DE102005003269A1 - Ceramic heater, for use in a gas sensor or a diesel motor glow plug, has a hard solder bond between the laminated connection and the connection surface on the ceramic substrate - Google Patents

Abstract

The ceramic heater, e.g. for use in a gas sensor or as a glow plug, has a ceramic substrate (101) with an integrated heat-generating resistance. At the electrode section (120), a connection surface (121) at the ceramic substrate gives the electricity supply for the resistance, of a material with a tungsten and molybdenum content of >=80 wt.%. A connection (130) has a laminated structure of two components i.e. one component (131) with a nickel content of >=90 wt.% and the second component (132) mainly of iron and at least some chrome and =30 wt.% nickel. The connection surface and connection are bonded together by a hard solder (124) with a copper content of >=50 wt.% together with gold, nickel or palladium.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein keramisches Heizgerät und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The The present invention relates to a ceramic heater and a Process for its preparation.

Herkömmliche Gassensoren wie Sauerstoffsensoren, NO_x-Sensoren und HC-Sensoren zum Detektieren bestimmter Gaskomponenten in Automobilabgasen und Ähnlichem sind bekannt. Ein Sauerstoffsensor ist ein typischer Gassensor und schließt ein Sensorelement ein, das einen Feststoffelektrolyt verwendet, wie z.B. Zirkoniumdioxid. Der Sauerstoffsensor detektiert die Konzentration an Sauerstoff, die im Abgas enthalten ist, und wird dazu verwendet, das Luft/Brennstoff-Verhältnis in einer Luft/Brennstoff-Mischung zu regeln. Da ein solches Sensorelement nicht bei tiefen Temperaturen betriebsbereit ist, wird ein keramischer Heizkörper zum Erhitzen des Sensorelements in der unmittelbaren Nähe des Sensorelements bereitgestellt.Conventional gas sensors such as oxygen sensors, _NOx sensors and HC sensors for detecting certain gas components in automobile exhaust gas and the like are known. An oxygen sensor is a typical gas sensor and includes a sensor element that uses a solid electrolyte, such as zirconia. The oxygen sensor detects the concentration of oxygen contained in the exhaust and is used to control the air / fuel ratio in an air / fuel mixture. Since such a sensor element is not ready for operation at low temperatures, a ceramic heater is provided for heating the sensor element in the immediate vicinity of the sensor element.

Ein häufig verwendetes keramisches Heizgerät ist so ausgelegt, dass ein Hitze generierender Widerstandskörper, der aus einem hochschmelzendem Metall wie Wolfram oder Molybdän hergestellt ist, in ein isolierendes keramisches Substrat aus Aluminiumoxid oder Ähnlichem eingebettet ist. Beispielsweise wird ein keramisches Heizgerät, das die Form eines runden Stabs annimmt und in ein rohrförmiges Sensorelement eingelassen wird, wie folgt hergestellt: Eine ungesinterte keramische Platte, auf welcher ein Hitze generierender Widerstandskörper gebildet ist, wird auf ein keramisches Rohr (Kern) aufgewickelt und wird dann gebrannt. Eine Durchbrechung wird in der ungesinterten Platte gebildet. Ein Leitungsteil des Hitze generierenden Widerstandskörpers wird über die Durchbrechung mit einer Elektrodenanschlussfläche (Metallschicht), die auf einer Seite der ungesinterten Platte gegenüber dem Hitze generierenden Widerstandskörper gebildet ist, verbunden. Die ungesinterte Platte wird auf das keramische Rohr aufgewickelt, so dass die Elektrodenanschlussfläche auf der äußeren Umfangsoberfläche des keramischen Heizgerätes freiliegt. Ein Verbindungsteil, das aus Nickel gefertigt ist und zum Anlegen einer Spannung an den Hitze generierenden Widerstandskörper angepaßt ist, wird an die Elektrodenanschlussfläche des so gebildeten keramischen Heizkörpers hartgelötet.One often used ceramic heater is designed so that a heat generating resistor body, the made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum, in an insulating ceramic substrate of alumina or the like is embedded. For example, a ceramic heater that is the shape assumes a round rod and embedded in a tubular sensor element is prepared as follows: a green ceramic plate, on which a heat-generating resistor body is formed, opens up a ceramic tube (core) is wound up and then fired. An aperture is formed in the unsintered plate. A line part of the heat-generating resistor body is over the opening with a Electrode pad (Metal layer), which on one side of the unsintered plate opposite the Heat generating resistor body is formed, connected. The unsintered plate is placed on the ceramic Tube wound up, leaving the electrode pad on the outer peripheral surface of the ceramic heater exposed. A connecting part, which is made of nickel and adapted to apply a voltage to the heat generating resistor body, is brazed to the electrode pad of the ceramic heater thus formed.

Bei der Verlötung der Elektrodenanschlussfläche und des Verbindungsteiles wird häufig ein Hartlotmaterial verwendet, das Silber als eine Hauptkomponente enthält. In den Fällen, in denen solch ein Hartlotmaterial, das Silber als eine Hauptkomponente enthält, verwendet wird, wandern allerdings Silberionen von einer positiven Elektrode zu einer negativen Elektrode während Spannung an den Hitze generierenden Widerstandskörper angelegt wird, wenn Feuchtigkeit oder kondensiertes Wasser an den Hartlötbereich anhaftet, wodurch ein Kurzschluß in dem Hitze generierenden Widerstandskörper verursacht werden kann oder eine Ablösung des Verbindungsteils bewirkt werden kann. Um mit diesem Problem zurecht zu kommen wurde in den letzten Jahren eine Technik zur Unterdrückung des Auftretens der Wanderung durch Verwendung eines Hartlotmaterials auf der Basis von Kupfer anstelle eines Hartlotmaterials auf Basis von Silber vorgeschlagen (siehe z.B. Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 11-292649.at the soldering the electrode pad and the connecting part becomes frequent used a brazing material, the silver as a main component contains. In cases, in which such brazing material, the silver as a main component contains however, silver ions migrate from a positive one Electrode to a negative electrode while tension on the heat generating resistor body is applied when moisture or condensed water to the brazing adheres, creating a short circuit in the heat-generating resistor body can be caused or a replacement of the connecting part can be effected. To cope with this problem In recent years, it has become a technique for suppressing the Occurrence of the migration by using a brazing material based on copper instead of brazing material based on of silver (see, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication) Patent Application (Kokai) No. 11-292649.

Allerdings wurde durch die Verwendung eines Hartlotmaterials, das Kupfer als eine Hauptkomponente enthält, das folgende Problem aufgeworfen: Da dieses Hartlotmaterial einen höheren Schmelzpunkt hat als ein Hartlotmaterial, das Silber als eine Hauptkomponente enthält, nimmt die Festigkeit eines Nickel-Verbindungsteils als Folge des Erhitzens ab. Die Verwendung eines SUS-Materials mit einer größeren Härte zur Bildung eines Verbindungsteils, um mit diesem Problem fertig zu werden, hat das Problem der schwierigen Verarbeitung des Verbindungsteils aufgeworfen, z.B. Schwierigkeiten beim Crimpen des Verbindungsteils an einen Verbindungsdraht, der an einen externen Stromkreis angeschlossen werden soll, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Verbindungsteil und dem Verbindungsdraht herzustellen. Dies liegt daran, daß das SUS-Material eine hohe Härte aufweist. Die Verringerung der Dicke des Verbindungsteils, das, um die Verarbeitung zu erleichtern, aus einem SUS-Material gebildet wurde, hat das Problem einer Zunahme des elektrischen Widerstandes des Verbindungsteiles aufgeworfen.Indeed was made by using a brazing material, the copper as contains a main component, raised the following problem: Since this brazing material a higher Melting point has as a brazing material, the silver as a main component contains takes the strength of a nickel joining part as a result of heating from. The use of a SUS material with a higher hardness for Forming a connector to cope with this problem be problematic has the difficult processing of the connector thrown up, e.g. Difficulty crimping the connection part to a connecting wire, which is connected to an external circuit is intended to be an electrical connection between the connecting part and the connection wire. This is because the SUS material is high Has hardness. The reduction of the thickness of the connecting part, to the processing To facilitate, made of a SUS material has the problem an increase in the electrical resistance of the connecting part raised.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu verringern oder zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines keramischen Heizkörpers, in dem eine Elektrodenanschlussfläche und ein Verbindungsteil mittels eines auf Kupfer basierenden Hartlotmaterials hartgelötet sind, ohne eine Zunahme des elektrischen Widerstands des Verbindungsteils zu bewirken, und wobei die Zuverlässigkeit der Festigkeit des Verbindungsteils beibehalten wird, sowie auch die Bereitstellung eines Verfahrens zu dessen Herstellung.The The present invention has been made to reduce the above problems or to solve, and An object of the invention is to provide a ceramic radiator, in which an electrode pad and a connecting part brazed by means of a copper-based brazing material, without an increase in the electrical resistance of the connecting part to effect, and the reliability of the strength of the Connector, as well as the deployment a method for its production.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Heizgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 8 sowie durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Heizgeräts in einem Sensorelement oder zur Verwendung in einer Glühkerze zum Starten eines Dieselmotors gemäß den Ansprüchen 9 und 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen, sowie weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den dazugehörigen Figuren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein keramisches Heizgerät zur Erhöhung der Temperatur eines Sensorelements oder Ähnlichem.This object is achieved by the heater according to the invention according to independent claim 1 and the inventive method according to independent claim 8 and by the use of the heater according to the invention in a sensor element or for use in a glow plug for starting a diesel engine according to the claims 9 and 10 solved. Preferred embodiments, as well as other advantages, features, aspects and details of the present invention will become apparent from the dependent claims, the description and the accompanying figures. In particular, the present invention relates to a ceramic heater for increasing the temperature of a sensor element or the like.

