DE3924777A1 - Keramische heizvorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Keramische heizvorrichtung und verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine keramische Heizvorrichtung
und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei ein elek
trischer Widerstand in eine Keramik auf Siliziumnitrid
basis eingebettet ist, die insbesondere für eine
Glühkerze mit schnellem Temperaturanstieg geeignet ist.
In den vergangenen Jahren wurde eine keramische Glüh
kerze zum Einsatz in Dieselmotoren auf den Markt ge
bracht. Bei diesem Glühkerzentyp besteht ein elektri
scher Heizwiderstand aus Carbid- oder Nitrid-Verbindun
gen mit mindestens einem der folgenden Metalle: Ti, Zr,
Hf, La, V, Nb, W oder ähnlichem.
Inzwischen wird anstelle einer Heizelektrode aus Metal
len wie Mo und W mit hohem Schmelzpunkt der Heizwider
stand in eine Keramik auf der Basis von Siliziumnitrid
eingebettet zum Verringern der thermischen Ausdehnungs
unterschiede zwischen dem Widerstand und der Keramik auf
Siliziumnitridbasis.
Ein Beispiel dieser keramischen Heizvorrichtung ist in
der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-3798, die
am 27. Januar 1987 veröffentlicht worden ist, beschrie
ben.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein Heizwiderstand
hergestellt durch Aufbringen einer Widerstandspulver
paste auf eine Außenfläche eines nicht gesinterten
keramischen Körpers. Bei dieser bekannten keramischen
Heizvorrichtung bestehen jedoch Probleme hinsichtlich
des gleichmäßigen Aufbringens der Paste, was zu Varia
tionen der Dicke der Paste führt und damit zu Ver
änderungen der elektrischen Widerstandswerte.
Außerdem ist es unbedingt erforderlich, in sich wieder
holenden Arbeitsschritten die Paste auf den nicht ge
sinterten keramischen Körper aufzubringen und diese zu
trocknen, um eine Dicke von nicht mehr als 0,1 mm zu
erhalten. Infolge dieser großen Zahl von Behandlungs
schritten sind die Herstellungskosten hoch.
Weiterhin wird beim Einbetten eines Heizwiderstands, der
in U-Form gestanzt ist, in eine zylindrische Keramik,
das Verhältnis der Breite zur Dicke des Widerstands
vergrößert, was eine höhere thermische Ausdehnung in
diametraler Richtung der keramischen Heizvorrichtung zur
Folge hat.
Andererseits sind Nitride und Carbide von metallischen
Verbindungen wegen ihres hohen Schmelzpunkts und ihres
niedrigen Widerstands von 1/10 000-1/1 00 000 Ohm×cm
als Heizwiderstand geeignet. Solche Widerstände werden
in eine Keramik auf der Basis von Siliziumnitrid (Si3N4)
eingebettet, um die Festigkeit und die Oxidationsbe
ständigkeit insgesamt zu erhöhen.
In dieser so zusammengesetzten keramischen Heizvorrich
tung fehlt die thermische Ausdehnung der Nitrid- und
Carbidverbindungen innerhalb von 4,0-10,0 X 1/1 000 000
(1/°C), während die Keramik auf Siliziumnitridbasis eine
thermische Ausdehnung von etwa 3,0 X 1/1 000 000 (1/°C)
aufweist.
Dies zeigt, daß zwischen den Verbindungen und der Kera
mik auf Siliziumnitridbasis ein wenn auch geringer
Unterschied der thermischen Ausdehnung besteht.
Selbst dieser geringe thermische Ausdehnungsunterschied
führt letztlich zu Rissen und Sprüngen in der auf Sili
ziumnitrid basierenden Keramik, weil die keramische
Heizvorrichtung unter Bedingungen betrieben wird, bei
denen sie immer wieder über einen großen Zeitraum einem
schnellen Temperaturanstieg ausgesetzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu
grunde, eine keramische Heizvorrichtung bereitzustellen,
bei der selbst unter Betriebsbedingungen mit wieder
holten schnellen Temperaturanstiegen über einen großen
Zeitraum hinweg Risse in einer Keramik auf Siliziumni
tridbasis wirksam vermieden werden.
