DE10004176A1

DE10004176A1 - Elektrisches Heizelement

Info

Publication number: DE10004176A1
Application number: DE2000104176
Authority: DE
Inventors: Lutz Ose; Eugen Wilde; Willi Essig
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2001-08-02

Abstract

Die Erfindung schafft ein elektrisches Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, welches aus halbleitender Keramik besteht und einen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist. Der Temperaturkoeffizient ist über den gesamten Betriebs-Temperaturbereich durchgehend negativ. Als Material für das Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) bietet sich Siliziumcarbid in dotierter Form an. Ein solches Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) kann beispielsweise stabförmig in einem Strahlheizkörper (11) oder folienförmig in der Unterseite einer Kochplatte (30) eines Kochfeldes (31) eingesetzt werden. Die elektrische Leitfähigkeit des Materials des Heizelements (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) kann durch die Stickstoffaufnahme während eines dem Sinterprozeß nachgeschalteten Nachglühens unter Stickstoffatmosphäre eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement, insbe sondere für einen Strahlheizkörper eines Elektroherdes, das aus halbleitender Keramik besteht sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Die DE 296 19 759 U1 offenbart einen elektrischen Strahlungs heizer mit einem elektrischen Widerstandheizelement, das einen sich ändernen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist. In einem ersten Temperaturbereich, der von 0°C bis mindestens 700°C reicht, ist der Temperatur koeffizient negativ. In einem sich an den ersten Temperatur bereich anschließenden zweiten Temperaturbereich soll der Temperaturkoeffizient positiv sein. Auf diese Weise soll sich das Widerstandsheizelement in dem zweiten Temperaturbe reich selber abregeln bzw. nach anfänglich sehr schnellem Anglühen ein weiteres Ansteigen der Temperatur über einen kritischen Wert selber begrenzen.

AUFGABE UND LÖSUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs erwähntes Heizelement zu schaffen, das ein schnelles Anheizen ermöglicht sowie gut regelbar ist und allgemein gute Heizei genschaften aufweist sowie ein Verfahren zu dessen Herstel lung zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Heizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß soll das Heizelement einen negativen Tempera turkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes aufweisen, wobei dieser Temperaturkoeffizient vorzugsweise über einen weiten Temperaturbereich, beispielsweise einen die übliche Betriebstemperatur eines Heizers abdeckenden bzw. überstei genden Temperaturbereich, negativ ist. Da eine die Betriebs temperatur eines solchen Heizers deutlich übersteigende Temperatur im Betrieb möglichst vermieden werden sollte, zählt im wesentlichen das Verhalten innerhalb dieses Be reichs. Die maximale Betriebstemperatur des Heizelements liegt weit über 1.000°C, beispielsweise bei 1.300°C, vor zugsweise bei maximal 1.600°C, insbesondere knapp darunter. Innerhalb dieses Betriebs-Temperaturbereiches soll der Temperaturkoeffizient erfindungsgemäß nicht positiv werden, vorzugsweise stets im negativen Bereich bleiben.

Der Vorteil eines durchgängig negativen Temperaturkoeffizien ten liegt nicht nur in der dadurch erreichten schnelleren Aufglühzeit sowie kürzeren Anheizphase, da zu höheren Tempe raturen hin kein "Abbremsen" des Heizelements erfolgt. Insbesondere wird der Anschaltstrom zwar im ersten Moment gedämpft, danach kann er jedoch schnell ansteigen und eventu ell weitere mit dem erfindungsgemäßen Heizelement zusammenge schaltete Heizeinrichtungen zu stärkerer Heizleistung brin gen. Zur Regelung eines erfindungsgemäßen, "sehr schnellen" Heizelements sollten Temperaturüberwachungsmittel vorgesehen sein, die das Heizelement vor Überschreiten des Betriebs- Temperaturbereiches bzw. einer Maximaltemperatur bewahren. Vorteilhaft sind die Temperaturüberwachungsmittel als sehr reaktionsschnell ausgebildet. Insgesamt kann damit eine sehr schnell ansprechende und wirkende Heizeinrichtung geschaffen werden, die auch aufgrund des im wesentlichen geradlinigen Verhaltens des Heizelementes gut regelbar ist.

