigen, die vorstehend für diese Eildung erörtert sind, wobei zusätzlich zu beachten ist, daß die Herstellungsmethoden oder -bedingungen das Substrat oder die mit einem leitfähigem Metall beschichteten Glimmerplättchen, anorganischen nichtmetallischen Teilchen oder Fasern sowie leitenden Metallteilchen nicht beschädigen sollen. Die erfindungsgemäße leitende Paste usw. wird typischerweise auf ein Substrat aufgebracht, das aus einem Isoliermaterial hergestellt worden ist, um darauf eine elektrische Schaltung zu bilden, oder auf einen Kondensator als "AbschluBoaste" oder sie wird in Sandwich-Anordnung um ein dielektrisches Material aufgetragen, um leitende End- oder Mittelstücke verschiedener Kondensatorbauteile zu bilden. Das Auftragen wird nach irgendeiner bekannten oder geläufigen Methode durchgeführt, beispielsweise durch Siebdrucken, Auftragen mit einem Rakel oder" Aufsprühen. Auf diese Weise können Kondensatoren qeeigneter Größe, die häufig als "Chips"

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bezeichnet werden, erhalten werden, verpackt für die spätere Verwendung, eingekapselt in einer hermetischen Glaspackung (die im allgemeinen ihrerseits erhitzt werden muß) oder in einem organischen System, eingetaucht in ein Lot, um Bauteile zu bilden, die einfach in der gewünschten Weise in Schaltungen integriert werden können, oder zum Anschluß {üblicherweise durch Eintauchen in ein Lot).

Bei anderen Ausführungsformen, beispielsweise der Herstellung einer elektromagnetischen Abschirmung, wird die fließfähige leitende Zusammensetzung durch die Formmasse bebildet und in einen separaten integrierten Körper übergeführt, und zwar, falls erwünscht durch Spritz-, Preßoder Extrusionsformen oder dergleichen ausgeformt. Die Gesichtspunkte des Ausformens sind die gleichen, wie sie vorstehend erwähnt sind, außer daß freilich kein Substrat vorhanden ist. Der vorstehend erwähnte bedeutende Vorteil des Einverleibens beschichteter Plättchen gegenüber Fasern oder beschichteten Fasern in der Paste wird bei diesen Ausführungsformen vor allem verwirklicht. Die Plättchen sind widerstandsfähiaer aeaenüber einem Zerbrechen, d. h. einem Zerbrechen in kleinere Teilchen, als die Fasern. Da das Zerbrechen das Längenverhältnis der Füllstoff-Plättchen und -Fasern verändert, wird dadurch die Leistung des elektrisch leitenden Elements verändert, weshalb ein möglichst geringfügiges Zerbrechen erwünscht ist.

Wie vorstehend ausgeführt, besteht die Erfindung weiterhin in einem elektrisch leitenden Element, das eine Matrix aus einem organischen Material mit darin eingebetteten mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen besteht. Bei dieser Ausführungsform stehen die mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen in wirksamen Kontakt, um eine oder irehrere elektrisch leitende

Bahnen durch die Matrix zu bilden. Unter einen "wirksamen Kontakt" ist dabei zu verstehen, daß einander benachbarte beschichtete Plättchen sich mit ihren Oberflächen im allaemeinen flächenförmia berühren oder nahe qenua benachbart sind, daß ein Elektronenüberaana von einem Plättchen zum nächsten stattfindet. Dies ist in Figur 2 dargestellt. Bei denjenigen Ausführungsformen, bei denen mit einem leitenden Metall beschichtete anorganische nichtmetallische Teilchen, leitende Metallteilchen/ mit einem leitenden Metall beschichtete Fasern und/oder Ruß zusätzlich als Füllstoffe einverleibt sind, besteht ein wirksamer Kontakt bei einer ausreichenden Anzahl benachbarter Füllstoffkörper , um eine oder mehrere leitende Bahnen durch die Matrix zu bilden. Es ist nicht erforderlich, daß dieser Kontakt zwischen den Füllstoffen von der gleichen Art ist, beispielsweise ein Kontakt zwischen beschichteten Plättchen vorliegt, sondern es reicht aus, wenn ein Kontakt zwischen Füllstoffen verschiedener Art besteht, beispielsweise beschichtetes Plättchen/beschichtete Faser , beschichtetes Plättchen/leitendes Metallteilchen, beschichtetes Plättchen, Rußteilchen usw.. Dies ist in Figur 4 dargestellt.

