DE2851130C2

DE2851130C2 -

Info

Publication number: DE2851130C2
Application number: DE19782851130
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7146 Tamm De Mueller; Karl-Hermann Dipl.-Phys. Dr. 7250 Leonberg De Friese; Gerhard Dipl.-Phys. Dr. 7257 Ditzingen De Holfelder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-11-25
Filing date: 1978-11-25
Publication date: 1987-10-08
Also published as: DE2851130A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach der Gattung des Hauptan spruchs.

Aus der DE-OS 22 05 509 ist bereits ein Verfahren dieser Art be kannt, bei dem ein elektrisch leitender, metallhaltiger Belag im pastenartigen Zustand in Dickschichttechnik auf das Keramikplättchen aufgebracht und anschließed durch Erwärmung in das Plättchen ein gebrannt wird. Das fertige Bauelement bildet dann einen elektrischen Widerstand, der mehrere Teilwiderstände enthält.

Darüber hinaus ist es auch bekannt, den elektrisch leitenden Belag als Metallbelag, beispielsweise in Dünnschichttechnik, auf das Keramikplättchen aufzubringen. Hierbei kann der Einbrennvorgang unter Umständen entfallen.

Es hat sich nun gezeigt, daß auf solche Weise hergestellte Wider stände als Heizleiter verwendet werden können, z. B. anstelle eines Hitzdrahtes in einem Blinkgeber oder zur Aufheizung eines tempera turabhängigen Widerstandes, der beim Erreichen einer voreinge stellten Temperatur einen Schaltvorgang auslöst und auf diese Weise beispielsweise in einer elektrisch gesteuerten Einspritzanlage die Kraftstoff-Mehrmenge beim Start zeit- und/oder außentemperaturab hängig steuert.

Für derartige Anwendungszwecke ist es oft erwünscht, eine Strahlungskonzentration zur Fremdbeheizung zu erzielen, die durch eine Wölbung der strahlenden Fläche des Trägerkörpers erreicht werden kann, wenn der als Heizwiderstand dienende elektrisch lei tende Belag auf der konkaven Seite des Trägers angebracht ist. Andererseits soll die Möglichkeit geschaffen werden, eine Dispersion der Wärmestrahlung dadurch zu erreichen, daß die Heizfläche auf der konvexen Seite des Trägers angebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs eine Wölbung des im Ausgangszustand ebenen Keramikplättchens zu erreichen, damit der elektrisch leitende Belag des durch das Verfahren hergestellten elektrischen Bauelements im Betrieb die gewünschte Strahlungskonzentration oder -dispersion bewirkt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merk male des Hauptanspruchs gelöst. Weiterbildungen des erfindungs gemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 12. Die gewünschte Wölbung läßt sich bei Sintertemperaturen um etwa 1500°C dann erreichen, wenn der Trägerkörper aus vollstabilisiertem oder teilstabilisiertem Zirkonium-Oxid (ZrO₂) und die Überzugsschicht aus Aluminium-Oxid (Al₂O₃) hergestellt wird. Im Anspruch 13 wid eine besonders vorteilhafte Verwendung des nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten elektrischen Bau elements angegeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein rechteckiges Keramikplättchen, auf dessen eine Haupt oberfläche zur Erzielung einer Wölbung eine aus vier Streifen be stehende Überzugsschicht aufgebracht ist,

Fig. 2 die andere Hauptoberfläche des Keramikplättchens nach Fig. 1 mit einem darauf aufgebrachten mäanderförmigen elektrisch lei tenden Belag,

Fig. 3 das Keramikplättchen nach den Fig. 1 und 2 in dem durch das Sintern erreichten gewölbten Zustand,

Fig. 4 ein kreisscheibenförmiges Keramikplättchen, auf dessen eine Hauptoberfläche zur Erzielung einer Wölbung eine aus vier Sektoren bestehende Überzugsschicht aufgebracht ist,

Fig. 5 die andere Hauptoberfläche des Keramikplättchens nach Fig. 4 mit einem darauf aufgebrachten spiralförmigen elektrisch leitenden Belag,