Das Material des Heizelements ist vorteilhaft siliziumhaltig, insbesondere kann es Siliziumcarbid enthalten. Weitere Möglichkeiten sind SiSiC, RbSiC sowie SiN. Alternativ zur Verwendung von Silizium kann Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder AlN verwendet werden. Ein siliziumhaltiges Material kann auch MoSi₂ sein, das unter dem Handelsnamen "Kanthal-Super" erhältlich ist. Bevorzugt ist das Material des Heizelements bzw. dieses selber gesintert. Das Material kann zum Ober flächenschutz an seiner Oberfläche mit Siliziumoxid überzogen sein.

Besonders bevorzugt wird dotiertes Siliziumcarbid, wobei es vorteilhaft mit Stickstoff dotiert ist, oder alternativ reaktionsgebundenes Siliziumcarbid.

Das Material bzw. die Keramik kann vorteilhaft porös sein. Eine weitergehende Möglichkeit sieht sogar ein aufgeschäumtes Material vor, wobei es vorzugsweise eine siliziumhaltige Beschichtung aufweist. Die Beschichtung bzw. eine Siliziumin filtration kann beispielsweise unter reaktivem Gas stattfin den.

Das Heizelement kann eine längliche Form aufweisen, insbeson dere wenigstens einen stabförmigen Abschnitt. Beispielsweise kann es sich über eine Heizzone eines Strahlheizkörpers eines Elektroherdes quer erstrecken. Eine weitere Möglichkeit ist eine zickzack- oder mäanderförmige Ausbildung eines länglichen Heizelementes, wobei eine größere Fläche überdeckt werden bzw. benachbart sein soll.

Alternative Formen für ein Heizelement sehen eine flächige Ausbildung vor, beispielsweise in dünner Form und nach Art einer Folie oder dergleichen.

Zur mechanischen Verstärkung des Heizelementes kann es faser verstärkt sein. Hierfür bieten sich beispielsweise Keramik fasern an, die in das Ausgangsmaterial vor einem Sinterpro zeß zur Keramik eingelegt werden können.

Der Wert für die Oberflächenbelastung des Heizelementes liegt bei ca. 11,8 W/cm² im Bereich von etwa 1.200°C, und bei ca. 16 W/cm² bei etwa 1.300°C.

Des weiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstel lung eines elektrischen Heizelementes mit einem inhärenten negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Wider stands des Heizelementes geschaffen, wobei das Heizelement insbesondere nach einer der vorstehend beschriebenen Möglich keiten ausgebildet ist. Erfindungsgemäß besteht das Heizele ment aus einer halbleitenden Keramik, die zur Abschwächung des negativen Temperaturkoeffizienten mit einem Dotiermate rial dotiert wird, wobei in dem Ausgangsmaterial Nanoteilchen enthalten sind, durch die eine Restporosität der Keramik nach einem Sinterprozeß des Ausgangsmaterials einstellbar ist. Die Restporosität dient zur Diffusion von gasförmigem Dotiermaterial und demzufolge zur Dotierung des Materials mit einem Dotiermaterial.

Insbesondere kann das Ausgangsmaterial verdichtet werden, vorzugsweise drucklos bis zur einer relativen Dichte von 80% bis 95%, insbesondere ca. 90%. In dem Ausgangsmaterial, das in Pulverform vorliegen kann, kann bereits ein Binder enthal ten sein. Bei einem nachfolgenden Sinterprozeß entsteht die Porosität der Keramik durch die Nanoteilchen. Als Nanoteil chen können beispielsweise nanoskaliger Kohlenstoff und/oder submikrones Borcarbid verwendet werden, die als Sinteraddi tive beigefügt sind. Somit ist durch die Menge der beigefüg ten Sinteradditive das Maß der Porosität der Keramik sowohl hinsichtlich Porendichte als auch Porengröße einstellbar.