Die Größe der mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen, der mit einem leitenden Metall beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen, der mit einem leitenden Metall beschichteten Fasern und der leitenden Metallteilchen sowie der Rußteilchen ändert sich während der Herstellunq des elektrisch leitenden Körpers aus der fließfähiqen leitenden Zusammensetzung nicht wesentlich. BeiSDielsweise weisen bei einem elektrisch leitenden Element die beschichteten Glimmerplättchen eine größte Dimension von 0,1 bis 200 μ und die anorganischen nichtmetallischen Teilchen eine größte Dimension von 1 bis 200 μ auf. Die bevorzugten Größen sind vorstehend erörtert.

In ähnlicher Weise wird die Verteilung und die Dicke der Metallschicht auf den Glimmerplättchen, anorganischen nichtmetallischen Teilchen und/oder Fasern sowie die Menge des Metalls in der Schicht während dieser Herstellung nicht wesentlich geändert. Wie vorstehend ausgeführt, ist die Dicke der Metallschicht vorzugsweise im wesentlichen gleichmäßig. Jedoch steht es im Einklang mit der Erfindung, daß die Dicke dieser Schicht entlang der Oberfläche sich ändert, solange die Leitfähigkeit des elektrisch leitenden Elements nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Typische und bevorzugte Schichtdicken sind vorstehend erörtert.

Bei zahlreichen Ausführungsformen bestehen 5 bis 90 %, vorzugsweise 5 bis 5 0 % des Gesamtvolumens des elektrisch leitenden Elements aus mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen oder solchen beschichteten Plättchen in Verbindung mit beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen, Fasern und/oder Rußteilchen. Die Gesamtmenge des leitenden Metalls in dem elektrisch leitenden Element beträgt zweckmäßigerweise wenigstens 2 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-% und bis zu 90 Gew.-%. Bei einigen Ausführungsformen ist es erwünscht;, daß die Gesamtmenge des leitenden Materials mindestens 25 % oder sogar mindestens 4 0 Gew.-% des Elements ausmacht. Für zahlreiche Anwendungen ist ein elektrisch leitendes Element geeignet, das mit einem leitenden Metall beschichtete Glimmerplättchen, gegebenenfalls zusammen mit den vorstehend erwähnten mit einem Metall beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen, Fasern und/oder Rußteilchen enthält, wobei das Metall mindestens 25, beispielsweise 2 bis 16 Gew.-& ausmacht. Beispiele elektrisch leitender Elemente, die mit einem leitenden Metall beschichtete Plättchen, beschichtete anorganische nichtmetallische Teilche-n, beschichtete Fasern und/oder Rußteilchen enthalten, weisen 4, 8, 12 und 16 Gew.-% leitendes Metall auf.

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Bei den Ausführangsformen, die leitende Metallteilchen enthalten, versteht es sich, daß je geringer die Menge des leitenden Metalls, das als Plättchen-, Teilchenoder Faserbeschichtung einverleibt ist₇ umso größer die Menge des Metalls ist, das als im wesentlichen reine Teilchen/ vorzugsweise Plättchen, einverleibt ist, um die gewünschten elektrischen und andere Eigenschaften zu erhalten. Insbesondere, wenn die Menge des leitenden Metalls in den Beschichtungen relativ niedrig ist, macht die Menge des leitenden Metalls der leitenden Metallteilchen des elektrisch leitenden Elements vorzugsweise mindestens 5 Gew.-% des Elements aus. Bei einigen Ausführungsformen stellen die leitenden Metallteilchen mindestens 10 % oder sogar mindestens 25 % des Gewichts des elektrisch leitenden Elements dar. Im allgemeinen wird jedoch vorgezogen, daß soviel leitendes Material wie möglich in Form der Beschichtung der Glimmerplättchen, der anorganischen nichtmetallischen Teilchen und/oder Fasern einverleibt wird, so daß die Menge des so erhaltenen Metalls zur Leitung der Elektronen in dem Element möglichst groß ist.

