DE3924777A1

DE3924777A1 - Keramische heizvorrichtung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3924777A1
Application number: DE19893924777
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Kimura; Kazuho Tatematsu
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1989-07-26
Publication date: 1990-02-08

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.

Tabelle 1

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

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.

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.