Nach dem Sinterprozeß wird die Keramik bevorzugt in einer Atmosphäre nachgeglüht, die das Dotiermaterial enthält. Dotiert wird vorzugsweise mit Stickstoff. Dabei kann das Dotiermaterial aus der Atmosphäre in die Keramik eindiffun dieren, insbesondere in vorhandene Poren. Über die Dauer des Nachglühens kann die Stickstoffaufnahme der Keramik einge stellt werden. Da die Stickstoffaufnahme der Keramik die elektrische Leitfähigkeit bzw. den Temperaturkoeffizienten beeinflußt, können somit die oben erwähnten, vorteilhaften Eigenschaften bezüglich des Temperaturkoeffizienten der Keramik eingestellt werden. Das Nachglühen kann beispielswei se bei Temperaturen um die 2200°C stattfinden.

Des weiteren kann erfindungsgemäß eine elektrische Heizein richtung mit einem vorstehend beschriebenen Heizelement geschaffen werden, wobei die Heizeinrichtung eine dem Heiz element zugeordnete Temperatur-Überwachungseinrichtung mit Steuermitteln für die Beeinflussung des Heizelements auf weist. Die Heizeinrichtung weist vorzugsweise sogenannte Strahlheizkörper unter einem Kochfeld, beispielsweise aus Glaskeramik, auf.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus den Beschreibungen und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Heizelements, das speichenförmig in einem Isolierkörper angeordnet ist,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch einen Strahl heizkörper ähnlich Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Keramikkochplatte mit einem erfindungsgemäßen folienartigen Heizele ment,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch einen alterna tiven Strahlheizkörper,

Fig. 5 eine Schrägansicht eines Heizelementes samt angeformtem Rand mit Abstandshalter und

Fig. 6 eine Variation des Strahlheizkörpers aus Fig. 1 mit unterschiedlichen Heizelementen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Fig. 1 zeigt schematisch in Schrägansicht einen Strahl heizkörper 11, der aus einem tellerförmigen Isolierträger 12 mit einem rohrstutzenförmigen Isolierrand 13 besteht. Iso lierträger 12 und Isolierrand 13 können eventuell in einer Trägerschale oder dergleichen, beispielsweise aus dünnem Blech, angeordnet sein.

Auf dem Isolierträger 12 befindet sich eine speichenförmige Anordnung von Heizstäben 15, die in einem zentralen Mittel teil 16 zusammenlaufen. Die Heizstäbe 15 bestehen aus hoch kant angeordneten, rechteckförmig profilierten langen Stäben. Sie bestehen aus einem halbleitenden Keramikmaterial, bei spielsweise dotiertem Siliziumcarbid. Ein elektrischer Anschluß erfolgt über die Enden der Stäbe 15, in der Fig. 1 somit einerseits über das zentrale Mittelteil 16 sowie andererseits über eine Anschlußsteckfahne 18 am anderen Ende. Durch entsprechende Ausnehmungen in dem Isolierrand 13 bzw. dem Isolierkörper 12 ragen die Anschlußfahnen 18 nach außen. Die Anschlußsteckfahnen 18 können beispielsweise aus Metall sein und mittels einer Keramiklötung an den Heizstäben 15 befestigt sein zum elektrischen Anschluß. Von dem Mittel teil 16 geht ein Anschlußkabel 19 ab. An dem nach rechts wei senden Heizstab 15 ist ein Anschlußkabel 20 samt Steckerbuch se 21, welche die Anschlußsteckfahne 18 übergreift, ange schlossen. Sämtliche Heizstäbe 15 weisen Anschlußkabel mit Steckerbuchsen dieser Art auf, diese Anschlüsse sind jedoch der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt.