Fig. 6 das Keramikplättchen nach den Fig. 4 und 5 in dem durch das Sintern erreichten kalottenförmigen Zustand.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist als Trägerkörper ein rechteckförmiges, in der Zeichnung stark vergrößert wiedergegebenes, in Wirklichkeit 0,5 bis 1,0 mm starkes Trägerplättchen aus gepreßtem vollstabili siertem oder teilstabilisiertem Zirkon-Oxid (ZrO₂) vorgesehen, welches an seiner Rückseite insgesamt vier parallel zueinander ver laufende, quer zur Längsrichtung des Trägerplättchens 1 gerichtete schichtförmige Überzugsstreifen 2 trägt. Diese bestehen aus Alu minium-Oxid (Al₂O₃) und haben ein wesentlich kleineres Schwind maß als das Zirkon-Oxid des Trägerplättchens 1. Bei der darge stellten Anordnung wird auf die aus Fig. 2 erkennbare Vorderseite des Trägerplättchens 1 durch eines der in der Dickschichttechnik üb lichen Verfahren, beispielsweise durch Drucken, Walzen, Rollen oder durch Sprühen oder Spritzen, ein dünner metallhaltiger Belag fest haftend aufgebracht, der aus zwei verstärkten Anschlußkontakten 3 und einem mäanderförmigen Leitungszug 4 besteht, welcher als Heiz leiter dient und sich stark erwärmen soll, wenn er bei dem vorge sehenen Betrieb in Kraftfahrzeugen zur Entwicklung von Wärme, die einem gegenüberstehenden Bauteil durch konzentrierte Strahlung zuge führt werden soll, von einem beträchtlichen elektrischen Strom durchflossen wird. Die vier Überzugsstreifen 2 befinden sich auf der Höhe der mäanderförmig aneinander sich anschließenden senkrechten und waagerechten Abschnitte des Leitungszuges 4.

Nach dem Aufbringen des metallhaltigen Belages 3, 4 wird das Träger plättchen 1 einem Sintervorgang bei etwa 1500°C unterworfen, wobei der Belag in den Werkstoff des Trägerkörpers einbrennt und dieser im Bereich seiner Vorderseite in der aus Fig. 3 erkennbaren Weise ein stärkeres Schwindmaß erleidet als auf seiner die Überzugsstreifen 2 tragenden Rückseite. Die Überzugsstreifen haben ein kleineres Schwindmaß und bewirken, daß sich das Trägerplättchen 1 in der jenigen Richtung zylindrisch verformt, in der die Überzugsstreifen 2 deutlich länger als breit sind.

Der Vorteil des erfindungsgemäße Verfahrens besteht einmal darin, daß ein gewölbter Keramikträger geschaffen werden kann, der im Halb zeugzustand eben ist und mit einem der bekannten, für ebene Teile üblichen Beschichtungsverfahren - beispielsweise durch Drucken - mit einer Heizung versehen werden kann, welche bei der durch diese Ver fahren erreichbaren geringen Breite und Schichtdicke des Leitungs zuges 4 auch auf kleiner Oberfläche des Trägerplättchens einen ver hältnismäßig großen elektrischen Widerstand ergibt. Auch die an der Rückseite des Trägerplättchens 1 angeordnete, streifenförmig aus gebildete "Verzugsschicht" 2 kann mit der gleichen Technik auf das Trägerplättchen aufgebracht werden.

Es ist indessen aber auch ohne weiteres möglich, den elektrisch leitenden Belag 3, 4 erst dann auf den keramischen Trägerkörper 1 aufzubringen, wenn der Trägerkörper bereits dem Sintervorgang unter worfen worden und dadurch in die gewünschte hohlzylindrische Form gebracht worden ist.