Ein erfindungsgemäßes Heizgerät umfasst ein keramisches Substrat mit einem darin integrierten, bzw. eingebetteten, Hitze generierenden Widerstandskörper; eine Elektrodenanschlussfläche zur Versorgung des Hitze generierenden Widerstandskörpers mit Elektrizität, wobei die Elektrodenanschlussfläche am keramischen Substrat freiliegt und zumindest ein Element ausgesucht aus Wolfram und Molybdän in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr enthält; und ein Verbindungsteil, das die Struktur einer Lamination aus einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil annimmt und mit der Elektrodenanschlussfläche verbunden ist, wobei das erste Bauteil Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr enthält, und das zweite Bauteil Eisen als einen Hauptbestandteil enthält sowie zumindest Chrom und 30 Gew.-% oder weniger Nickel. In dem keramischen Heizgerät sind die Elektrodenanschlussfläche und das Verbindungsteil unter Verwendung eines Hartlotmaterials miteinander verbunden, das einen Kupfergehalt von 50 Gew.-% oder mehr aufweist.One A heating device according to the invention comprises ceramic substrate having an integrated or embedded therein Heat-generating resistor body; an electrode pad to supply the heat-generating resistor body with Electricity, wherein the electrode pad exposed on the ceramic substrate and selected at least one element made of tungsten and molybdenum in an amount of 80% by weight or more; and a connecting part, the structure of a lamination of a first component and a second Assumes component and connected to the electrode pad wherein the first component comprises nickel in an amount of 90% by weight or contains more, and the second component contains iron as a main component as well at least chromium and 30 wt% or less nickel. In the ceramic heater, the Electrode pad and the connector using a brazing material connected to each other, which has a copper content of 50 wt .-% or has more.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen keramischen Heizgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Nickelgehalt des zweiten Bauteils 1 Gew.-% oder weniger beträgt.A preferred embodiment of the ceramic according to the invention heater is characterized in that the nickel content of the second component 1 wt .-% or less.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil derart mittels eines Hartlotmaterials mit der Elektrodenanschlussfläche verbunden ist, dass sich das zweite Bauteil auf einer der Elektrodenanschlussfläche zugewandten Seite befindet.A Another preferred embodiment of the heater according to the invention is characterized characterized in that the connecting part in such a way by means of a Hartlotmaterials with the electrode pad is connected, that the second component facing on one of the electrode pad Page is located.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren dient der Herstellung eines keramischen Heizgerätes, umfassend ein keramisches Substrat mit einem darin integrierten, bzw. eingebetteten, Hitze generierenden Widerstandskörper, eine am keramischen Substrat freiliegende Elektrodenanschlussfläche, die so gestaltet ist, dass sie den Hitze generierenden Widerstandskörper mit Elektrizität versorgt, und ein Verbindungsteil, das mit der Elektrodenanschlussfläche mittels eines Hartlotmaterials verbunden ist. Das Verfahren umfasst einen Plattierungsschritt zur Ausbildung einer Nickel-Plattierungsschicht, die zumindest ein Element ausgewählt aus Wolfram und Molybdän in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr enthält, auf der Elektrodenanschlussfläche. Das Verfahren umfasst des Weiteren einen Verbindungsschritt aus Ablegen des Hartlotmaterials, das einen Kupfergehalt von mehr als 50 Gew.-% aufweist, auf die Elektrodenverbindungsfläche mit der darauf gebildeten Nickel-Plattierungsschicht, Ablegen des Verbindungsteils, das die Struktur einer Lamination aus einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil annimmt und mit der Elektrodenanschlussfläche verbunden werden soll, auf dem Hartlotmaterial, wobei das erste Bauteil Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr enthält und das zweite Bauteil Eisen als eine Hauptkomponente enthält sowie Chrom und 30 Gew.-% oder weniger Nickel, und Erhitzen des resultierenden geschichteten Körpers auf eine Temperatur von 900°C oder höher, um so das Hartlotmaterial zu schmelzen und damit die Elektrodenanschlussfläche und das Verbindungsstück miteinander zu verbinden.The Production method according to the invention is used to produce a ceramic heater, comprising a ceramic Substrate with a built-in, or embedded, heat generating resistor body, an electrode pad exposed on the ceramic substrate, the is designed so that they use the heat-generating resistor body electricity supplied, and a connecting part with the electrode pad by means of a braze material is connected. The method comprises a Plating step for forming a nickel plating layer comprising at least one Item selected made of tungsten and molybdenum in an amount of 80% by weight or more on the electrode pad. The The method further includes a linking step of dropping the brazing material having a copper content of more than 50 wt .-%, on the Electrode connecting surface with the nickel plating layer formed thereon, depositing the Connecting parts, the structure of a lamination from a first Component and a second component and connected to the electrode pad is to be on the brazing material, the first component being nickel in an amount of 90% by weight or more, and the second component contains iron as a main component and chromium and 30% by weight or less of nickel, and heating the resulting stratified body to a temperature of 900 ° C or higher, um so the braze material will melt and thus the electrode pad and the connector to connect with each other.

In dem erfindungsgemäßen keramischen Heizgerät wird ein Hartlotmaterial mit einem Kupfergehalt von mehr als 50 Gew.-% verwendet, um die Elektrodenverbindungsfläche und das Verbindungsteil miteinander zu verlöten, wodurch die Migration des Hartlotmaterials unterdrückt werden kann. Da Kupfer plastisch einfach verformt werden kann, kann die Restspannung, die durch den Unterschied der thermischen Ausdehnung zwischen dem keramischen Substrat und dem Verbindungsteil verursacht wird, vermindert werden. Auch wird eine Abnahme der Verbindungsfestigkeit zwischen der Elektrodenanschlussfläche und dem Verbindungsteil unterdrückt, sogar wenn das keramische Heizgerät wiederholten thermischen Zyklen ausgesetzt wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert werden kann. Wenn der Kupfergehalt des Hartlotmaterials 50 Gew.-% oder weniger beträgt, nimmt der Einfluss einer anderen Komponente als Kupfer zu, was potentiell dazu führt, dass ein ausreichender Effekt der Unterdrückung der Migration nicht erreicht wird. Vorzugsweise enthält das Hartlotmaterial mit einem Kupfergehalt von mehr als 50 Gew.-% im Wesentlichen kein Silber. Der Ausdruck „enthaltend im Wesentlichen kein Silber" bedeutet, dass ein Silbergehalt vorliegt, durch den ein Auftreten der Migration im Zuge der Verwendung des keramischen Heizgerätes nicht auftritt; z.B. einen Silbergehalt von 1 Gew.-% oder weniger.In the ceramic heater according to the invention is a Used brazing material with a copper content of more than 50 wt .-%, around the electrode interface and solder the connector together, thereby facilitating migration of the connector Brazing material suppressed can be. Since copper can be plastically easily deformed, the Residual stress caused by the difference of thermal expansion is caused between the ceramic substrate and the connecting part, be reduced. Also, a decrease in joint strength between the electrode pad and the connector suppressed even if the ceramic heater repeated thermal Cycles is exposed, whereby the reliability of the connection can be improved can. If the copper content of the brazing material is 50% by weight or less, the influence of a component other than copper increases, potentially causes that a sufficient effect of suppression of migration is not achieved. Preferably contains the brazing material with a copper content of more than 50% by weight essentially no silver. The term "containing essentially no silver "means that a silver content is present, by which an occurrence of the migration in the Course of use of the ceramic heater does not occur; e.g. one Silver content of 1 wt% or less.

In dem erfindungsgemäßen keramischen Heizgerät ist das Verbindungsteil, das eine Struktur einer Lamination aus dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil annimmt, mit der Elektrodenanschlussfläche mittels eines Hartlotmaterials verbunden, das einen Kupfergehalt von mehr als 50 Gew.-% aufweist, wobei das erste Bauteil Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% der mehr enthält, und das zweite Bauteil Eisen als eine Hauptkomponente enthält sowie zumindest Chrom und 30 Gew.-% oder weniger Nickel. In dem Fall, das ein Hartlotmaterial mit einem Kupfergehalt von mehr als 50 Gew.-% verwendet wird, steigt die Hartlöttemperatur. Als Ergebnis kann die Festigkeit des ersten Bauteils, das Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr enthält, aufgrund des Erhitzens reduziert zu werden. Allerdings wird eine Verminderung der Gesamtfestigkeit des Verbindungsteils vermieden, da das zweite Bauteil, welches aufgrund seiner Zusammensetzung weniger dazu neigt, an Festigkeit zu verlieren als das erste Bauteil, auf das erste Bauteil laminiert wird, wobei es als eine Verstärkung dient. Somit kann die Zuverlässigkeit der Festigkeit des Verbindungsteils erhalten bleiben. Derweil kann die Dicke des zweiten Bauteils nicht erhöht werden, da das zweite Bauteil eine hohe Härte aufweist, was Schwierigkeiten bei der Verarbeitung mit sich bringt. Da aber das erste Bauteil, das aufgrund seiner Zusammensetzung weicher ist als das zweite Bauteil, an das zweite Bauteil laminiert ist, kann die Gesamtdicke des Verbindungsteils erhöht werden, ohne dessen Bearbeitbarkeit zu verschlechtern, wodurch eine Zunahme des elektrischen Widerstandes verhindert werden kann.In the ceramic heater of the present invention, the connection part assuming a structure of lamination of the first member and the second member is bonded to the electrode pad by means of a brazing material having a copper content of more than 50% by weight, the first member being nickel in an amount of 90% by weight more, and the second component contains iron as a main component, and at least chromium and 30% by weight or less of nickel. In the case using a brazing material having a copper content of more than 50% by weight As the brazing temperature increases. As a result, the strength of the first member containing nickel in an amount of 90% by weight or more can be reduced due to heating. However, a reduction in the overall strength of the connecting part is avoided since the second component, which due to its composition is less prone to lose strength than the first component, is laminated to the first component, serving as a reinforcement. Thus, the reliability of the strength of the connection part can be maintained. Meanwhile, the thickness of the second member can not be increased because the second member has a high hardness, which involves difficulty in processing. However, since the first member, which is softer in composition than the second member, is laminated to the second member, the total thickness of the connecting member can be increased without deteriorating its workability, whereby an increase in electrical resistance can be prevented.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen, durch die Erfindung erzielten Effekt, kann ein keramisches Heizgerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, in der der Nickelgehalt des zweiten Bauteils 1 Gew.-% oder weniger beträgt den folgenden vorteilhaften Effekt aufweisen: Da der Nickelgehalt des zweiten Bauteils 1 Gew.-% oder weniger beträgt, kann, trotz einer Zunahme der Hartlöttemperatur als Folge der Verwendung des Hartlotmaterials auf Kupferbasis, das Glühen des zweiten Bauteils selbst zuverlässig unterdrückt werden, wodurch eine Verringerung der Gesamtfestigkeit des Verbindungsteils weiter vermieden werden kann.In addition to the above-described, achieved by the invention effect can a ceramic heater according to a preferred embodiment, in the nickel content of the second component 1 wt .-% or less is have the following advantageous effect: Since the nickel content of second component is 1 wt .-% or less, despite an increase the brazing temperature as a result of using the copper based brazing material, the glow the second component itself are reliably suppressed, thereby further reducing the overall strength of the connection part can be avoided.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungsteil derart mittels eines Hartlotmaterials mit der Elektrodenanschlussfläche verbunden, dass sich das zweite Bauteil auf einer der Elektrodenanschlussfläche zugewandten Seite befindet. Dadurch kann zusätzlich zu den oben beschriebenen durch die erfindungsgemäßen Ausführungsformen bewirkten Effekten der folgende Effekt bewirkt werden: Eisen, das in dem zweiten Bauteil enthalten ist, kann in das Hartlotmaterial eingeschmolzen (eindiffundiert) werden, um dadurch die Benetzbarkeit des Hartlotmaterials in Bezug auf die Elektrodenanschlussfläche zu erhöhen, so dass die Stabilität der Verbindung verbessert werden kann. Des Weiteren kann Chrom, das in dem zweiten Bauteil enthalten ist, in das Hartlotmaterial eingeschmolzen werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Hartlotmaterials verbessert werden kann.In a further preferred embodiment is the connecting part so by means of a brazing material with the electrode pad connected so that the second component facing on one of the electrode pad Page is located. This can additionally to those described above by the embodiments of the invention effects caused the following effect: iron, the contained in the second component may be incorporated into the brazing material melted (diffused), thereby the wettability of the brazing material with respect to the electrode pad, so that stability the connection can be improved. Furthermore, chromium, which is contained in the second component, in the brazing material be melted, reducing the corrosion resistance of the brazing material can be improved.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizgerätes wird eine Mittel-Plattierungsschicht auf einer Elektrodenanschlussfläche gebildet, die zumindest ein Element ausgesucht aus Wolfram und Molybdän in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr enthält, um somit die Benetzbarkeit zwischen einem Elektrodenanschlussflächenbereich und einem Hartlotmaterial, dessen Kupfergehalt höher als 50 Gew.-% ist, zu verbessern, so dass ein Verbindungsteil fest an den Elektrodenverbindungsflächenbereich hartgelötet werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird das Hartlöten bei einer Temperatur von 900°C oder höher durchgeführt, um ein einheitliches Hartlöten unter Verwendung eines Hartlotmaterials, dessen Kupfergehalt höher als 50 Gew.-% ist, durchzuführen. Ferner wird durch die Verwendung eines Verbindungsteils, das die Struktur einer Laminierung aus einem ersten Bauteil, das Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr enthält, und einem zweiten Bauteil, das Eisen als eine Hauptkomponente enthält sowie zumindest Chrom und 30 Gew.-% oder weniger Nickel, annimmt, kann auf effiziente Weise ein keramisches Heizgerät hergestellt werden, in dem eine Zunahme des elektrischen Widerstands des Verbindungsteils unterdrückt wird, ohne eine Verringerung der Festigkeit des Verbindungsteils zu bewirken. Die Nickel-Plattierungsschicht kann als Folge dessen, dass sich das Nickels in dem Hartlotmaterial verteilt, verschwinden, je nach Temperatur des Verbindungsschrittes. In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch ohne Bedeutung, ob die Nickel-Plattierungsschicht nach dem Verbindungsschritt vorliegt oder nicht.In the method according to the invention to make a ceramic heater, a center plating layer is used on an electrode pad formed, which selected at least one element from tungsten and molybdenum in one Amount of 80 wt.% Or more, and thus the wettability between an electrode pad area and a brazing material, its copper content higher than 50% by weight, to improve, so that a connecting part solid to the electrode interface area brazed can be. In the present invention, the brazing in a Temperature of 900 ° C or higher carried out, for a uniform brazing using a brazing material whose copper content is higher than 50% by weight to be carried out. Furthermore, the use of a connecting part that the Structure of a lamination of a first component, the nickel in an amount of 90% by weight or more, and a second component, containing iron as a main component and at least chromium and 30% by weight or less of nickel, may be efficient a ceramic heater be prepared in which an increase in electrical resistance of the connection part suppressed is without a reduction in the strength of the connecting part to effect. The nickel plating layer may, as a result, that the nickel dissipates in the brazing material disappears, depending on the temperature of the connecting step. In the present However, it is irrelevant to the invention whether the nickel plating layer after the connecting step or not.