Die Heizstäbe 15 können im wesentlichen aus homogenem Materi al bestehen. Der Anschluß an ein stromleitendes Mittelteil aus Metall kann beispielsweise über Keramiklöten oder der gleichen erfolgen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, den Heizstab 15 durch Änderung seines Materi als, insbesondere durch unterschiedliche Dotierung der Enden im Vergleich zu dem Mittelteil des Stabes 15, stärker leit fähig zu machen für einen verbesserten Anschluß bzw. bessere Stromeinleitung.

Oberhalb der von den Heizstäben 15 bedeckten Fläche, also im Bereich einer auf diese Weise gebildeten Heizzone 23, ver läuft ein stabförmiger Fühler 25 eines bekannten Temperatur wächters 26. Er ist an der Außenseite des Isolierrandes 13 angeordnet. Bei Überschreiten einer gewissen einstellbaren Temperatur in der Heizzone 23 schaltet der Temperaturwächter 26 die elektrische Versorgung von den Heizstäben 15 ab bzw. die Leistung zumindest teilweise zurück, um so die Temperatur des Strahlheizkörpers zu regeln bzw. eine Überhitzung zu vermeiden. Da die Heizstäbe 15 erfindungsgemäß vorteilhaft sehr schnell hohe Temperaturen erreichen, besteht die Anfor derung an den Temperaturwächter 26, Übertemperaturen schnell erkennen und die Heizeinrichtung abschalten zu können. Durch die Anordnung mehrerer Heizstäbe ist es bei einem solchen Strahlheizkörper 11 möglich, nach Erreichen einer gewissen Temperatur, insbesondere im wesentlichen einer Maximaltempe ratur, einen Teil der Heizeinrichtung abzuschalten und beispielsweise nur mit einzelnen oder einer Gruppe von beispielsweise drei Heizstäben 15 weiterzuheizen.

Sind Isolierträger 12 und Isolierrand 13 in einem metalli schen Träger oder dergleichen angeordnet, so ist auf Einhal tung elektrischer Isolationsvorschriften zwischen den elek trischen Anschlüssen für die Heizstäbe 15 und dem metalli schen Träger zu achten.

Die Fig. 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Strahl heizkörper 11 ähnlich Fig. 1, wobei die Schnittebene im wesentlichen senkrecht zu dem Fühler 25 verläuft. Hier ist zu erkennen, wie die Heizstäbe 15 von dem Mittelteil 16 ausge hend Durchmesser bzw. Radien des Isolierträgers 12 bilden. Der Mittelteil 16 kann aus einem separaten Bauteil bestehen, in welches die Heizstäbe 15 eingeführt, fixiert und elek trisch kontaktiert werden. Es weist ein Anschlußkabel 19 auf, das durch eine Öffnung in dem Isolierträger nach unten verläuft. Durch die sternförmige Anordnung mehrerer Heizstäbe 15 ähnlich Fig. 1 kann eine relativ gleichmäßige Beheizung der Heizzone 23 erzielt werden. Darüber ist in Fig. 2 eine Glaskeramikplatte 28 eines Kochfeldes gelegt, die von unten mittels des Strahlheizkörpers 11 beheizt wird.

Links ist in der Fig. 2 zu sehen, wie eine unbestückte Anschlußsteckfahne 18 über den Isolierrand 13 übersteht. Rechts in der Fig. 2 ist an eine solche Anschlußsteckfahne 18 eine Steckerbuchse 21 samt Anschlußkabel 20 angeschlossen. Über die Anschlußkabel 19 und 20 kann der in Fig. 2 rechte Heizstab an eine Betriebsspannung, insbesondere Netzspannung, angeschlossen und betrieben werden.