Die Gesamtmenge des in dem erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Element enthaltenen leitenden Metalls wird aufgrund der Leistungsdaten ausgewählt, die von dem Bauteil verlangt werden, indem das Element verwendet wird. Die Leitfähigkeit, die Adhesion zu dem gewählten Substrat, die Lötbarkeit, der Luftaus laugunyswiderstand, der Zerstreuungsfaktor und dergleichen, die für das elektrisch leitende Element erforderlich sind, um mit anderen Materialien kompatibel zu sein, sollten daher bei der Wahl der Gesamtmenge des leitenden Metalls berücksichtigt werden. Im allgemeinen werden sämtliche vorstehend angegebenen Eigenschaften vergrößert, wenn die Gesamtmenge des leitenden Metalls in dem elektrisch leitenden Element

erhöht wird- Es versteht sich, daß selbst mit einem erhöhten Gehalt des leitenden Metalls, um die eine oder andere Eigenschaft des elektrisch leitenden Elements zu vergrößern, das erfindungsgemäße elektrisch leitende Element :.m allgemeinen vergleichbare oder überlegene Eigenschaften bei geringeren Kosten gegenüber einem Element aufweist, dessen leitende Komponente ausschließlich aus Silber oder anderen leitenden Metallteilchen besteht.

Ein weiterer Gesichtspunkt, der bei der Auswahl der Materialien bei einigen Ausführungsformen der Erfindung zu berücksichtigen ist, sind die Bildungsbedingungen, die die fließfähigen leitenden Zusammensetzungen bei der Herstellung des elektrisch leitenden Elements zu unterwerfen sind. Manchmal ist eine relativ hohe Brenntemperatur erforderlich, beispielsweise um eine Adhäsion eines elektrisch leitenden Körpers an einem Substrat, mit dem er verwendet wird, zustandezubringen. Im allgemeinen erhöht sich die Temperatur, bei der die leitende Ausgangszusammensetzung gebrannt werden kann, indem neben Glimmer höher schmelzbare Materialien verwendet werden, die hohen Temperaturen standhalten, beispielsweise Siliciumoxid, Feldspat oder Bauxit.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäßen fließfähigen leitenden Zusammensetzungen und elektrisch leitenden Elemente in einem beträchtlichen Ausmaß mit einem leitfähigen Metall beschichtete Einheiten mit Kernen aus Glimmer, anorganischem nichtmetallischem Material oder geeignetem Fasermaterial umfassen. Dies steht in direktem Gegensatz zu den bekannten leitenden Pasten, bei denen die leitende Metallkomponente vollständig in Form reiner Teilchen vorliegt. Bei derartigen