Ein keramisches Heizgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung desselben wird als nächstes mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:One ceramic heater according to one embodiment of the present invention and an embodiment of the method for Production of it will be next with reference to the drawings. Showing:

1 eine perspektivische Ansicht eines keramisches Heizgerätes 100; 1 a perspective view of a ceramic heater 100 ;

2 eine perspektivische Darstellung des keramisches Heizgerätes 100 in aufgelösten Einzelteilen; 2 a perspective view of the ceramic heater 100 in dissolved parts;

3 eine teilweise Querschnittsansicht des Elektrodenbereichs 120 des keramischen Heizgerätes 100, so wie die in der Richtung der Pfeile entlang der gebrochenen Linie A-A' in 1 gesehen wird; 3 a partial cross-sectional view of the electrode region 120 of the ceramic heater 100 as in the direction of the arrows along the broken line AA 'in 1 is seen;

4 eine Tabelle mit den Ergebnissen eines Auswertungstestes, der an den hartgelöteten Verbindungsteilen 130 durchgeführt wurde. 4 a table with the results of an evaluation test on the brazed joints 130 was carried out.

Zunächst wird die Struktur eines keramischen Heizgeräts 100 mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine perspektive Ansicht des keramischen Heizgerätes 100. 2 ist eine perspektive Darstellung des keramischen Heizgerätes 100 in aufgelösten Einzelteilen.First, the structure of a ceramic heater 100 with reference to the 1 and 2 described. 1 is a perspective view of the ceramic heater 100 , 2 is a perspective view of the ceramic heater 100 in disassembled parts.

Wie in 1 dargestellt, nimmt das keramische Heizgerät 100 die Form eines runden Stabes an. Da das keramische Heizgerät 100 in ein nicht dargestelltes Sensorelement eingeführt wird, ist es zum Erhitzen eines Sensorelements ausgelegt. Das Sensorelement schließt ein nicht dargestelltes, rohrförmiges Feststoffelektrolytrohr mit geschlossenem Boden ein, sowie Elektrodenschichten, die auf entsprechenden inneren und äußeren Oberflächen des Feststoffelektrolytrohres gebildet sind. Das keramische Heizgerät 100 schließt einen eingebetteten Hitze generierenden Widerstandskörper 141, einen Elektrodenbereich 120, der sich an dessen hinteren Endbereich befindet, sowie einen Heizbereich 110, der sich an dessen vorderen Endbereich befindet, ein. Beim Betrieb des keramischen Heizgerätes 100 wird eine Spannung an den Elektrodenbereich 120 angelegt, wodurch der Heizbereich 110 Hitze generiert.As in 1 shown, takes the ceramic heater 100 the shape of a round bar. As the ceramic heater 100 is inserted into a sensor element, not shown, it is designed for heating a sensor element. The sensor element includes a closed-bottom tubular solid electrolyte tube, not shown, and electrode layers formed on respective inner and outer surfaces of the solid electrolyte tube. The ceramic heater 100 closes an embedded heat-generating resistor body 141 , an electrode area 120 which is located at the rear end area, and a heating area 110 , which is located at the front end portion, a. When operating the ceramic heater 100 a voltage is applied to the electrode area 120 created, reducing the heating area 110 Heat generated.

Wie in 2 dargestellt, wird das keramische Heizgerät 100 wie folgt hergestellt: Ungesinterte, hochisolierende Aluminiumoxid-Keramikplatten 140 und 146 werden auf ein keramisches Aluminiumoxidrohr 110 aufgewickelt, wodurch sie die Form eines runden Stabs annehmen, und werden dann gebrannt. Ein Heizmuster, das als Hitze generierender Widerstandskörper 141 auf Wolframbasis dient, wird auf der ungesinterten Platte 140 gebildet. Der Hitze generierende Widerstandskörper 141 schließt einen Hitze generierenden Bereich 142 und ein Paar Leitungsbereiche 143 ein. Der Hitze generierende Bereich 142 wird an einer dem Heizbereich 110 entsprechenden Position gebildet (siehe 1); und die gepaarten Leitungsbereiche 143 werden an entsprechende, gegenüberliegende Enden des Hitze generierenden Bereichs 142 angeschlossen. Eine Durchbrechung 144 wird an einem hinteren Endbereich jeder der gepaarten Leitungsbereiche 143 gebildet. Über die Durchbrechungen 144 wird eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Leitungsbereichen 143 und den zwei entsprechenden Elektrodenverbindungsflächen 121, die auf der äußeren Oberfläche des keramischen Heizgerätes 100 gebildet sind und später beschrieben werden, hergestellt. Es ist zu beachten, dass in der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform der Begriff „vorderer Endbereich" sich auf eine Seite in Richtung des Hitze generierenden Bereichs 142 des Hitze generierenden Widerstandskörpers 141 bezieht, und der Begriff „hinterer Endbereich" sich auf eine Seite gegenüber dem vorderen Endbereich bezieht.As in 2 shown, the ceramic heater 100 produced as follows: non-sintered, highly insulating alumina ceramic plates 140 and 146 be on a ceramic alumina tube 110 wound to assume the shape of a round bar, and then fired. A heating pattern that acts as a heat-generating resistance body 141 Tungsten based serves on the unsintered plate 140 educated. The heat-generating resistor body 141 closes a heat-generating area 142 and a pair of pipe sections 143 one. The heat generating area 142 is at a the heating area 110 corresponding position formed (see 1 ); and the paired pipe sections 143 are attached to corresponding, opposite ends of the heat generating area 142 connected. An opening 144 is at a rear end portion of each of the paired pipe sections 143 educated. About the breakthroughs 144 becomes an electrical connection between the two pipe sections 143 and the two corresponding electrode connection surfaces 121 placed on the outer surface of the ceramic heater 100 are formed and described later produced. It should be noted that in the description of the present embodiment, the term "front end portion" refers to a side toward the heat-generating portion 142 the heat-generating resistor body 141 and the term "rear end portion" refers to a side opposite to the front end portion.

Die ungesinterte Platte 146 wird auf die Oberfläche der ungesinterten Platte 140, auf welcher der Hitze generierende Widerstandskörper 141 gebildet ist, kompressionsgebunden. Eine Alumiumoxidpaste wird auf die Oberfläche der ungesinterten Platte 146 auf einer der kompressionsgebundenen Oberfläche gegenüberliegenden Seite aufgebracht. Die ungesinterten Platten 140 und 146 werden auf das keramische Rohr 101 gewickelt, wobei die Oberfläche, auf welche die Aluminiumpaste aufgetragen wurde, sich innen befindet. Die so erhaltene Anordnung wird von außen gepresst, um so einen ungesinterten Körper des keramischen Heizgerätes zu bilden. Anschließend wird der ungesinterte Körper des keramischen Heizgerätes gebrannt, um so das keramische Heizgerät zu bilden. Es ist zu beachten, dass das keramische Rohr 101, das eine keramische Komponente darstellt, die teilweise das keramische Heizgerät 100 bildet, sowie die ungesinterten Platten 140 und 146 dem „keramischen Substrat" in der vorliegenden Erfindung entsprechen.The unsintered plate 146 is on the surface of the unsintered plate 140 on which the heat-generating resistor body 141 is formed, compression bound. An alumina paste is applied to the surface of the unsintered plate 146 Applied on one of the compression-bonded surface opposite side. The unsintered plates 140 and 146 be on the ceramic tube 101 wrapped, wherein the surface on which the aluminum paste was applied, is located inside. The thus-obtained assembly is pressed from the outside so as to form an unsintered body of the ceramic heater. Subsequently, the unsintered body of the ceramic heater is fired so as to form the ceramic heater. It should be noted that the ceramic tube 101 which is a ceramic component, partially the ceramic heater 100 forms, as well as the unsintered plates 140 and 146 correspond to the "ceramic substrate" in the present invention.