Die Fig. 3 zeigt als vorteilhafte alternative Ausführung der Erfindung eine Kochplatte 30, die zum Teil in eine Öffnung eines Kochfeldes 31 eingesetzt ist. An der Unterseite der Kochplatte 30 ist eine flache und flächige Heizungseinrich tung 32 angebracht, die aus einem halbleitendem Keramikmaterial, vorzugsweise dotiertem Siliziumcarbid, besteht. Die Heizungseinrichtung 32 kann nach Art eines dünnen Materials, im wesentlichen ein Flachmaterial ähnlich einer Folie, ausgebildet sein. Die Dicke kann wenige Millimeter bis zu unter einem Millimeter betragen. Von der Form her kann sie nach Art solcher bekannter Heizeinrichtungen ausgebildet sein, beispielsweise Dickschichtheizeinrichtungen. Die Form entspricht beispielsweise einer Stern- oder Speichenform, ähnlich einem Rad. Des weiteren sind mäanderförmige Ausbil dungen oder dergleichen möglich. Für den elektrischen An schluß sind zwei Anschlußkabel 34 und 35 vorgesehen, die an Betriebsspannung, vorzugsweise Netzspannung, geführt sind.

Da die Heizungseinrichtung 32 unter Spannung steht, insbeson dere Netzspannung, sollte die Kochplatte 30 aus einem isolie renden Material bestehen oder eine solche Isolierung aufwei sen. Eine Möglichkeit ist eine keramische Isolierschicht an ihrer Unterseite, auf der die Heizungseinrichtung 32 aufge bracht ist. Eine zweite, bevorzugte Möglichkeit sieht vor, die Kochplatte 30 ebenfalls aus einer Keramik herzustellen, welche allerdings isolierend sein muß.

Auch in der Heizeinrichtung 32 sollte eine Temperaturüberwa chung vorgesehen werden, beispielsweise an die Unterseite der Kochplatte 30 oder die Heizeinrichtung 32 direkt angebrachte Temperaturfühler. Bevorzugt könnten dies mechanische Ausdeh nungsschalter oder elektronisch angesteuerte Thermoelemente sein.

Die Fig. 4 zeigt im Schnitt einen weiteren Strahlheizkörper 37. Unter einer Glaskeramikscheibe 28 ist der Strahlheizkör per 37 mittels einer isolierenden Maske 38 angedrückt. Er besteht aus einer Blechschale 39, die mit einem mehrlagigen Isolierrand 40 und einem Isolierboden 41 ausgekleidet ist. In der Mitte des Isolierbodens 41 erhebt sich ein Niederhaltedom 42, an dem ein nicht dargestellter Temperaturfühler ähnlich dem aus Fig. 1 gehaltert werden kann.

Über Distanzringe 43 ist ein flaches keramisches Heizelement 45 mit Abstand zu dem Isolierboden 41 angeordnet. Die Schnittzeichnung soll veranschaulichen, daß das Heizelement 45 den Niederhaltedom 42 umläuft und nicht durchstößt. Direkt unterhalb des flächigen Heizelements 45 ist ein ähnlich geformter Strahlungsschirm 47 angeordnet, der einen Teil der nach unten abgestrahlten Hitze sowohl von dem Isolierboden abhalten als auch nach oben reflektieren soll. Ein solcher Strahlungsschirm 47 kann auf bekannte Weise ausgebildet sein, bevorzugt aus Metall. Ein weiterer Strahlungsschirm 48 ist direkt auf den Isolierboden 41 gelegt. Als Isolationen kommen übliche Materialien sowie eine Vakuumisolation aus Metall folien mit Füllung in Frage.

Das Heizelement 45 weist hier bevorzugt die Form eines Kreisringes auf, wobei durch die mittlere Ausnehmung der Niederhaltedom 42 ragt. Insbesondere kann eine Form von einem Kreisring ausgehen, wobei durch Ausnehmungen abhängig von der Kontaktierungsart eine gleichmäßige Bestromung der aktiven Teile des Heizelementes 45 gewährleistet sein sollte.