Die Erfindung hat ferner zum Ziel, ein Verfahren zum
Herstellen einer keramischen Heizvorrichtung bereitzu
stellen, mit dem Dickenvariationen eines Heizwiderstan
des vermieden werden, so daß Abweichungen des
elektrischen Widerstandswerts verringert werden und
damit ein hochqualitatives Produkt geschaffen wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll insbesondere
ein Widerstand mit hoher Präzision herstellbar sein, so
daß Variationen des elektrischen Widerstands gering
sind. Weiterhin soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
das Verhältnis der Breite zur Dicke eines Widerstands
verringert werden, so daß eine im allgemeinen einheit
liche thermische Verteilung entlang der Durchmesser
richtung erhalten wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen
einer keramischen Heizvorrichtung mit folgenden Schrit
ten bereitgestellt: Mischen eines organischen Bindemit
tels und eines Pulvers einer elektrisch leitenden
Keramik als Hauptkomponente zum Bereitstellen einer
pastenähnlichen Substanz, Bilden einer unbearbeiteten
Lage (green sheet) durch Gießen der pastenähnlichen
Substanz in eine geeignete Gießplatte, Stanzen der
unbearbeiteten Lage zum Bereitstellen eines elektrischen
Widerstands, Einbetten des Widerstands in ein Keramik
pulver auf Siliziumnitridbasis und Sintern des Keramik
pulvers auf Siliziumnitridbasis mit einem geeigneten
Druck, der in Richtung entlang der Breite des elektri
schen Widerstands aufgebracht wird.
Erfindungsgemäß weist eine keramische Heizvorrichtung
eine elektrisch isolierende Keramik, die in der Form
einer Säule oder Platte gesintert ist, und einen in die
Keramik eingebetteten elektrischen Widerstand auf, wobei
die Keramik seltene Carbid- oder Nitridverbindungen von
mindestens einem der folgenden Metallen aufweist: Titan,
Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom,
Molybdän und Wolfram, wobei der Hauptheizabschnitt des
Widerstands im Querschnitt etwa 1/10 000 bis 1/38 des
Querschnitts der keramischen Heizvorrichtung entspricht,
und gleichzeitig der gesamte Querschnitt des Hauptheiz
abschnitts des Widerstands kleiner als 1/6 des Quer
schnitts der keramischen Heizvorrichtung entspricht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht einer keramischen Heizvorrich
tung zum Einsatz in einem Dieselmotor gemäß
einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
die teilweise im Schnitt dargestellt ist,
Fig. 2 eine Seitenansicht im Querschnitt entlang der
Linie A-A von Fig. 1,
Fig. 3 eine Aufsicht eines Heizwiderstands, der auch
in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 vorhanden
ist,
Fig. 4 eine Aufsicht eines Heizwiderstands gemäß
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 eine Aufsicht eines Teils eines Heizwider
stands, der gemäß einer weiteren Ausführungs
form der Erfindung in einem Hartlötverfahren
bearbeitet wird,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Verfah
rensschritts, bei dem ein Heizwiderstand
zwischen zwei gegossenen Keramiken integral
aufgenommen wird,
Fig. 7 eine Querschnittsansicht in Längsrichtung
eines Heizwiderstands in den gegossenen Kera
miken,
Fig. 8(a), (b) schematische Ansichten einer keramischen
Heizvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 9(a), (b) Ansichten, die ähnlich denen von Fig. 8
(a), (b) sind, die mit herkömmlichen
Verfahren hergestellt sind, und
Fig. 10(a), (b) Ansichten ähnlich denen von Fig. 8(a),
(b), die hergestellt sind nach einem
anderen Verfahren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1, 2 und 3 wird zunächst die
erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Eine keramische Heizvorrichtung (G) hat im ganzen eine
Säulenform und weist einen elektrischen Heizwiderstand 2
auf, der aus elektrisch leitender Keramik gesintert ist.