In den Fig. 4 bis 6 sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 3 versehen. Wie die Fig. 4 bis 6 erkennen lassen, ist hier ein vor dem Sintern ebenfalls ebener, jedoch kreisscheibenförmiger Trägerkörper 1 vorge sehen, welcher auf seiner in Fig. 4 dargestellten Rückseite vier sektorförmige, voneinander getrennte Überzugsflächen 2 aus Alu minium-Oxid (Al₂O₃) trägt. Diese Überzugsschicht bewirkt, daß sich infolge der unterschiedlich großen Schwindmaße beim Sintervor gang die Scheibe kalottenförmig zu der in Fig. 6 angedeuteten Ge stalt verformt und diese Gestalt nach dem Sintervorgang beibehält. Auf der konkaven Innenseite des Trägerkörpers befindet sich gemäß Fig. 5 eine spiralförmige Heizleiterschicht 4, welche am Rande des Trägerkörpers in zwei verstärkten Anschlußkontakten 3 endet und ent weder vor dem Sintervorgang auf das noch ebene Trägerplättchen 1 aufgedruckt, aufgewalzt oder mit einem anderen Verfahren aufgebracht wird oder nach dem Sintervorgang auf das bereits verformte Plättchen mit Hilfe einer eingelegten Maske aufgespritzt, aufgesprüht oder im Vakuum aufgedampft wird.

Infolge der durch den Sintervorgang erzeugten hohen Formstabilität weisen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, einen ge wölbten keramischen Träger aufweisende Heizbausteine auch über lange Betriebszeiträume gleichbleibende Strahlungseigenschaften auf und erlauben es daher, infolge der erreichten Strahlungskonzentration oder auch -dispersion bei kleinem elektrischem Leistungsbedarf in elektrischen Steuergeräten zuverlässige Wärmewirkungen hervorzurufen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauelements, das aus einem Keramikplättchen (1) und einem auf mindestens eine seiner bei den Hauptoberflächen aufgebrachten elektrisch leitenden, metallischen oder metallhaltigen Belag (3, 4) besteht, dadurch ge kennzeichnet, daß auf mindestens eine der beiden Hauptoberflächen des im Ausgangszustand ebenen Keramikplättchens (1) eine Über zugsschicht (2) aufgebracht wird, deren Material ein vom Material des Keramikplättchens (1) verschiedenes Schwindmaß aufweist, und daß nach dem Aufbringen der Überzugsschicht (2) ein Sinterprozeß durch geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (3, 4) vor dem Sinterprozeß auf mindestens eine der beiden Haupt oberflächen des Keramikplättchens (1) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (3, 4) nach dem Sinterprozeß auf mindestens eine der beiden Haupt oberflächen des Keramikplättchens (1) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenzeichnet, daß der Belag (3, 4) durch Sprühen, Spritzen oder Aufdampfen auf mindestens eine der beiden Hauptoberflächen des Keramikplättchens (1) aufge bracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (3, 4) durch Drucken, Walzen oder Rollen auf mindestens eine der beiden Hauptoberflächen des Keramikplättchens (1) aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Keramikplättchen (1) aus vollstabilisiertem oder teilstabilisiertem Zirkonium-Oxid (ZrO₂) und die Überzugsschicht (2) aus Aluminium-Oxid (Al₂O₃) hergestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterprozeß bei Temperaturen um etwa 1500°C durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß ein im Ausgangszustand rechteckiges Keramikplättchen (1) verwendet wird und daß der Belag (3, 4) mäanderförmig ausge bildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Über zugsschicht (2) auf mindestens eine der beiden Hauptoberflächen des Keramikplättchens (1) streifenförmig aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Über zugsschicht (2) in Form von Streifen aufgebracht wird, die quer zur Längsachse des im Ausgangszustand rechteckigen Keramikplättchens (1) verlaufen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß ein im Ausgangszustand kreisscheibenförmiges Keramik plättchen (1) verwendet wird und daß der Belag (3, 4) spiralförmig ausgebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (2) auf mindestens eine der beiden Hauptoberflächen segment- oder senktorförmig aufgebracht wird.

13. Verwendung eines nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten elektrischen Bauelements als Heizelement oder als Meßelement in einem insbesondere zum Betrieb eines Kraftfahr zeuges dienende elektrischen Steuergerät.