bekannten leitenden silberhaltigen Pasten, macht das Metall typischerweise 6 0 bis 85 Gew.-% aus. Durch die Verwendung der vorstehend erwähnten Kerne wird ein erheblicher Anteil des Volumens, der bisher von einem leitenden Metall eingenommen worden ist, durch ein weniger kostspieliges Material gebildet, wodurch eine beträchtliche Kosteneinsparung erfolgt. Trotz des Ersatzes einer erheblichen Menge des leitenden Materials, das in den bekannten Pastenzusammensetzungen eingesetzt worden ist, durch ein anderes Material ist die Leitfähigkeit des elektrisch leitenden Elements, das aus einer erfindungsgemäßen fließfähigen leitenden Zusammenseztung hergestellt worden ist, nichts desto weniger mindestens so groß wie diejenige eines elektrisch leitenden Elements, das 90 Gew.-% Silber enthält und aus einer bekannten Paste hergestellt worden ist. Weiterhin weist das elektrisch leitende Element vorteilhafte elektrische und andere Eigenschaften auf, beispielsweise im Bezug auf die Leitfähigkeit, Adhäsion an ein Substrat und Lebensdauer. Darüberhinaus werden durch die Erfindung Erleichterungen und Kostenvorteile erzielt, da die für die fließfähige leitende Zusammensetzung und das elektrisch leitende Element verwendbaren Materialien leicht erhältlich sind, und zwar häufig zu relativ geringen Kosten. Durch die Erfindung wird also ein elektrisch leitendes Element bereitgestellt, das günstige Leistungseigenschaften aufweist und aus verfügbaren Materialien mit relativ geringen Kosten leicht herzustellen ist.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Bin elektrisch leitendes Element, das 23,59 Gew.-% Silber und 14,67 Vol.'-* mit Silber beschichtete Glimmerplättchen enthält, wurde erfindungsgemäß folgendermaßen hergestellt. 27,21 g, Acrylharz/ nämlich Rohm & Haas B-66 Acryloidharz (5 0 Gew.-% Feststoff) und 10,11 g/ silberbeschichtete Glimmerplättchen (die Glimmerplättchen wiesen eine Größe von -325 US mesh plus pan auf und waren aus mit Wasser gemahlenen natürlichen Glimmer gebildet), bei denen das Silber 57,2 Gew.-% des beschichteten Plättchens ausmachte, wurden mit einer Sartorius-Digital-Waage (Modell Nr. 1202MP) bis auf 0,01 g, genau ausgewogen. Das Acrylharz und die silberbeschichteten Glimmerplättchen wurden manuell vermischt. Es wurde Toluol in einer Menge zugegeben, um die Viskosität auf etwa 650 cPa-s einzustellen.Das Gemisch wurde auf eine Glasplatte gegossen, die mir einem Silikonablösemittel, nämlich "Silicone Spray Mold Release" von Mark V Laboratory, Inc., beschichtet worden war. Das Gemisch wurde mit einem Gardener Messer mit einer Breite von etwa 7,62 cm (3-inch) der Paul N. Gardener Company mit einer Spalthöhe von 0,5 mm (0,02 inch) bis 1,16 mm (0,040 inch) durch Aufstreichen aufgetragen. Das Gemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur getrocknet und dann in einem Ofen mindesten 84 Stunden bei 75 ⁰C an der Luft ausaehärtet, um das qesamte Lösungsmittel zu entfernen. Das aetrocknete Gemisch wurde dann von der Glasplatte entfernt und in 11,6 cm (4 inch) lange und 2,54 cm (1 inch) breite Probestreifen zerschnitten. Der Widerstand eines Probestreifens wurde mit einem Hewlett-Packard-Modell Nr. 4328A-Milliohmmeter oder einem Keithley Instruments Modell Nr. 610C-Elektrometer untersucht. Die genaue Dicke, Länge und Breite der Probe wurde mit einem Mikrometer gemessen und der spezifische Volumenwiderstand daraus errechnet. Der durchschnittliche spezifische Volumenwiderstand betrug 0,015 ohm-cm.