Der Heizwiderstand 2 ist eingebettet in einen Keramik
körper 1 auf Siliziumnitridbasis, der in der säulenar
tigen Ausführung gesintert ist.
Um den mittleren Abschnitt des Körpers 1 ist eine
metallische Hülse 3 befestigt, während eine metallische
Kappe 4 in das Ende des Körpers 1 eingepaßt und durch
Hartlöten befestigt ist.
Die derart zusammengesetzte Vorrichtung (G) ist in einer
metallischen Hülse 90 angeordnet, so daß eine Glühkerze
(B) zur Verwendung in einem Dieselmotor ausgebildet ist.
Die metallische Hülse 90 hat einen Gewindeabschnitt 91,
der in die Außenfläche eingeschnitten ist und eine
Sechskantmutter 92 auf ihrem rückwärtigen Ende zum
Befestigen der Glühkerze (B) an dem Motor.
Der Keramikkörper 1 auf Siliziumnitridbasis hat die Form
einer Säule von 3,5 mm Durchmesser und einen halbkugel
förmigen Kopf. Der vordere Abschnitt des Körpers 1, der
aus der Metallhülse 3 herausragt, dient als Hauptheiz
abschnitt, während der mittlere und der hintere Ab
schnitt des keramischen Körpers 1 wiederum als Kontakte
für die negative und positive Elektrode dienen.
Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, hat der elektrische
Heizwiderstand 2 im wesentlichen eine U-Form mit
gleichmäßiger Dicke und einem rechteckigen Querschnitt.
Ein vorderer Abschnitt 21 des Widerstands 2 hat eine
verringerte Breite und dient, wie zuvor beschrieben, als
Hauptheizabschnitt. Über dem Widerstand 2 nimmt die
Breite eines Schenkels 2 a stufenweise über Abschnitte 22
und 23 zu in Richtung zu dem Ende, das dem vorderen
Abschnitt 21 gegenüberliegt und dieses Ende dient als
Hartlötabschnitt 24 für eine Verbindung mit der metal
lischen Hülse 3. Das Ende des anderen Schenkels 2 b weist
gegenüber dem vorderen Abschnitt 21 eine Anschlußfahne
mit vergrößerter Breite auf, die als Hartlötabschnitt 25
zur Befestigung an der metallischen Kappe 4 dient. Die
Dicke (t) und die Breite (W 1) des vorderen Abschnitts 21
sind jeweils in Tabelle 1 angegeben.
Wenn der Querschnitt des vorderen Abschnitts 21 weniger
als 1/10 000 mm beträgt, wird der Widerstand für den
Arbeitseinsatz zu empfindlich, obwohl er noch herstell
bar ist.
In dem Heizwiderstand 2 beträgt der kleinste Abstand (d)
zwischen einer Mitte des vorderen Abschnitts 21 und der
Außenfläche des Körpers 1 mehr als das 0,15fache des
Durchmessers (3,5 mm) des Körpers 1.
Die metallische Hülse 3 ist an der Außenfläche der
keramischen Heizvorrichtung (G) befestigt und mittels
Hartlöten bei 24 mit dem Kontakt der negativen Elektrode
verbunden. Die Kappe 4 ist an dem Widerstand 2 mittels
Hartlöten an der Stelle 25 gesichert und mit einem
positiven Anschluß einer Spannungsquelle (nicht darge
stellt) verbunden.
Die keramische Heizvorrichtung ist gemäß der vorliegen
den Erfindung wie folgt herstellbar:
- (i) Es werden 70 Gew.-% Wolframcarbidpulver (WC)
mit einem durchschnittlichen Durchmesser von
0,5 µm und 30 Gew.-% Siliziumnitridpulver
(Si₃N₄) mit einem durchschnittlichen Duchmesser
von 1,5 µm verwendet. Dann wird das
Wolframcarbid (WC) unter Siliziumnitrid
(Si₃N₄)-Pulver mit zusätzlich 7 Gew.-% Polybutyral-Bindemittel
und geeigneten Anteilen
von Lösungamitteln wie Toluenen und Ethylalkohol
gemischt.