Als nächstes werden, wie in 1 gezeigt, die beiden Elektrodenanschlussflächen 121, die als positive und negative Elektroden dienen, an dem Elektrodenbereich 120 des keramischen Heizgerätes 100 gebildet. Die Elektrodenanschlussflächen 121 werden auf der äußeren Oberfläche der ungesinterten Platte 140 an zwei den oben genannten beiden Durchbrechungen 144 entsprechenden Positionen (siehe 2) bereitgestellt. Die Elektrodenanschlussflächen 121 werden mit den entsprechenden Leitungsbereichen 143 des Hitze generierenden Widerstandskörpers 141 durch Aufdrucken einer elektrisch leitfähigen Paste auf die inneren Wände der Durchbrechungen 144 elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere wird in 1 eine Metallschicht (eine Nickel-Plattierungsschicht 122, wie in 3 gezeigt), die später beschrieben wird, auf den Oberflächen der Elektrodenanschlussflächen 121 durch Plattierung gebildet.Next, as in 1 shown, the two electrode pads 121 , which serve as positive and negative electrodes, at the electrode area 120 of the ceramic heater 100 educated. The electrode pads 121 be on the outer surface of the unsintered plate 140 at two of the above two openings 144 corresponding positions (see 2 ) provided. The electrode pads 121 be with the appropriate line areas 143 the heat-generating resistor body 141 by printing an electrically conductive paste on the inner walls of the openings 144 electrically connected to each other. In particular, in 1 a metal layer (a nickel plating layer 122 , as in 3 shown), which will be described later, on the surfaces of the electrode pads 121 formed by plating.

Um von außen eine Spannung an das keramische Heizgerät 100 anzulegen, wird ein Verbindungsbereich 133 eines Verbindungsteils 130 an jede der Elektrodenanschlussflächen 121 unter Verwendung eines kupferbasierten Hartlotmaterials 124 hartgelötet. Das Verbindungsteil 130 ist aus einem plattierten Material, in dem ein Nickelteil 131 und ein SUS-Teil 132 (siehe 3), die später beschrieben werden, schichtförmig angeordnet sind, gebildet. Das Verbindungsteil 130 schließt einen Crimp-Bereich 135 und einen Verbindungsbereich 134 ein. Der Crimp-Bereich 135 nimmt eine flache Form an, wobei die Richtung dessen Dicke mit der Richtung der Lamination des Nickelteils 131 und des SUS-Teils 132 zusammenfällt; und der Verbindungsbereich 134 erstreckt sich ausgehend von dem vorderen Ende des Crimp-Bereichs 135. Ein vorderer Endbereich des Verbindungsbereichs 134 ist in Richtung der Dicke stufenförmig gebogen, um so zu dem Verbindungsbereich 133 geformt zu werden. Das Verbindungsteil 130 ist an einer Position zwischen dem Verbindungsbereich 134 und dem Crimp-Bereich 135 im Wesentlichenum 90° gegenüber der Längsrichtung des Verbindungsbereiches 134 gebogen. Ein nicht dargestellter Leitungsdraht, der mit einem externen Stromkreis verbunden werden soll, wird fest an den Crimp-Bereich 135 gecrimpt, um so eine elektrische Verbindung zwischen dem äußeren Stromkreis und dem Verbindungsteil 130 herzustellen. Das so gebildete Verbindungsteil 130 wird für jede der beiden Elektrodenverbindungsflächen 121 bereitgestellt. Die beiden Verbindungsteile 130 dienen als eine positive Elektrode und eine negative Elektrode zum Anlegen einer Spannung an das keramische Heizgerät 100.To externally a voltage to the ceramic heater 100 create a connection area 133 a connection part 130 to each of the electrode pads 121 using a copper-based brazing material 124 brazed. The connecting part 130 is made of a clad material in which a nickel part 131 and a SUS part 132 (please refer 3 ), which will be described later, are layered. The connecting part 130 closes a crimp area 135 and a connection area 134 one. The crimping area 135 assumes a flat shape with the direction of its thickness with the direction of lamination of the nickel part 131 and the SUS part 132 coincides; and the connection area 134 extends from the front end of the crimping area 135 , A front end portion of the connection area 134 is bent stepwise in the direction of the thickness, so as to the connecting portion 133 to be molded. The connecting part 130 is at a position between the connection area 134 and the crimping area 135 substantially at 90 ° to the longitudinal direction of the connection area 134 bent. An unillustrated lead wire to be connected to an external circuit is fixed to the Crimp range 135 crimped to provide an electrical connection between the external circuit and the connector 130 manufacture. The connecting part thus formed 130 is for each of the two electrode pads 121 provided. The two connecting parts 130 serve as a positive electrode and a negative electrode for applying a voltage to the ceramic heater 100 ,

Als nächstes wird die Struktur des Elektrodenbereichs 120 mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Elektrodenbereichs 120 des keramischen Heizgeräts 100, so wie sie in der Richtung der Pfeile entlang der gebrochenen Linie A-A' in 1 gesehen wird. Es ist zu beachten, dass in der Beschreibung angenommen wird, dass in 3 eine Richtung in Richtung der Achse des keramischen Heizgerätes 100 (eine Abwärtsrichtung in 3) eine Abwärtsrichtung darstellt, wohingegen eine Richtung weg von der Achse (eine Aufwärtsrichtung in 3) eine Aufwärtsrichtung darstellt.Next is the structure of the electrode area 120 regarding 3 described. 3 is a partial cross-sectional view of the electrode area 120 of the ceramic heater 100 as in the direction of the arrows along the broken line AA 'in 1 is seen. It should be noted that in the description it is assumed that in 3 a direction in the direction of the axis of the ceramic heater 100 (a downward direction in 3 ) represents a downward direction, whereas a direction away from the axis (an upward direction in FIG 3 ) represents an upward direction.

Wie in 3 gezeigt, sind die Elektrodenanschlussflächen 121 des Elektrodenbereichs 120 auf der äußeren Oberfläche (die obere Oberfläche in 3) der ungesinterten Platte 140, die auf das keramische Rohr 101 aufgewickelt ist, gebildet. Die Elektrodenanschlussflächen 121 sind über die entsprechenden Durchbrechungen 144 mit den entsprechenden Leitungsbereichen 143 des Hitze generierenden Widerstandskörpers 141, der auf der inneren Oberfläche (der unteren Oberfläche in 3) der ungesinterten Platte 140 gebildet ist, elektrisch verbunden. Jede der Elektrodenanschlussflächen 121 ist eine feldförmige Metallschicht, die zumindest ein Element ausgewählt aus Wolfram und Molybdän in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr enthält. Wolfram und Molybdän zeigen gute Verbindungseigenschaften beim Verbinden mit einem auf Kupfer basierendem Hartlotmaterial 124, und haben einen hohen Schmelzpunkt, wodurch sie hervorragende Wärmebeständigkeit aufweisen. Somit sind Wolfram und Molybdän bevorzugte Komponenten der Elektrodenverbindungsfläche 121. Wenn der Gehalt des zumindest einen Elements ausgesucht aus Wolfram und Molybdän, das in der Elektrodenanschlussfläche 121 enthalten ist, geringer als 80 Gew.-% ist, wird die Verbindungseigenschaft der Elektrodenanschlussfläche 121 beim Verbinden mit dem Hartlotmaterial auf Kupferbasis 124 beeinträchtigt.As in 3 shown are the electrode pads 121 of the electrode area 120 on the outer surface (the upper surface in 3 ) of the unsintered plate 140 pointing to the ceramic tube 101 wound up, formed. The electrode pads 121 are above the appropriate openings 144 with the corresponding line areas 143 the heat-generating resistor body 141 placed on the inner surface (the lower surface in 3 ) of the unsintered plate 140 is formed, electrically connected. Each of the electrode pads 121 is a field-shaped metal layer containing at least one element selected from tungsten and molybdenum in an amount of 80% by weight or more. Tungsten and molybdenum show good bonding properties when bonded to a copper based braze material 124 , and have a high melting point, whereby they have excellent heat resistance. Thus, tungsten and molybdenum are preferred components of the electrode interface 121 , When the content of the at least one element selected from tungsten and molybdenum in the electrode pad 121 is less than 80% by weight, the bonding property of the electrode pad becomes 121 when bonding to brazing copper-based brazing material 124 impaired.

Das Verbindungsteil 130 ist ein plattiertes Material, in dem das Nickelteil 131 und das SUS-Teil 132 in Schichten angeordnet sind. Das Nickelteil 131 enthält Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr, und das SUS-Teil 132 enthält Eisen als eine Hauptkomponente und zumindest Chrom und 30 Gew.-% oder weniger Nickel. Wie in 3 gezeigt, wird das Verbindungsteil 130 hartgelötet während das SUS-Teil 132 unterhalb des Nickelteils 131 liegt, um einen Kontakt zwischen dem Hartlotmaterial 124 und dem Nickelteil 131 zu verhindern. Eine Nickelplattierung wird auf dem Verbindungsteil 130 und der Elektrodenverbindungsfläche 121, die miteinander verbunden sind, durchgeführt, um so eine Nickel-Plattierungsschicht 125 zu bilden, die als eine Metallschicht dient. Die Nickel-Plattierungsschicht 125 verhindert Korrosion des Elektrodenbereichs 120, die ansonsten als Folge von Oxidation auftreten könnte. Es ist beachten, dass in der vorliegenden Erfindung das Nickelteil 131 dem „ersten Bauteil" und das SUS-Teil 132 dem „zweiten Bauteil" entspricht.The connecting part 130 is a clad material in which the nickel part 131 and the SUS part 132 are arranged in layers. The nickel part 131 contains nickel in an amount of 90% by weight or more, and the SUS part 132 contains iron as a main component and at least chromium and 30% by weight or less of nickel. As in 3 shown, the connecting part 130 brazed during the SUS part 132 below the nickel part 131 lies to a contact between the brazing material 124 and the nickel part 131 to prevent. A nickel plating is done on the connecting part 130 and the electrode bonding surface 121 which are bonded together, so as to form a nickel plating layer 125 to form, which serves as a metal layer. The nickel plating layer 125 prevents corrosion of the electrode area 120 that might otherwise occur as a result of oxidation. It should be noted that in the present invention, the nickel part 131 the "first component" and the SUS part 132 corresponds to the "second component".

Das Hartlotmaterial 124, das zur Verbindung der Elektrodenanschlussfläche 121 und des Verbindungsteils 130 verwendet wird, enthält Kupfer in einer Menge von mehr als 50 Gew.-%. Speziell in der vorliegenden Ausführungsform wird ein Hartlotmaterial 124 verwendet, das 100 Gew.-% Kupfer enthält, um die Elektrodenanschlussfläche 121 und das Verbindungsteil 130 miteinander zu verlöten. Wie oben erwähnt, diffundieren in der vorliegenden Ausführungsform Eisen- und Chromkomponenten des SUS-Teils 132 in das Hartlotmaterial 124, da das SUS-Teil 132 des Verbindungsteils sich auf einer Seite in Richtung der Elektrodenanschlussfläche 121 befindet und mit dem Hartlotmaterial 124 verbunden ist. Die Diffusion der Eisenkomponente in das Hartlotmaterial 124 verbessert die Benetzbarkeit des Hartlotmaterials 124 in Bezug auf die Elektrodenanschlussfläche 121, und die Diffusion der Chromkomponente in das Hartlotmaterial 124 verbessert die Korrosionsbeständigkeit des Hartlotmaterials 124.The brazing material 124 , for connecting the electrode pad 121 and the connecting part 130 is used, contains copper in an amount of more than 50 wt .-%. Specifically, in the present embodiment, a brazing material is used 124 used, which contains 100 wt .-% copper, around the electrode pad 121 and the connecting part 130 to solder together. As mentioned above, in the present embodiment, iron and chromium components of the SUS part diffuse 132 into the brazing material 124 because the SUS part 132 of the connecting part is on one side in the direction of the electrode pad 121 located and with the brazing material 124 connected is. The diffusion of the iron component into the brazing material 124 improves the wettability of the brazing material 124 with respect to the electrode pad 121 , and the diffusion of the chromium component into the brazing material 124 improves the corrosion resistance of the brazing material 124 ,

Des Weiteren diffundiert die Nickelkomponente der Nickel-Plattierungsschicht 122, die auf der Elektrodenanschlussfläche 121 gebildet ist, in das Hartlotmaterial 124. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 3 gezeigt ist, in dem keramischen Heizgerät 100, wie es nach dem Hartlöten vorliegt, ein Bereich der Nickel-Plattierungsschicht 122, der durch eine gebrochene Linie 123 dargestellt ist, als Folge der Diffusion in das Hartlotmaterial 124 nicht vorliegt.Furthermore, the nickel component of the nickel plating layer diffuses 122 on the electrode pad 121 is formed in the brazing material 124 , It should be noted that according to the present embodiment, as described in 3 is shown in the ceramic heater 100 as it is after brazing, a portion of the nickel plating layer 122 by a broken line 123 as a result of diffusion into the brazing material 124 not available.