Die Einzelheiten des vorstehend beschriebenen Versuchs sind in der nachstehenden Tabelle rechts neben dem Hinweis "Beispiel 5A" angegeben. Es wurden weitere Versuche durchgeführt, bei denen ein oder mehrere Gewichts-% Silber der silberbeschichteten Glimmerplättchen, Gewichts-% Silber des leitenden Elements und Volumen-% des leitenden Füllstoffs des leitenden Elements variiert wurden. Die Einzelheiten dieser Versuche sind in der Tabelle neben den Angaben 5B, 5C, 6A bis 6D und 7A bis 7D angegeben. Die elektrisch leitenden Elemente, die bei diesen Versuchen bewertet wurden, wurden in der gleichen Weise wie vorstehend angegeben hergestellt, mit Ausnahme einer geeigneten Anpassung der Menge des Silbers der silberbeschichteten Glimmerplättchen und der einzelnen Mengen der silberbeschichteten Glimmerplättchen und des B-Akryloidharzes. Die erhaltenen spezifischen Volumenwiderstände (die in jedem Fall dem Durchschnittswert der spezifischen Volumenwiderstände von 4 oder 5 verschiedenen Streifen darstellt) sind in der Spalte ganz rechts in der Tabelle angegeben.

Weiterhin wurden verschiedene Versuchsproben in der vorstehend angegebenen Weise erhalten, außer daß die silberbeschichteten Glimmerplättchen durch Silberplättchen (die von Metz Metallurgical Laboratories erhalten wurden und im allgemeinen als geeignet für Dickschichtpasten-Anwendungen gelten) ersetzt wurden und die Mengen der Silberplättchen und des Acrylharzes entsprechend eingestellt wurden, um die in der Tabelle angegebenen Einzelheiten zu den Versuchen 8A, 8B und 8C zu erhalten.

Beispiel	Ag-beschichtetes Glinmerplättchen (g)	,11	Ag-Plätt- chen (g)	Harz (g)	,21	Gew.-% Ag je Plätt chen	Gew.-% Ag des leiten den Elements	Vol.-% des leitenden Füllstoffs	ohm-cm spezifischer Volumen-Widerstand
5A	10	,16	0	27,	,80	57,2	23,59	14,67	0,015
5B	15	,52	0	23	,41	57,2	31,24	22,76	0,0026
5C	20	,11	0	20	,22	57,2	37,29	31,44	0,0024
6Λ	11	,66	0	27	,82	30,8	13,41	20,00	0,199
6B	1b	,22	0	23	,39	30,8	17,53	30,00	0,083
6C	22	,74	0	20	,02	30,8	20,72	40,00	0,095
6D	27	,89	0	17	,21	30,8	23,26	50,00	0,078
7A	16	,32	0	27	,81	67,4	36,38	19,99	0,085
7B	25	,76	0	23	,41	67,4	45	29,98	0,020
7C	33	,21	0	20	,01	67,4	51,06	39,97	0,017
7D	42		0	17	,25	67,4	55,55	49,98	0,0091
8A	0		42,00	22	,44	reine Ag- Flocken	76,63	27,27	0,190
8B	0		84,00	25	,02	IMl	85,15	39,60	0,0015
8C	0	63,00	18	Il	85,86	40,97	0,0012

ro cn cn ro

-Sir-

Figuren 5 und 6 geben die Ergebnisse der vorstehend beschriebenen Versuche grafisch wieder. Figur 5 stellt ein Diagramm des spezifischen VolumenwiderStandes der elektrisch leitenden Elemente in Abhängigkeit des leitenden Füllstoffs in Vol.-% in diesen Elementen dar. Figur 6 stellt ein Diagramm des spezifischen Volumenwiderstandes jedes elektrisch leitenden Elements in Abhängigkeit des Silberanteils in Gewichts-% in dem Element dar. Es ist ersichtlich, daß mit der Erfindung ein großer Bereich spezifischer Volumenwiderstände erhalten werden kann, indem die Silbermenge der silberbeschichteten Plättchen, das Gewicht des Silbers in dem elektrisch leitenden Element und/oder das Volumen des leitenden Füllstoffs in dem elektrisch leitenden Element variiert wird. Im Gegensatz dazu fällt der spezifische Volumenwiderstand in einem schmalen Bereich des Silbergewichtanteils und des Volumenanteils des elektrisch leitenden Elements steil ab, wenn Silberplättchen als leitender Füllstoff verwendet werden. Dies veranschaulicht die relative Einfachheit, mit der erfindungsgemäße elektrisch leitende Elemente hergestellt werden können, die einen bestimmten spezifischen Volumenwiderstand aufweisen, d. h. der spezifische Volumenwiderstand derartiger elektrisch leitender Elemente ist nicht mit dem Nachteil behaftet, gegenüber geringen Änderungen des Gewichtsanteils des Silbers oder des Volumenanteils des leitenden Füllstoffs in dem elektrisch leitenden Element empfindlich zu sein. Weiterhin ist ersichtlich, daß verhältnismäßig geringe spezifische Volumenwiderstände durch die Erfindung erhalten werden können, gegenüber denjenigen, die bie elektrisch leitenden Elementen, die lediglich reine Silberplättchen enthalten, auftreten, wobei in zahlreichen Fällen weniger als die Hälfte der Menge des Silbers in dem elektrisch leitenden Element zum Einsatz kommt. Dies stellt einen Hauptfaktor für die Kosten-