Die so hergestellte Mischung wird auf eine Gießplatte gegossen, so daß eine Rohplatte (green sheet) nach dem Verfahren von Dr. Blade hergestellt wird und wobei die Lösungsmittel durch Verdampfung entfernt werden. - (ii) Stanzen der Rohvorlage zum Herstellen eines U-förmigen Rohlings gemäß Fig. 3, der nach Abschluß einer Sinterung der Heizwiderstand 2 ist.
- (iii) Anschließend werden 90 Gew.-% Siliziumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,7 µm, 5 Gew.-% Aluminiumoxidpulver (Al₂O₃) und 5 Gew.-% Yttriumoxidpulver (Y₂O₃) abgewogen. Diese drei Pulverarten werden unter Zusatz von Ethylalkohol und einem organischen Bindemittel aus Ethylcellulose gemahlen und anschließend getrocknet, so daß eine Pulvermischung erhalten wird.
- (iv) In die Pulvermischung wird der Rohling eingebettet und gepreßt. Die so verpreßte Pulvermischung wird eine halbe Stunde lang bei einer Temperatur von 1750°C unter einem Druck von 300 kg/cm² gesintert, so daß ein gesinterter Körper erhalten wird.
- (v) Dann wird der gesinterte Körper geschliffen, so daß eine säulenartige Konfiguration mit einem Durchmesser von 3,5 mm erhalten wird, wobei die Lötabschnitte 24 und 25 außen frei liegen.
- (vi) Montieren der metallischen Hülse 3 und der Kappe 4 und Sichern durch Hartlöten an den Stellen 24 und 25 in der zuvor beschriebenen Weise.
In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Die keramische Heizvorrichtung (H) von Fig.
4 weist einen elektrischen Heizwiderstand 102 auf, der
im wesentlichen eine U-Form hat. Ein vorderer Abschnitt
121 des Widerstands 102 hat eine gleichmäßige Breite und
bildet einen Hauptheizabschnitt. An den hinteren Enden
des Widerstands 102 weisen beide Schenkel 102 a und 102 b
Anschlußfahnen 130 a, 130 b mit vergrößertem Querschnitt
auf, wobei diese zwischen Stufenabschnitten 126, 130 bis
zu den Hartlötabschnitten 124 und 125 gleichmäßig aus
gebildet sind. An den Hartlötabschnitten 124 und 125
bilden die Schenkel Anschlußfahnen 130 a, 130 b aus, die
sich über einen gestuften Abschnitt 123 nach außen er
strecken. Die Breite (W 1) und Dicke (t) des Widerstands
102 sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die
Querschnittsfläche des Hauptheizabschnitts so bestimmt,
daß sie 1/10 000-1/38 (0,25 mm2) mal so groß als der
Querschnitt der keramischen Heizvorrichtung (H) ist.
Der kleinste Abschnitt (d) (mehr als 0,525 mm) zwischen
einer Mitte des vorderen Abschnitts 121 und einer
Außenfläche eines keramischen Körpers wird so bestimmt,
daß er 0,15ma1 größer als der Durchmesser des kerami
schen Körpers ist.
In Tabelle 1 sind die Vergleichswiderstände mit markiert.
Der untere Grenzwert von 1/10 000 ergibt sich daraus,
daß der Widerstand mit einem Querschnitt von 0,01 mm2
nicht ohne weiteres in den keramischen Körper einge
bettet werden und anschließend im praktischen Betrieb
eingesetzt werden kann.
Wenn die gesamte Querschnittsfläche des vorderen
Abschnitts 121 größer als 1/6 der Fläche der keramischen
Heizvorrichtung ist, führt die wiederholte Beanspruchung
wegen der vergrößerten Heizfläche zur Bildung von Rissen
auf dem keramischen Körper.