In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben erwähnt, das Verbindungsteil 130 aus dem plattierten Material gebildet, in dem das Nickelteil 131 und das SUS-Teil 132 schichtförmig angeordnet sind. Da das SUS-Teil 132 hart ist, ist die Verarbeitung des SUS-Teils 132 schwierig. Die Verwendung des plattierten Materials ermöglicht aber eine Verringerung der Dicke des SUS-Teils 132, so dass eine hohe Bearbeitbarkeit des Verbindungsteils 130 beibehalten wird. Auch verhindert die Verwendung des Nickelteils 131, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, eine Zunahme des elektrischen Widerstandes des Verbindungsteils 130. Dementsprechend kann im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verbindungsteil das Verbindungsteil 130 Festigkeit und eine hohe Bearbeitbarkeit erreichen während die elektrische Leitfähigkeit beibehalten wird.In the present embodiment, as mentioned above, the connecting part 130 formed from the clad material in which the nickel part 131 and the SUS part 132 layered are arranged. Because the SUS part 132 hard is the processing of the SUS part 132 difficult. However, the use of the plated material allows for a reduction in the thickness of the SUS part 132 , so that high workability of the connecting part 130 is maintained. Also prevents the use of the nickel part 131 having a high electrical conductivity, an increase in the electrical resistance of the connecting part 130 , Accordingly, in contrast to a conventional connecting part the connecting part 130 Achieve strength and high machinability while maintaining electrical conductivity.

Wie oben erwähnt, enthält das Hartlotmaterial 124 einen hohen Anteil an Kupfer. Daher muss während des Hartlötens das Hartlotmaterial 124 auf eine Temperatur von 900°C oder höher erhitzt werden, um das Hartlotmaterial 124 zu schmelzen. Da das SUS-Teil 132 und das Nickelteil 131 schichtförmig angeordnet sind, kann in der vorliegenden Ausführungsform das SUS-Teil 132 eine Verstärkung bereitstellen, um eine Verringerung der Festigkeit des Nickelteils 131, das von den mit dem Hartlöten zusammenhängenden Erhitzen verursacht wird, kompensieren. Das SUS-Teil 132 ist beispielsweise aus SUS430 gebildet, das ein ferritischer Edelstahl mit einem Nickelgehalt von 0,6 Gew.-% oder weniger ist. Andere ferritische Edelstähle wie SUS410L und SUS434 und Kovar können auch verwendet werden, um das SUS-Teil 132 zu bilden. Mit anderen Worten, es kann durch die Reduzierung des Nickelgehaltes des SUS-Teils 132 auf weniger als 30 Gew.-% eine Verringerung der Festigkeit, die durch das Erhitzen, das mit dem Hartlöten bei einer Temperatur von 900°C oder höher zusammenhängt, vermindert werden. Insbesondere ist ein Nickelanteil des SUS-Teils 132 von 1 Gew.-% oder weniger besonders bevorzugt, da eine durch das Hartlöten hervorgerufene Verminderung der Festigkeit weiter unterdrückt werden kann.As mentioned above, contains the brazing material 124 a high proportion of copper. Therefore, brazing material must be used during brazing 124 heated to a temperature of 900 ° C or higher to the brazing material 124 to melt. Because the SUS part 132 and the nickel part 131 Layered in the present embodiment, the SUS part 132 provide reinforcement to reduce the strength of the nickel part 131 compensated by the brazing associated heating. The SUS part 132 is formed of, for example, SUS430 which is a ferritic stainless steel having a nickel content of 0.6% by weight or less. Other ferritic stainless steels such as SUS410L and SUS434 and Kovar can also be used to make the SUS part 132 to build. In other words, it can be achieved by reducing the nickel content of the SUS part 132 to less than 30% by weight, a reduction in strength, which is reduced by the heating associated with brazing at a temperature of 900 ° C or higher. In particular, a nickel content of the SUS part 132 of 1 wt% or less is particularly preferable, since a reduction in strength caused by the brazing can be further suppressed.

Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Heizgeräts gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie bereits vorher erwähnt, werden der Hitze generierende Widerstandskörper 141 und die Elektrodenanschlussflächen 121 in den entsprechenden vorbestimmten Mustern durch Aufdrucken gebildet. Die ungesinterte Platte 140 mit den darin gebildeten Durchbrechungen 144 und die ungesinterte Platte 146, die an die ungesinterte Platte 140 kompressionsgebunden ist, werden auf das keramische Rohr 101 aufgewickelt, während die elektrisch leitfähige Paste auf die inneren Oberflächen der Durchbrechungen 144 aufgebracht wird. Als Ergebnis wird der ungesinterte Körper des keramischen Heizgerätes gebildet. Der ungesinterte Körper des keramischen Heizgerätes wird gebrannt und wird zum keramischen Heizgerät 100, in dem das keramische Rohr 101 und die ungesinterten Platten 140 und 146 miteinander verbunden sind. Auf den oberen Oberflächen der Elektrodenanschlussflächen 121 wird eine Nickelplattierung durchgeführt, um dadurch die Nickel-Plattierungsschicht 122 zu bilden (Plattierungsschritt).Next, a method of manufacturing the ceramic heater according to the present embodiment will be described. As mentioned earlier, the heat-generating resistor body 141 and the electrode pads 121 formed in the corresponding predetermined patterns by printing. The unsintered plate 140 with the openings formed therein 144 and the unsintered plate 146 attached to the unsintered plate 140 Compression-bound, be on the ceramic tube 101 wound while the electrically conductive paste on the inner surfaces of the openings 144 is applied. As a result, the unsintered body of the ceramic heater is formed. The unsintered body of the ceramic heater is fired and becomes the ceramic heater 100 in which the ceramic tube 101 and the unsintered plates 140 and 146 connected to each other. On the upper surfaces of the electrode pads 121 For example, nickel plating is performed to thereby form the nickel plating layer 122 to form (plating step).

Das Hartlotmaterial 124 wird auf der Nickel-Plattierungsschicht 122 abgelegt, und die Verbindungsteile 130 werden derart auf das Hartlotmaterial 124 abgelegt, dass die SUS-Teile 132 mit Bezug auf die Richtung der Dicke der Verbindungsteile 130 dem Hartlotmaterial 124 zugewandt sind. Der sich ergebende geschichtete Körper wird auf eine Temperatur von 900°C oder höher erhitzt; als Ergebnis schmilzt das Hartlotmaterial 124 und verbindet die Verbindungsteile 130 und die entsprechenden Elektrodenanschlussflächen 121 miteinander (Verbindungsschritt). Zu diesem Zeitpunkt bilden das Hartlotmaterial 124 und ein Teil der Nickel-Plattierungsschicht 122, der in Verbindung mit dem Hartlotmaterial steht und durch eine Punkt-Strich-Linie 123 dargestellt ist, eine feste Lösung, wodurch der Teil der Nickel-Plattierungsschicht 122, der durch die Punkt-Strich-Linie 123 dargestellt ist, in das Hartlotmaterial 124 einschmilzt.The brazing material 124 is on the nickel plating layer 122 stored, and the connecting parts 130 become so on the brazing material 124 filed that SUS parts 132 with respect to the direction of the thickness of the connecting parts 130 the brazing material 124 are facing. The resulting layered body is heated to a temperature of 900 ° C or higher; as a result, the brazing material melts 124 and connects the connecting parts 130 and the corresponding electrode pads 121 with each other (connection step). At this time, form the brazing material 124 and a part of the nickel plating layer 122 which is related to the brazing material and by a dot-dash line 123 is shown, a solid solution, whereby the part of the nickel plating layer 122 by the dot-dash line 123 is shown in the brazing material 124 melts.

Des Weiteren wird eine Nickel-Plattierung auf den Elektrodenanschlussflächen 121 und den Teilen der Verbindungsteile 130, die an die Elektrodenanschlussflächen 121 hartgelötet sind, derart durchgeführt, dass ihre nach außen freiliegenden Bereiche abgedeckt werden, wodurch die Nickel-Plattierungsschicht 125 gebildet wird. Die Nickel-Plattierungsschicht 125 schützt den Elektrodenbereich 120 vor Oxidation oder Ähnlichem. Dadurch wird das keramische Heizgerät 100 fertiggestellt.Furthermore, a nickel plating on the electrode pads 121 and the parts of the connecting parts 130 attached to the electrode pads 121 brazed, are made such that their outwardly exposed areas are covered, whereby the nickel plating layer 125 is formed. The nickel plating layer 125 protects the electrode area 120 from oxidation or the like. This will make the ceramic heater 100 completed.

[Beispiel 1][Example 1]

Um den erfindungsgemäßen Effekt anhand des keramischen Heizgerätes 100 anhand der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben hergestellt wird, zu bestätigen, wurden die keramischen Heizgeräte 100, die gemäß den unten beschriebenen Bedingungen hergestellt wurden, bezüglich der Verbindungsfestigkeit der Verbindungsteile 130, die an die entsprechenden Elektrodenanschlussflächen 121 hartgelötet wurden, ausgewertet. Das vorliegende Beispiel wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.

• (a) Als erstes wurden in dem vorliegenden Beispiel die ungesinterten Platten 140 und 146, wie sie in 2 gezeigt sind, gemäß dem nachfolgenden Verfahren hergestellt.

To the effect of the invention on the basis of the ceramic heater 100 From the present embodiment made as described above, the ceramic heaters were made 100 , which were prepared according to the conditions described below, with respect to the connection strength of the connecting parts 130 attached to the corresponding electrode pads 121 were brazed, evaluated. The present example will be described with reference to FIGS 1 to 3 described.

• (a) First, in the present example, the green plates were used 140 and 146 as they are in 2 are produced according to the following method.