Die Fig. 5 zeigt eine einstückige Ausbildung eines Heizele mentes 50 samt Außenring 51 sowie Rahmenringen 52. Heizele ment 50 und Außenring 51 können aus einer Scheibe keramischen Ausgangsmaterials bzw. eines Grünkörpers durch Prägen herge stellt werden, wobei der Übergang 53 zwischen dem flachen, als Heizelement 50 dienenden Teil und dem dickeren Außenring 51 relativ kurz sein sollte. Das Heizelement 50 ist dabei von der Dicke her mit einer dicken Folie o. dgl. vergleichbar. Es kann entweder eine im wesentlichen geschlossene Scheibe sein oder mit Ausnehmungen versehen sein.

Der in Fig. 5 obere und im eingebauten Zustand untere Distanzring 52 weist einen Vorsprung 54 auf. Mittels diesem umlaufenden Vorsprung 54 kann das Heizelement 50 in größerer Distanz zu einer darunterliegenden Isolierung gehalten werden. So können höhere Temperaturen erreicht werden.

Heizelement 50 bzw. Außenring 51 und die Distanzringe 52 können im unfertigen Zustand bzw. als Grünkörper verpreßt werden zur festen Verbindung zu einer Baueinheit. Durch das anschließende Brennen wird diese Verbindung weiter ver festigt. Als Ergebnis erhält man eine Heizung samt stabilem Einbaurahmen. Da vorteilhaft der Außenring 51 zur elektri schen Kontaktierung des Heizelements 50 verwendet werden kann, bilden die nichtleitenden Distanzringe 52 zusätzlich eine elektrische Isolierung im Randbereich.

Die Fig. 6 wiederum zeigt eine Abwandlung des Strahlheizkör pers aus Fig. 1 mit einer Vielzahl von Ausbildungsmöglichkei ten für die Heizelemente. Dabei sind die Speichen 56 jeweils abwechselnd von unterschiedlicher Polarität, angeschlossen werden können sie ähnlich wie in Fig. 1 über nach außen ragende Steckfahnen 18. Die sechs Speichen 56 werden mittig von dem auf dem Isolierboden 12 ruhenden isolierenden Mittel dom 57 gehaltert und können aus Metall oder derselben Keramik bestehen.

Dargestellt sind als erste Möglichkeit kreisringsegmentför mige Heizelemente 58, die zur Mitte hin aufgrund der abneh menden Länge schmaler werden für einen konstant bleibenden elektrischen Widerstand.

Eine weitere Möglichkeit besteht in zwei S-förmig gebogenen Heizelementen 60. Auch hier ist das äußere breiter wegen des konstanten elektrischen Widerstands. Die Dicke der Heizele mente 60 wird aber bei gleichem Material größer sein als die eines Heizelementes 58, da sie länger sind. Als dritte Möglichkeit ist ein Heizelement 62 in Form eines Omega dargestellt mit nach innen weisendem Bauch. Dadurch kann die Fläche zwischen zwei Speichen 56 gut ausgenutzt werden. Weitere Formen für Heizelemente sind möglich. Das Ausschnei den der Heizleiterform erfolgt entweder im ungebrannten grünen Zustand durch Stanzen oder im gesinterten Zustand durch Laserschneiden o. dgl.

Aufgrund der sehr hohen Betriebstemperaturen der keramischen Heizelemente sollten neuartige thermische Isoliersysteme verwendet werden. Möglich sind einerseits Mehrschichtsysteme mit einer Unterisolierung derzeitiger Mischung plus zusätz licher Hochtemperaturschicht zum Heizelement hin. Weiters sind in einem Arbeitsgang verpreßte Mischungen mit unter schiedlichen Anteilen und Materialien möglich, ebenso eine Beschichtung aus keramischem Material mit entsprechendem Sinterpunkt oder eine Flamm- oder Plasmabeschichtung mit Keramik. Eine weitere Möglichkeit ist ein Strahlungsschirm, z. B. eine Gießfolie aus Al₂O₃.