Die keramischen Heizvorrichtungen (G) und (H) wurden
zusammen mit den Vergleichsvorrichtungen folgendem Ver
such unterzogen:
- (a) Es wurden 11 Typen von jeweils drei keramischen Heizvorrichtungen (G) und 6 Typen von jeweils drei keramischen Heizvorrichtungen (H) vorbereitet. Die Vorrichtungen hatten jeweils unterschiedliche Breiten (W 1) und Dicken (t) entsprechend der Tabelle 1. Wenn die Querschnittsfläche des Haupt heizabschnitts kleiner als 1/38 der Fläche der keramischen Heizvorrichtung ist, bedeutet dies, daß der andere Schenkel des Hauptheizabschnitts im Querschnitt kleiner als 0,25 mm2 ist.
- (b) Diese keramischen Heizvorrichtungen (G) und (H) werden mit einer Spannungsquelle verbunden und eine Minute lang bei einer Temperatur von 1200°C ein- und ausgeschaltet und anschließend eine Minute lang mit einem Gebläse rasch heruntergekühlt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Mit den Vorrichtungen (G) und (H) wurden folgende Vor
teile erzielt.
Der Widerstand wird aus einem Rohblatt gestanzt, so daß
die Form des Widerstands leicht veränderbar ist, zum
Bestimmen des gewünschten Widerstandswerts, der thermi
schen Verteilung und der Temperaturcharakteristik.
Die Vorrichtung (G) gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung hat insbesondere die folgenden Vorteile.
Die Querschnittsfläche des Hauptheizabschnitts ist
kleiner als 1/38 der Fläche der keramischen Heizvor
richtung, das bedeutet, daß der andere Schenkel des
Hauptheizabschnitts im Querschnitt kleiner als 0,25 mm2
ist.
Es hat sich gezeigt, daß eine Anordnung mit diesen
Abmessungen bei einem Versuch mit 20 000 wiederholten
Zyklen zu keinen Rissen in dem Körper 1 auf Siliziumni
tridbasis führt.
Es werden relativ große Abmessungen bei einem geringen
Abstand (d) realisiert, so daß thermische Variationen in
der Durchmesserrichtung verringert sind, was zu einer
geringeren Beanspruchung des vorderen Abschnitts 21
führt, wenn dieser infolge der großen Temperaturun
terschiede abgekühlt wird.
Weiterhin hat die Vorrichtung (H) insbesondere nach der
zweiten Ausführungsform der Erfindung folgende Vortei
le.
Die Querschnittsfläche des Hauptheizabschnitts ist
kleiner als 1/38 der Fläche der keramischen Heizvor
richtung, d.h. daß der Querschnitt des anderen Schenkels
des Hauptheizabschnitts kleiner als 0,25 mm2 ist.
Außerdem beträgt der Abstand (d) zwischen der Mitte des
vorderen Abschnitts 121 und der Außenfläche des Ke
ramikkörpers mehr als das 0,15fache des Durchmessers des
keramischen Körpers.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Anordnung mit den
genannten Abmessungen bei einem Versuch mit 20 000
wiederholten Zyklen nicht zu Rissen in dem Körper auf
Siliziumnitridbasis führt.
Da der Widerstand 102 eine U-Form aufweist, kann der
Widerstand 102 in einfacher Weise in der Nähe der Ober
fläche des Körpers aus Siliziumnitridbasis angeordnet
werden, so daß der für eine Glühkerze gewünschte
schnelle Temperaturanstieg möglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
kann der vordere Abschnitt des Widerstands in der Form
eines doppelten U′s ausgebildet sein. Ebenso kann der
Widerstand Elektroden an der Oberfläche des Körpers auf
Siliziumnitridbasis aufweisen. Wenn der Widerstand und
die Metallhülsen bei 24, 25 hartgelötet werden, werden
der Widerstand und die Metallhülse heißgepreßt, wobei
ein Metall 27 mit hohem Schmelzpunkt (z.B. Wolfram,
Blei) auf der Hülse 3 angeordnet wird, so daß die Hart
lötung, wie in Fig. 5 zu sehen ist, noch stabiler wird.