Ein pulverförmiges Material wurde durch Mischung von 93 Gew.-% Aluminiumoxid-Pulver (Al₂O₃) und 7 Gew.-% eines Sinterhilfsmittels hergestellt. Das Sinterhilfsmittel bestand aus einem SiO₂-Pulver, einem Calciumcarbonat-Pulver (CaCO₃), um Calciumoxid (CaO) zu bilden, und einem Magnesiumcarbonat-Pulver (MgCO₃), um Magnesiumoxid (MgO) zu bilden. 10 Gewichtsanteile Polyvinylbutyral, 5 Gewichtsanteile Dibutylphthalat und insgesamt 70 Gewichtanteile Methylethylketon und Toluol wurden zu 100 Gewichtsanteilen des pulverförmigen Materials gegeben. Die so erhaltene Mischung wurde in einer Kugelmühle (nicht gezeigt) zu einer Aufschlämmung gemischt.A powdery material was prepared by mixing 93% by weight of alumina powder (Al ₂ O ₃ ) and 7% by weight of a sintering aid. The sintering aid was composed of an SiO ₂ powder, a calcium carbonate powder (CaCO ₃ ) to form calcium oxide (CaO), and a magnesium carbonate powder (MgCO ₃ ) to form magnesium oxide (MgO). 10 parts by weight of polyvinyl butyral, 5 parts by weight of dibutyl phthalate and 70 parts by weight in total of methyl ethyl ketone and toluene were added to 100 parts by weight of the powdery material. The mixture thus obtained was mixed into a slurry in a ball mill (not shown).

Anschliessend wurde die Aufschlämmungsmischung bei reduziertem Druck entschäumt. Die beiden ungesinterten Platten, im speziellen die ungesinterte Platte 140 mit einer Dicke von 0,2 mm und die ungesinterte Platte 146 mit einer Dicke von 0,05 mm, wurden aus der Aufschlämmungsmischung durch ein Abstreifmesser-Verfahren hergestellt. Als nächstes wurden die Durchbrechungen 144 in der ungesinterten Platte 140 an vorbestimmten Positionen gebildet. Da die ungesinterte Platte 146 0,05 mm dick und damit sehr bruchempfindlich ist, wird die ungesinterte Platte 146 auf einem Trägerband (nicht gezeigt) aufgebracht verarbeitet, bis deren Kompressionsbindung auf der ungesinterten Platte 140 abgeschlossen ist.

• (b) Als nächstes wurde eine Metall-Widerstandstinte (Metallisierungstinte) für die Herstellung des Hitze generierenden Widerstandskörpers 141 und der Elektrodenanschlussflächen 121 auf der ungesinterten Platte 140 gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren hergestellt.

Subsequently, the slurry mixture was defoamed at reduced pressure. The two unsintered plates, in particular the unsintered plate 140 with a thickness of 0.2 mm and the unsintered plate 146 with a thickness of 0.05 mm, were prepared from the slurry mixture by a doctor blade method. Next were the breakthroughs 144 in the unsintered plate 140 formed at predetermined positions. Because the unsintered plate 146 0.05 mm thick and thus very fragile, is the unsintered plate 146 Processed on a carrier tape (not shown) processed until its compression bonding on the unsintered plate 140 is completed.

• (b) Next, a metal-resistive ink (metallization ink) for the production of the heat-generating resistive body 141 and the electrode pads 121 on the unsintered plate 140 prepared according to the method described below.

Ein pulverförmiges Material wurde durch Mischen von 97 Gew.-% Wolframpulver (W) und 3 Gew.-% Aluminiumoxidpulver hergestellt. 6 Gewichtsanteile Harzbinder, 100 Gewichtsanteile Aceton und 70 Gew.-% Butylcarbitol wurden zu 100 Gewichtsanteilen des pulverförmigen Materials zugegeben. Die so erhaltene Mischung wurde in einem Topf (nicht gezeigt) zu einer Aufschlämmung gemischt. Anschließend wurde die Aufschlämmungsmischung bei reduziertem Druck entschäumt, wodurch das Aceton verdampfte. Als Ergebnis wurde eine Metall-Widerstandstinte (Metallisierungstinte) erhalten.

• (c) Als nächstes wurde der Hitze generierende Widerstandskörper 141 und die Elektrodenanschlussflächen 121 auf der ungesinterten Platte 140 wie unten beschrieben hergestellt.

A powdery material was prepared by mixing 97% by weight of tungsten powder (W) and 3% by weight of alumina powder. 6 parts by weight of resin binder, 100 parts by weight of acetone and 70% by weight of butyl carbitol were added to 100 parts by weight of the powdery material. The resulting mixture was mixed in a pot (not shown) to a slurry. Subsequently, the slurry mixture was defoamed under reduced pressure, whereby the acetone evaporated. As a result, a metal-resistive ink (metallizing ink) was obtained.

• (c) Next, the heat-generating resistor body 141 and the electrode pads 121 on the unsintered plate 140 manufactured as described below.

Die wie oben hergestellte, auf Wolfram basierende Metallisierungstinte wurde auf eine Seite der ungesinterten Platte 140 mit einer Dicke von 25 μm durch ein Verfahren zum Drucken von Dickfilmen aufgebracht. Insbesondere wurden die Muster, die nach dem Brennen zu dem Hitze generierenden Bereich 142 und den Leitungsbereichen 143 des Hitze generierenden Widerstandskörpers 141 werden, auf der ungesinterten Platte 140 gebildet. Anschließend wurden durch Verwendung der oben beschriebenen Metallisierungstinte zwei Elektrodenanschlussflächen 121 an vorbestimmten Positionen auf der anderen Seite der ungesinterten Platte 140 durch ein Verfahren zum Drucken von Dickfilmen gebildet. Des Weiteren wurde die Metallisierungstinte durch Aufdrucken auf die inneren Wände der Durchbrechungen 144 aufgebracht, um so die Verbindungsbereiche 143 und die entsprechenden Elektrodenanschlussflächen 121 elektrisch miteinander zu verbinden.

• (d) Dann wurde wie nachfolgend beschrieben ein ungesinterter Körper des keramischen Heizgerätes hergestellt.

The tungsten-based metallizing ink prepared as above was coated on one side of the green sheet 140 applied with a thickness of 25 microns by a method for printing thick films. Specifically, the patterns that after firing became the heat-generating area 142 and the conduit areas 143 the heat-generating resistor body 141 be on the unsintered plate 140 educated. Subsequently, by using the above-described metallization ink, two electrode pads were formed 121 at predetermined positions on the other side of the unsintered plate 140 formed by a method of printing thick films. Furthermore, the metallization ink was printed on the inner walls of the apertures 144 Applied to the connecting areas 143 and the corresponding electrode pads 121 electrically connect with each other.

• (d) Then, as described below, a green body of the ceramic heater was prepared.

Die ungesinterte Platte 146 wurde auf die ungesinterte Platte 140 derart kompressionsgebunden, dass die Seite der ungesinterten Platte 146, die der Seite gegenüberlag, an der das Trägerband angebracht war, in Kontakt mit der Seite der ungesinterten Platte 140, auf der der Hitze generierende Widerstandskörper 141 gebildet war, kam. Nachfolgend wurde das Trägerband entfernt. Eine Aluminiumoxidpaste (Basismaterial gleich dem der ungesinterten Platte 140) wurde auf die Oberfläche der ungesinterten Platte 146 aufgebracht, die durch das Entfernen des Trägerbandes freilag. Die miteinander kompressionsgebundenen ungesinterten Platten 140 und 146 wurden auf das keramische Rohr 101 aufgewickelt, wobei die Oberfläche, auf der die Aluminiumpaste aufgebracht war, in Richtung des keramischen Rohres 101 angeordnet war. Die so erhaltene Anordnung wurde von außen gepresst, um so einen ungesinterten Körper eines keramischen Heizgerätes auszubilden.

• (e) Als nächstes wurde der ungesinterte Körper des keramischen Heizgerätes wie nachfolgend beschrieben gebrannt.

The unsintered plate 146 was on the unsintered plate 140 so compression bound that the side of the unsintered plate 146 opposite to the side to which the carrier tape was attached in contact with the side of the unsintered plate 140 on which the heat-generating resistor body 141 was formed, came. Subsequently, the carrier tape was removed. An alumina paste (base material equal to that of the unsintered plate 140 ) was applied to the surface of the unsintered plate 146 applied, which was exposed by the removal of the carrier tape. The compression-bonded unsintered plates 140 and 146 were on the ceramic tube 101 wound, wherein the surface on which the aluminum paste was applied, in the direction of the ceramic tube 101 was arranged. The thus-obtained assembly was pressed from the outside so as to form an unsintered body of a ceramic heater.

• (e) Next, the unsintered body of the ceramic heater was fired as described below.

Der wie oben erhaltene ungesinterte Körper des keramischen Heizgerätes wurde für 6 Stunden bei 250°C erhitzt, um so das Harz daraus zu entfernen. Anschließend wurde der ungesinterte Körper des keramischen Heizgerätes bei 1550°C für 5 Stunden in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt. Als Ergebnis wurde der Körper eines keramischen Heizgerätes erhalten. Insbesondere wurden das keramische Rohr 101, das als ein Kern diente, die ungesinterte Platte 146, die als eine das keramische Rohr 101 umschließende Schicht diente, und die ungesinterte Platte 140, die als eine äußerste umschließende Schicht diente und auf der der Hitze generierende Widerstandskörper 141 und die Elektrodenanschlussflächen 121 gebildet wurden, einheitlich gebrannt.

• (f) Des Weiteren wurden die Verbindungsteile 130 an den Körper des keramischen Heizgerätes wie folgt hartgelötet, wodurch das keramische Heizgerät vervollständigt wurde.

The unsintered body of the ceramic heater as obtained above was heated at 250 ° C for 6 hours so as to remove the resin therefrom. Subsequently, the unsintered body of the ceramic heater was fired at 1550 ° C for 5 hours in a reducing atmosphere. As a result, the body of a ceramic heater was obtained. In particular, the ceramic tube 101 which served as a nucleus, the unsintered plate 146 Than a ceramic tube 101 enclosing layer served, and the unsintered plate 140 which served as an outermost enclosing layer and on the heat-generating resistive body 141 and the electrode pads 121 were formed, uniformly fired.

• (f) Furthermore, the connecting parts became 130 brazed to the body of the ceramic heater as follows, completing the ceramic heater.

Wie in den 1 und 3 dargestellt, wurde zuerst eine Nickel-Plattierung auf den Elektrodenanschlussflächen 121 des wie oben erhaltenen Körpers des keramischen Heizgerätes durchgeführt, wodurch die Nickel-Plattierungsschicht 122 mit einer Dicke von 2 μm erhalten wurde. Anschließend wurde, um die Verbindungsbereiche 133 der Verbindungsteile 130 an die entsprechenden Elektrodenanschlussflächen 121 mittels eines Hartlotmaterials, das 100 Gew.-% Kupfer enthielt, hartzulöten, der für das Hartlöten vorbereitete Körper des keramischen Heizgerätes für 6 Minuten bei 1100°C in einer Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphäre gehalten. Als Folge des Hartlötens wurde das keramische Heizgerät 100 vervollständigt. In dem vorliegenden Beispiel war das verwendete Verbindungsteil 130 aus einem plattierten Material gebildet, in dem das Nickelteil 131 aus 100 Gew.-% Nickel und das SUS-Teil 132 aus SUS430 in Schichten angeordnet waren. Das Verbindungsteil 130 hatte eine Gesamtdicke von 0,3 mm, und das Nickelteil 131 und das SUS-Teil 132 hatten jeweils eine Dicke von 0,15 mm.As in the 1 and 3 First, a nickel plating on the electrode pads was performed 121 the body of the ceramic heater obtained as above, whereby the nickel plating layer 122 was obtained with a thickness of 2 microns. It was then added to the connection areas 133 the connecting parts 130 to the corresponding electrode pads 121 brazing by means of a brazing material containing 100% by weight of copper of the body of the ceramic heater prepared for brazing for 6 minutes at 1100 ° C in a nitrogen atmosphere high-energy atmosphere. As a result of brazing, the ceramic heater became 100 completed. In the present example, the connector used was 130 formed from a clad material in which the nickel part 131 from 100 wt .-% nickel and the SUS part 132 from SUS430 were arranged in layers. The connecting part 130 had a total thickness of 0.3 mm, and the nickel part 131 and the SUS part 132 each had a thickness of 0.15 mm.