einsparung bei Verwirklichung der Erfindung dar.

Die verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke werden zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung verwendet und es ist nicht beabsichtigt, durch die Verwendung dieser Bezeichnungen und Ausdrücke Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Maßnahmen sowie von Teilen davon auszunehmen, wobei ersichtlich ist, daß zahlreiche Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich sind.

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Claims

Elektrisch leitendes Element, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben

Elektrisch leitendes Element, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Glimmerplättchen besteht, die mit einem leitenden Metall beschichtet und in eine Matrix aus einem organischen Material eingebettet sind, wobei die leitenden metallbeschichteten Glimmerplättchen in einem wirksamen Kontakt mit der Matrix stehen.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ein Acryloidharz umfaßt.

3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Substrat verbunden ist, um eine elektrisch leitende Verbindung oder einen Film auf den Substrat

zu bilden.

4. Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus den mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen besteht, wobei die beschichteten Glimmerplättchen in ihrer größten Dimension eine Größe von 0,1 bis 200 μ aufweisen, sowie

aus einem organischen Bindemittel, das sich zu einer Matrix mit den darin eingebetteten mit einem leitenden metallbeschichteten Glimmerplättchen umformen läßt, wobei die leitenden Metallteilchen in einer Menge vor ^ liegen, die 10 bis 50 Vo.-% des elektrisch leitenden Elements ausmacht, und die Menge des leitenden Metalls wenigstens 2 Gew.-% des Elements beträgt.

5. Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus den mit einem leitenden Metall beschichtetenGlimmerplättchen nit einer Größe von 0,1 bis 200 μ in ihrer größten Dimension besteht, sowie aus Rußteilchen und aus einem organischen Bindemittel, das sich zu einer Matrix umformen läßt, in der die mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen eingebettet sind.

6. Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Metall Silber ist.

7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberbeschichtung der mit Silber beschichteten Glimmerplättchen 4 bis 70 Gew.-% ausmacht.

8. Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die mit einem Leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen sowie Leitende Metallteilchen enthält, welche Metallteilctu-n aus einem oder mehreren Metallen aus einer Gruppe gebildet sind, die aus Gold, Platin, Palladium, Kupfer und deren Legierungen besteht, wobei sowohl die Glimnerplättchen wie die Metallteilchen in eine Matrix aus organischem Material eingebettet sind und in wirksamem Kontakt mit der Matrix stehen.

9. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Metallteilchen aus einer Beschichtung aus einem leitenden Metall bestehen, die auf einem Kern aus einem anderen Metall aufgebracht ist.

10. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem mit einem leitenden Metall beschichtete anorganische nichtmetallische Teilchen enthält.

11. Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Glimmerteilchen und die beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen in wirksamem Kontakt mit der Matrix stehen.

12. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsrnetall Silber, Gold oder Kupfer ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine fließfähige leitende Zusammensetzung aus Glimmerplättchen, die mit einem leitenden Metall beschichtet sind und einem organischen Bindemittel, das sich zu einer Matrix mit den darin eingebetteten mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen umformen läßt, gebildet wird und die fließfähige leitende Zusammensetzung Bedingungen ausgesetzt wird, unter denen das organische Bindemittel zu der Matrix umgeformt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Zusammensetzung aus mit Silber beschichteten Glimmerplättchen mit einer Größe von 0,1 bis 200 μ in ihrer größten Dimension und dem organischen Bindemittel gebildet wird, das sich zu einer Matrix umformen läßt, in der die mit Silber beschichteten Plättchen ein-

gebettet sind, und daß die gebildete Paste Bedingungen ausgesetzt wird, unter denen das organische Bindemittel zu der Matrix umgeformt wird, wobei die gesamte Silbermenge, die der fließfähigen leitenden Zusa^Trmensetzung einverleibt worden ist, ausreicht, um wenigstens zwei Gewichtsprozent des elektrisch leitenden Elements zu betragen.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Zusammensetzung als organisches Bindemittel ein Acryloidharz aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ein oder mehrere Lösungsmittel enthält.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Zusammensetzung durch eine Preßmasse gebildet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Zusammensetzung durch eine leitende Paste gebildet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Masse durch eine leitende Farbe gebildet wird.

0. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Masse im wesentlichen aus mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen mit einer Größe von 0,1 bis 200 μ in ihrer größten Dimension besteht, sowie aus einem organischen Bindemittel, das sich in eine Matrix umformen läßt, in der die mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen eingebettet sind, wobei die mit dem

leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen in der fließfähigen leitenden Zusammensetzung in einer Menge vorliegen, die dazu führt, daß sie 10 bis 50 Vol-% des elektrisch leitenden Elements ausmachen und daß die Menge des leitenden Metalls in der leitenden Metallbeschichtung ausreicht, um wenigstens 2 Gew.-% des Elements zu betragen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Zusammensetzung im wesentlichen aus mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen mit einer Größe von 0,1 bis 2 00 μ in ihrer größten Dimension besteht sowie aus Rußteilchen und einem organischen Bindemittel, welches sich zu einer Matrix umformen läßt, in der die mit einer leitenden Metallschicht beschichteten Glimmerplättchen eingebettet sind.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Zusammensetzung mit einem leitenden Metall bechichtete Glimmerplättchen und leitende Metallteilchen enthält, welche Metallteilcher aus einem oder mehreren Metallen gebildet sind, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus GoId₇ Platin, Palladium, Kupfer oder dersn Legierungen besteht, sowie ein organisches Bindemittel,das sich zu einer Matrix umformen läßt, in der die beschichteten Glimmerplättchen und die leitenden Metallteilchen eingebettet sind.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dardurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Zusammensetzung außerdem mit einem, le it fähigen Metall beschichtete anorganische nichtmetallische Teilchen enthält.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Metallteilchen aus einer. Schicht aus einem leitenden Metall bestehen, das auf einen Kern aus einem anderen Metall aufgebracht ist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Masse mit Silber beschichtete Glimmerplättchen enthält, wobei die Silberbeschichtung 4 bis 70 Gew.-% der silberbeschichteten Plättchen ausmacht.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige leitende Masse im wesentlichen aus mit einem leitenden Metall beschichteten Glimmerplättchen besteht, sowie aus mit einem leitenden Metall beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen und aus einem organischen Bindemittel, welches sich zu einer Matrix umformen läßt, in der die beschichteten Glimmerplättchen und die beschichteten anorganischen nichtmetallischen Teilchen eingebettet sind.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Glimmerplättchem mit einem leitenden Metall beschichtet ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Metall wenigstens 4 Gew.-% der beschichteten Plättchen ausmacht.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Metall mindestens 25 Gew.-% der beschichteten Plättchen ausmacht.

30. Verwendung eines elektrisch leitenden Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zur Herstellung einer elektromagnetischen Abschirmung.

31. Verwendung des elektrisch leitenden Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung eines Artikels, der eine elektrische Ladung abgibt.