Dies kann in gleicher Weise für die metallische Kappe 4
durchgeführt werden.
Der Hauptheizabschnitt des Widerstands kann sowohl ab
geschrägt wie auch abgestuft sein, so daß der bestimmte
Widerstandswert, thermische Verteilung und Temperatur
charakteristik erhalten wird. Der hintere Abschnitt des
Widerstands hat vorzugsweise eine größere Dicke und
Breite, so daß der Stromfluß erleichtert wird.
Die keramische Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist einsetzbar bei Heizplatten, Klimaanlagen,
Vorheizeinrichtungen für Zündanlagen und Vorheizvor
richtungen für angesaugte Luft.
Der Widerstand kann alternativ mit Hilfe von bekannten
Verfahren wie Spritzguß- und Siebdruck-Verfahren an
stelle von Stanzen hergestellt werden.
Bei einem alternativen Verfahren zum Herstellen einer
keramischen Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Er
findung wird folgende Behandlung in dem zuvor beschrie
benen Verfahren in der Stufe (iv) hinzugefügt.
Das Keramikpulver wird zum Bilden von zwei halbkreis
förmigen verdichteten Körpern 202, wie in Fig. 6 zu
sehen, verwendet. Ein Widerstand 201 wird zum Bilden
eines Elektrodenpaars 203 aus einem Vorlageblatt her
ausgestanzt, zwischen die verdichteten Körper gelegt und
mittels Heißpressen, wie in Fig. 7 dargestellt, gesin
tert.
In diesem Fall wird, wie mit den Pfeilen (Ap) in Fig. 8
(a), (b) ein Druck in geeignetem Ausmaß auf die gesin
terte Keramik in einer solchen Weise ausgeübt, daß der
U-förmige Widerstand 201 in Richtung seiner Breite der
art zusammengedrückt wird, daß der Abstand zwischen den
Schenkeln 201 a, 201 b des Widerstands 201 etwas geringer
wird.
Fig. 9(a), (b) zeigt zum Vergleich ein Beispiel, bei
dem ein Widerstand, wie mit dem Pfeil in Fig. 10(a),
(b) angegeben, in Dickenrichtung zusammengepreßt wird.
Diese entspricht der Druckrichtung und ist im wesentli
chen senkrecht zu der Breitenrichtung.
Gemäß dem Verfahren nach Fig. 10(a), (b) ergibt sich,
daß die Dicke sowohl des Widerstands als auch des
gesinterten Keramikkörpers wesentlich verringert ist.
Fig. 9(a), (b) zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem wie
beim herkömmlichen Verfahren kein zusätzlicher Druck auf
den gesinterten Keramikkörper ausgeübt wird.
Das Beispiel von Fig. 9(a), (b) hat gezeigt, daß der
gesinterte Keramikkörper zusammen mit dem Widerstand in
gleicher Richtung schrumpft.
Eine Röntgenuntersuchung hat ergeben, daß der Widerstand
201 in der Breitenrichtung um 57% (50 bis 65%) zusam
mengepreßt worden ist und andererseits, daß der Druck in
Richtung des Pfeils (Ap) im wesentlichen keinen Einfluß
auf die Dicke des Widerstands 201 hat, wodurch dessen
Dicke im wesentlichen unverändert blieb. Dies führt
dazu, daß das Verhältnis der gesamten Breite zur Dicke
des Widerstands 201 um 57% (50-65%) verringert worden
ist.
Der gesinterte Keramikkörper wird in eine Säulenform mit
einem Durchmesser von 3,5 mm und einer Länge von 40 mm
geschliffen.
Die äußeren Abschnitte 203, die durch das Schleifen
vortraten, werden zum Bilden eines Elektrodenpaars
metallisiert. Über die Elektroden 203 wird der Wider
stand 201 mit Spannung versorgt. Es hat sich herausge
stellt, daß der thermische Unterschied in
Durchmesserrichtung des gesinterten Keramikkörpers etwa
50°C beträgt, was für einen praktischen Einsatz des
Produkts akzeptabel ist.