Als nächstes wurden die Verbindungsteile 130 des wie oben hergestellten, keramischen Heizgerätes 100 mittels eines Zugversuches auf Festigkeit untersucht. 4 zeigt eine Tabelle, in der die Ergebnisse dieses Auswertungstestes, der an den Verbindungsteilen 130 durchgeführt wurde, auflistet, durchgeführt.Next, the connecting parts 130 of the above-prepared ceramic heater 100 examined for strength by means of a tensile test. 4 shows a table in which the results of this evaluation test, at the connecting parts 130 was performed, lists, performed.

Wie in 4 gezeigt, wurde der Zugversuch für die Verbindungsteile 130 als Vergleich zwischen herkömmlich verwendeten Verbindungsteilen, die aus Nickel hergestellt sind, und den Verbindungsteilen 130 der vorliegenden Ausführungsform, die aus einem plattierten Material aus Nickel und SUS430 hergestellt wurden.As in 4 shown was the tensile test for the connecting parts 130 as a comparison between conventionally used connecting parts made of nickel and the connecting parts 130 of the present embodiment made of a plated material of nickel and SUS430.

Als erstes wurden 10 keramische Heizgeräte gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. In Vergleichsbeispiel 1 wurden Verbindungsteile, die jeweils 100 Gew.-% Nickel (Ni) enthielten und eine Dicke von 0,3 mm aufwiesen, mit entsprechenden Elektrodenanschlussflächen verbunden, wobei ein herkömmliches Hartlotmaterial verwendet wurde, das Silber als eine Hauptkomponente enthielt (im Speziellen 72 Gew.-% Silber (Ag) und 28 Gew.-% Kupfer (Cu)). In diesem Fall beträgt die Hartlöttemperatur 840°C. Die 10 keramischen Heizgeräte gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden einem Haltbarkeitstest ausgesetzt (ein Test zur Kontrolle, ob Migration auftritt). Im Speziellen wurden die 10 keramischen Heizgeräte in einem Haltbarkeits-Ofen, dem Dampf mit einer Temperatur von 80°C und mit einer Feuchtigkeit von 90% mit einer Rate von 2 Litern pro Minute zugeführt wurden, für 1000 Stunden stehen gelassen während eine Spannung von 14 Volt zwischen den positiven und negativen Elektroden angelegt wurde. Nach dem Haltbarkeitstest wurden die Proben äußerlich mittels eines stereoskopischen Mikroskops (ein Vergrößerungsglas) bezüglich des Auftretens von Migration untersucht. Das Auftreten von Migration wurde bei 5 der 10 Proben festgestellt.When First, 10 ceramic heaters according to Comparative Example 1 were prepared. In Comparative Example 1, connecting parts were used, each 100th Wt .-% nickel (Ni) and had a thickness of 0.3 mm, connected to corresponding electrode pads, wherein a conventional Brazing material was used, the silver as a main component contained (in particular 72 wt .-% silver (Ag) and 28 wt .-% copper (Cu)). In this case is the brazing temperature 840 ° C. The 10 ceramic heaters according to the comparative example 1 were subjected to a durability test (a test for control, whether migration occurs). In particular, the 10 ceramic Heaters in a shelf oven, the steam at a temperature of 80 ° C and with a moisture of 90% at a rate of 2 liters per minute, for 1000 Hours left while one Voltage of 14 volts between the positive and negative electrodes was created. After the durability test, the samples became external by means of a stereoscopic microscope (a magnifying glass) in terms of the occurrence of migration investigated. The occurrence of migration was found in 5 of the 10 samples.

Die keramischen Heizgeräte, in denen keine Migration festgestellt wurde, wurden dem folgenden Zugversuch ausgesetzt (ein Test der Festigkeit der Anschlüsse): Eine Zugkraft wurde in solch eine Richtung daran angelegt, dass das Substrat und das Verbindungsteil eines jeden der keramischen Heizgeräte in sich gegenüberliegende Richtungen entlang der Achse des keramischen Heizgerätes gezogen wurden. Die Verbindungsteile brachen bei einer Belastung von 120 Newton (N).The ceramic heaters, in which no migration was detected, were the following tensile test suspended (a test of the strength of the connections): A tensile force was in such a direction is applied to the substrate and the connecting part of each of the ceramic heaters facing each other Directions pulled along the axis of the ceramic heater were. The joints broke at a load of 120 Newton (N).

Die obigen Testergebnisse zeigten das Folgende: Im Falle des Hartlötens mittels des Hartlotmaterials, das Silber als eine Hauptkomponente enthält, tritt, da die Hartlöttemperatur 840°C beträgt, eine Verringerung der Festigkeit des Verbindungsteils, das aus Nickel hergestellt ist, nicht auf, wodurch eine Anforderung an die Festigkeit des Verbindungsteils (100 N oder höher), die experimentell als ausreichend bestätigt wurde, erfüllt wird.The The above test results showed the following: In the case of brazing by means of brazing material containing silver as a main component, because the brazing temperature 840 ° C, a reduction the strength of the connecting part made of nickel is, not on, whereby a requirement for the strength of the connecting part (100 N or higher), which has been confirmed experimentally as sufficient.

Da das Hartlotmaterial aber Silber als eine Hauptkomponente enthält, neigt dieses dazu, dass Migration auftritt. Somit war die Gesamtbewertung nicht zufriedenstellend.There however, the brazing material contains silver as a main component This causes migration to occur. Thus, the overall rating was not satisfactory.

Als nächstes wurden 10 keramische Heizgeräte gemäß Vergleichsbeispiel 2 hergestellt. In Vergleichsbeispiel 2 wurden Verbindungsteile, die jeweils 100 Gew.-% Nickel enthielten und eine Dicke von 0,3 mm aufwiesen, an entsprechende Elektrodenanschlussflächen mittels eines Hartlotmaterials, das 100 Gew.-% Kupfer enthielt, verbunden. In diesem Fall betrug die Hartlöttemperatur 1100°C. Die 10 keramischen Heizgeräte gemäß Vergleichsbeispiel 2 wurden bezüglich des Auftretens von Migration in ähnlicher Weise zu dem oben erwähnten Verfahren getestet. In keinem der keramischen Heizgeräte wurde das Auftreten von Migration festgestellt.When next were 10 ceramic heaters according to the comparative example 2 produced. In Comparative Example 2, connecting parts, each containing 100 wt .-% nickel and a thickness of 0.3 mm, to corresponding electrode pads by means of brazing material containing 100% by weight of copper. In this case, the brazing temperature was 1100 ° C. The 10 ceramic heaters according to the comparative example 2 were re the appearance of migration in similar Way to the above Method tested. In none of the ceramic heaters was the occurrence of migration was detected.

Die keramischen Heizgeräte, in denen keine Migration festgestellt wurde, wurden bezüglich der Festigkeit der Anschlüsse in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben getestet. Die Verbindungsteile brachen bei einer Belastung von 90 N.The ceramic heaters, in which no migration was detected, were in terms of strength the connections in a similar Tested as described above. The connecting parts broke at a load of 90 N.

Durch die obigen Testergebnisse wurde bestätigt, dass im Falle des Hartlötens unter Verwendung eines Hartlotmaterials aus Kupfer, das Verbindungsteil aus Nickel geglüht und somit in seiner Festigkeit verringert wurde, da die Hartlöttemperatur 1100°C betrug. Obwohl aufgrund der Verwendung des Hartlotmaterials aus Kupfer Migration nicht auftrat, ergab sich für die keramischen Heizgeräte gemäß Vergleichsbeispiel 2 eine nicht zufriedenstellende Gesamtbewertung.By the above test results have been confirmed that in the case of brazing under Use of brazing material of copper, the connecting part annealed from nickel and thus decreased in strength because the brazing temperature was 1100 ° C. Although due to the use of copper brazing material migration did not occur, resulted for the ceramic heaters according to the comparative example 2 is an unsatisfactory overall rating.

Als nächstes wurden 10 keramische Heizgeräte gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Beispiel hergestellt. In dem vorliegenden Beispiel wurden Verbindungsteile, die aus einem plattierten Material aus Nickel und SUS430 hergestellt waren, mit entsprechenden Elektrodenanschlussflächen verbunden, wobei ein Hartlotmaterial, das 100% Kupfer enthielt, verwendet wurde. Die Herstellungsbedingungen einschließlich der Hartlöttemperatur waren die bereits beschriebenen. Die 10 keramischen Heizgeräte des vorliegenden Ausführungsbeispieles wurden bezüglich des Auftretens von Migration in einer ähnlichen Weise wie bereits beschrieben untersucht. In keinem der keramischen Heizgeräte wurde das Auftreten von Migration festgestellt.Next, 10 ceramic heaters according to the present invention example were prepared. In the present example, connectors made of a plated material of nickel and SUS430 were connected to respective electrode pads using a brazing material containing 100% copper. The manufacturing conditions including the brazing temperature were those already described. The 10 ceramics The heater of the present embodiment was examined for the occurrence of migration in a similar manner as already described. None of the ceramic heaters detected the occurrence of migration.

Die keramischen Heizgeräte, in denen das Auftreten von Migration nicht festgestellt wurde, wurden bezüglich der Festigkeit der Anschlüsse in einer ähnlichen Weise wie bereits beschrieben untersucht. Die Verbindungsteile brachen bei einer Belastung von 120 N.The ceramic heaters, in which the occurrence of migration was not detected in terms of the strength of the connections in a similar As already described examined. The connecting parts broke at a load of 120 N.

Mittels der oben beschriebenen Testergebnisse wurde bestätigt, dass sogar wenn die Festigkeit des Nickelteils, das zum Teil das Verbindungsteil bildete, als Folge des Glühens bei einer Temperatur von 1100°C vermindert wurde, die Gesamtfestigkeit des Verbindungsteils aufgrund des Vorliegens des SUS-Teils (SUS430) beibehalten wurde. Ferner trat keine Migration auf, da als Hartlotmaterial Kupfer verwendet wurde. Diese Merkmale sind vorteilhaft für die praktische Anwendung.through The test results described above have been confirmed that even if the strength of the Nickel part, which formed part of the connecting part, as a result of the glow at a temperature of 1100 ° C was reduced, the overall strength of the connecting part due the presence of the SUS part (SUS430) was maintained. Further No migration occurred because copper was used as the brazing material has been. These features are advantageous for practical use.