Demgegenüber ist bei dem Vergleichsobjekt von Fig. 9
(a), (b) das Verhältnis von Breite zu Dicke unverändert
geblieben, während das Verhältnis bei dem Vergleichsob
jekt von Fig. 10(a), (b) sich auf 1,73 (1/0,57) ver
größert hat.
Bei dem ersten und letzten Vergleichsobjekt beträgt die
Temperaturdifferenz in Durchmesserrichtung des gesin
terten Keramikkörpers etwa 150 bzw. 300°C, und ist damit
für den praktischen Einsatz nicht akzeptabel.
Weiterhin hat sich gezeigt, daß die Dimensionsvaria
tionen des Widerstands 201 sehr stabil sind und zwar in
einem Maß, das durch folgende Formel nach statistischen
Berechnungen ausgedrückt werden kann: 3σ / ≃ 2,7%.
Claims (4)
1. Verfahren zum Herstellen einer keramischen Heiz
vorrichtung mit den folgenden Schritten:
Mischen eines organischen Bindemittels und eines Pulvers aus elektrisch leitender Keramik als Hauptbestandteil zum Herstellen einer pastenähnli chen Substanz,
Formen eines Vorlageblatts durch Gießen der pastenähnlichen Substanz in eine geeignete Gieß p1atte,
Stanzen des Vorlageblattes zum Bereitstellen eines elektrischen Widerstands,
Einbetten des Widerstands in ein Keramikpulver auf Siliziumnitridbasis, und
Sintern des Keramikpulvers auf Siliziumnitridbasis, wobei ein Druck in geeigneter Höhe in eine Richtung entlang der Breitenrichtung des elektrischen Widerstands ausgeübt wird.
Mischen eines organischen Bindemittels und eines Pulvers aus elektrisch leitender Keramik als Hauptbestandteil zum Herstellen einer pastenähnli chen Substanz,
Formen eines Vorlageblatts durch Gießen der pastenähnlichen Substanz in eine geeignete Gieß p1atte,
Stanzen des Vorlageblattes zum Bereitstellen eines elektrischen Widerstands,
Einbetten des Widerstands in ein Keramikpulver auf Siliziumnitridbasis, und
Sintern des Keramikpulvers auf Siliziumnitridbasis, wobei ein Druck in geeigneter Höhe in eine Richtung entlang der Breitenrichtung des elektrischen Widerstands ausgeübt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elektrische
Widerstand eine U-Form aufweist und der Druck in
einer Richtung ausgeübt wird, die einen Abstand
zwischen Schenkeln des Widerstands beim Sintern des
Keramikpulvers verkürzt.
3. Keramische Heizvorrichtung mit einer elektrisch
isolierenden Keramik, die in der Form einer Säule
oder Platte gesintert ist und mit einem elektri
schen Widerstand, der in der Keramik eingebettet
ist, wobei der Widerstand aus Nitrid-oder Carbid-
Verbindungen von mindestens einem der folgenden
Metalle Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob,
Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Hauptheizabschnitt des Widerstands im
Querschnitt 1/10 000 bis 1/38 mal so groß wie der
Querschnitt der keramischen Heizvorrichtung ist und
zur gleichen Zeit der Gesamtquerschnitt des Haupt
heizabschnitts des Widerstands kleiner als 1/6 des
Querschnitts der keramischen Heizvorrichtung ist.
4. Keramische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, wobei
ein kleinster Abstand zwischen der Mitte des
Hauptheizabschnitts des Widerstands und einer
Außenfläche der isolierenden Keramik, größer gleich
das 0,15fache des Außendurchmessers oder der Dicke
der keramischen Heizvorrichtung ist, aber kleiner
als das 0,5fache des Außendurchmessers oder der
Dicke der keramischen Heizvorrichtung ist.
Applications Claiming Priority (2)
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