Wie oben beschrieben verwendet das keramische Heizgerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Verbindungsteil 130, das aus einem plattierten Material hergestellt ist, in dem das Nickelteil 131 und das SUS-Teil 132 in Schichten angeordnet sind. Das Hartlotmaterial 124 zum Hartlöten des Verbindungsteils 130 an die Elektrodenanschlussfläche 121 enthält Kupfer in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr. Da das Hartlotmaterial 124 kein oder kaum Silber enthält, kann das Auftreten von Migration verhindert werden.As described above, the ceramic heater uses 100 According to the present embodiment, a connecting part 130 which is made of a clad material in which the nickel part 131 and the SUS part 132 are arranged in layers. The brazing material 124 for brazing the connecting part 130 to the electrode pad 121 contains copper in an amount of 50% by weight or more. Because the brazing material 124 contains no or hardly any silver, the occurrence of migration can be prevented.

Obwohl das Hartlöten das Erhitzen auf eine Temperatur von 900°C oder höher erfordert, stellt das SUS-Teil 132, das in dem Verbindungsteil 130 vorliegt, eine Verstärkung bereit, um die Verminderung der Festigkeit des Nickelteils 131, die durch das mit dem Hartlöten einhergehende Glühen verursacht wird, zu kompensieren, wodurch die Festigkeit des Verbindungsteils 130 beibehalten wird.Although brazing requires heating to a temperature of 900 ° C or higher, the SUS part provides 132 that in the connecting part 130 present, a reinforcement ready to reduce the strength of the nickel part 131 which is caused by the annealing associated with the brazing, thereby compensating the strength of the joint 130 is maintained.

Aufgrund der Verwendung eines plattierten Materials, in dem das Nickelteil 131, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, und in dem das SUS-Teil 132, das eine hohe Härte aufweist, miteinander verbunden sind, kann das Verbindungsteil 130 im Gegensatz zu herkömmlichen Verbindungsteilen Festigkeit und gute Verarbeitbarkeit erreichen, während Leitfähigkeit beibehalten wird.Due to the use of a clad material in which the nickel part 131 having a high electrical conductivity and in which the SUS part 132 , which have a high hardness, are connected to each other, the connecting part 130 in contrast to conventional fasteners achieve strength and good processability while maintaining conductivity.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann sachgemäß angepasst werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.Even though The present invention will be described with reference to the embodiment has been, the present invention is not limited thereto, but can be adjusted properly without departing from the spirit of the invention.

Beispielsweise enthält das Hartlotmaterial 124, das in der obigen Ausführungsform verwendet wurde, 100 Gew.-% Kupfer. Das Hartlotmaterial ist aber nicht darauf eingeschränkt. Das Hartlotmaterial kann Gold (Au), Nickel (Ni), Palladium (Pd) oder ähnliches enthalten, unter der Voraussetzung, dass der Kupfergehalt mehr als 50 Gew.-% beträgt. Vorzugsweise enthält das Hartlotmaterial im Wesentlichenkein Silber, da Silber zur Migration neigt. Die Form des keramischen Heizgerätes ist nicht auf die Form einer runden Stange beschränkt, sondern kann auch eine flache Form annehmen.For example, contains the brazing material 124 used in the above embodiment, 100% by weight of copper. The brazing material is not limited thereto. The brazing material may contain gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd) or the like, provided that the copper content is more than 50% by weight. Preferably, the braze material substantially does not contain silver since silver tends to migrate. The shape of the ceramic heater is not limited to the shape of a round bar, but may also take a flat shape.

Die vorliegende Erfindung kann auf ein keramisches Heizgerät zum Erhitzen eines Sensorelements, das zur Aktivierung erwärmt werden muss, angewendet werden sowie auf ein keramisches Heizgerät zur Verwendung in einer Glühkerze zum Starten eines Dieselmotors.The The present invention can be applied to a ceramic heater for heating a sensor element which must be heated for activation applied As well as a ceramic heater for use in a glow plug for Starting a diesel engine.

100100

keramisches Heizgerätceramic heater

101101

keramisches Rohrceramic pipe

121121

ElektrodenanschlussflächeElectrode pad

122122

Nickel-PlattierungsschichtNickel-plating

124124

Hartlotmaterialbrazing

130130

Verbindungsteilconnecting part

131131

Nickelteilnickel part

132132

SUS-TeilSUS part

140140

ungesinterte Platteunsintered plate

141141

Hitze generierender Widerstandskörperheat generating resistor body

146146

ungesinterte Platteunsintered plate

Claims (10)

Keramisches Heizgerät (100) umfassend: ein keramisches Substrat mit einem darin integrierten Hitze generierenden Widerstandskörper (141); eine Elektrodenanschlussfläche (121) zur Versorgung des Hitze generierenden Widerstandskörpers (141) mit Elektrizität, wobei die Elektrodenanschlussfläche (121) am keramischen Substrat freiliegt und zumindest ein Element ausgesucht aus Wolfram und Molybdän in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr enthält; und ein Verbindungsteil (130), das die Struktur einer Lamination aus einem ersten Bauteil (131) und einem zweiten Bauteil (132) annimmt und mit der Elektrodenanschlussfläche (121) verbunden ist, wobei das erste Bauteil (131) Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr enthält und das zweite Bauteil (132) Eisen als einen Hauptbestandteil enthält sowie zumindest Chrom und 30 Gew.-% oder weniger Nickel; wobei die Elektrodenanschlussfläche (121) und das Verbindungsteil (130) unter Verwendung eines Hartlotmaterials (124) miteinander verbunden sind, das einen Kupfergehalt von mehr als 50 Gew.-% aufweist.Ceramic heater ( 100 ) comprising: a ceramic substrate having a heat generating resistive body integrated therein ( 141 ); an electrode pad ( 121 ) for supplying the heat-generating resistor body ( 141 ) with electricity, the electrode pad ( 121 ) is exposed on the ceramic substrate and contains at least one element selected from tungsten and molybdenum in an amount of 80% by weight or more; and a connecting part ( 130 ), the structure of a lamination from a first component ( 131 ) and a second component ( 132 ) and with the electrode pad ( 121 ), the first component ( 131 ) Contains nickel in an amount of 90% by weight or more and the second component ( 132 ) Contains iron as a main component and at least chromium and 30% by weight or less of nickel; wherein the electrode pad ( 121 ) and the connecting part ( 130 ) using a brazing material ( 124 ), which has a copper content of more than 50% by weight. Keramisches Heizgerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Nickelgehalt des zweiten Bauteils (132) 1 Gew.-% oder weniger beträgt.Ceramic heater ( 100 ) according to claim 1, wherein the nickel content of the second component ( 132 ) Is 1% by weight or less. Keramisches Heizgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Verbindungsteil (130) derart mittels eines Hartlotmaterials (124) mit der Elektrodenanschlussfläche (121) verbunden ist, dass sich das zweite Bauteil (132) auf einer der Elektrodenanschlussfläche (121) zugewandten Seite befindet.Ceramic heater ( 100 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the connecting part ( 130 ) by means of a brazing material ( 124 ) with the electrode pad ( 121 ), that the second component ( 132 ) on one of the electrode pads ( 121 ) facing side. Keramisches Heizgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hartlotmaterial zu 100 Gew.-% aus Kupfer besteht.Ceramic heater ( 100 ) according to any one of claims 1 to 3, wherein the brazing material consists of 100% by weight of copper. Keramisches Heizgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hartlotmaterial ein Metall ausgesucht aus der Gruppe aus Gold (Au), Nickel (Ni) oder Palladium (Pd) enthält.Ceramic heater ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the brazing material contains a metal selected from the group consisting of gold (Au), nickel (Ni) or palladium (Pd). Keramisches Heizgerät (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Hartlotmaterial einen Silbergehalt von 1 Gew.-% oder weniger aufweist.Ceramic heater ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the brazing material has a silver content of 1 wt .-% or less. Keramisches Heizgerät (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Bauteil (132) aus einem ferritischen Edelstahl, vorzugsweise SUS430, SUS410L oder SUS434 oder Kovar, gebildet ist.Ceramic heater ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the second component ( 132 ) is formed of a ferritic stainless steel, preferably SUS430, SUS410L or SUS434 or Kovar. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizgeräts (100), das ein keramisches Substrat mit einem darin integrierten Hitze generierenden Widerstandskörper (141), eine am keramischen Substrat freiliegende Elektrodenanschlussfläche (121), die so gestaltet ist, dass sie den Hitze generierenden Widerstandskörper (141) mit Elektrizität versorgt, und ein Verbindungsteil (130) umfasst, das mit der Elektrodenanschlussfläche (121) mittels eines Hartlotmaterials (124) verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: einen Plattierungsschritt zur Ausbildung einer Nickel-Plattierungsschicht auf der zumindest ein Element ausgewählt aus Wolfram und Molybdän in einer Menge von 80 Gew.-% oder mehr enthaltenden Elektrodenanschlussfläche (121); und einen Verbindungsschritt aus Ablegen des Hartlotmaterials (124), das einen Kupfergehalt von mehr als 50 Gew.-% aufweist, auf die Elektrodenverbindungsfläche (121) mit der darauf gebildeten Nickelplattierungsschicht; Ablegen des Verbindungsteils (130), das die Struktur einer Lamination aus einem ersten Bauteil (131) und einem zweiten Bauteil (132) annimmt und mit der Elektrodenanschlussfläche verbunden werden soll, auf dem Hartlotmaterial (124), wobei das erste Bauteil (131) Nickel in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr enthält und das zweite Bauteil (132) Eisen als eine Hauptkomponente enthält sowie zumindest Chrom und 30 Gew.-% oder weniger Nickel; und Erhitzen des erhaltenen geschichteten Körpers auf eine Temperatur von 900°C oder höher, um so das Hartlotmaterial zu schmelzen und damit die Elektrodenanschlussfläche (121) und das Verbindungteil (130) miteinander zu verbinden.Method for producing a ceramic heater ( 100 ) comprising a ceramic substrate having a heat-generating resistor body ( 141 ), an electrode pad exposed on the ceramic substrate ( 121 ) designed to receive the heat-generating resistor body ( 141 ) is supplied with electricity, and a connection part ( 130 ) connected to the electrode pad ( 121 ) by means of a brazing material ( 124 ), the method comprising the steps of: a plating step of forming a nickel plating layer on the at least one element selected from tungsten and molybdenum in an amount of 80% by weight or more 121 ); and a bonding step of depositing the brazing material ( 124 ), which has a copper content of more than 50% by weight, on the electrode connection surface ( 121 ) with the nickel plating layer formed thereon; Laying the connecting part ( 130 ), the structure of a lamination from a first component ( 131 ) and a second component ( 132 ) and is to be connected to the electrode pad, on the brazing material ( 124 ), the first component ( 131 ) Contains nickel in an amount of 90% by weight or more and the second component ( 132 ) Contains iron as a main component and at least chromium and 30% by weight or less of nickel; and heating the obtained layered body to a temperature of 900 ° C. or higher so as to melt the brazing material and thereby seal the electrode pad ( 121 ) and the connecting part ( 130 ) to connect with each other. Verwendung eines Heizgeräts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Sensorelement.Use of a heater according to one of claims 1 to 7 in a sensor element. Verwendung eines Heizgeräts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Glühkerze zum Starten eines Dieselmotors.Use of a heater according to one of claims 1 to 7 in a glow plug to start a diesel engine.