Zur Herstellung eines beschriebenen Keramikmaterials aus Siliziumcarbid soll von submikronen Siliziumcarbid-Pulvern ausgegangen werden. Nanoskaliger Kohlenstoff und submikrones Borcarbid werden als Sinteradditive verwendet. Siliziumcar bid-Pulver wird über kolloidale Verarbeitung mit nanoskaligem Kohlenstoff und Borcarbid homogen vermischt und zu Suspen sionen verarbeitet. Die weitere Konditionierung dieser Suspensionen hängt von der Art der nachgeschalteten Formge bungsmethode ab (Verarbeitung zu Foliengießmassen, direkter Einsatz zum Schlickergießen, Sprühtrocknung zum Presspulver). Für die Herstellung der elektrisch leitenden Siliziumcarbid- Qualitäten werden die Grünkörper beispielsweise gezielt bis zu einer relativen Dichte von 89-91% in fließender Argon- Atmosphäre drucklos verdichtet. Danach werden sie gesintert.

Der Vorteil von nanoskaligem Kohlenstoff liegt im wesentli chen darin, daß durch die homogene Verteilung des Kohlen stoffs in den Grünkörpern eine gleichmäßige Verdichtung erzielt wird. Daraus resultieren Sinterkörper mit homogen verteilten Poren, wobei die Porengröße zwischen insgesamt 1 und 5 µm liegt, die mittleren Werte liegen zwischen 1,5 und 2 µm. Diese Poren sollten nicht mit den Poren einer zuvor beschriebenen Schaumkeramik verwechselt werden. Die feinen Porenhälse auf der Oberfläche der Sinterkörper können durch Oxidation geschlossen werden und bilden so einen Selbst schutzmechanismus des Keramikkörpers. Aufgrund der feinen Porosität und damit kleinen Diffusionswegen lassen sich diese SiC-Qualitäten durch eine dem Sintern nachgeschaltete Glühbe handlung in stickstoffhaltiger Atmosphäre bei Temperaturen um 2200°C mit Stickstoff dotieren. Über die Nachglühdauer bei einem solchen Prozeß kann die Stickstoffaufnahme und damit die elektrische Leitfähigkeit des fertigen Materials einge stellt werden, das bedeutet, mit zunehmender Dauer wird mehr Stickstoff aufgenommen.

Claims

1. Elektrisches Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62), insbesondere für einen Strahlheizkörper (11) eines Elektroherdes, das aus halbleitender Keramik besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) einen negativen Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes aufweist.

2. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient, insbeson dere über den Betriebs-Temperaturbereich gesehen, durchgehend negativ ist.

3. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Heizelements (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) siliziumhaltig ist, wobei es vorzugsweise Siliziumcarbid enthält.

4. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material dotiertes SiC, insbe sondere stickstoffdotiertes SiC, oder reaktionsgebunde nes SiC ist.

5. Elektrisches Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 58, 60, 32) länglich ist, insbesondere wenigstens einen stabförmigen Abschnitt aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heiz elements (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) mit einem inhären ten negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands des Heizelements (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62), insbesondere ein Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beste hend aus einer halbleitenden Keramik, die zur Ab schwächung des negativen Temperaturkoeffizienten mit einem Dotiermaterial dotiert wird, wobei in dem Aus gangsmaterial Nanoteilchen enthalten sind, durch die eine Restporosität der Keramik nach einem Sinterprozeß des Ausgangsmaterials einstellbar ist, wobei die Rest porosität zur Diffusion bzw. Dotierung mit einem Dotier material dient.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial verdichtet wird, insbesondere drucklos bis zu einer relativen Dichte von 80% bis 95% verdichtet wird, wobei in dem Ausgangsmaterial Binder enthalten ist und wobei die Porosität der Keramik bei dem nachfolgenden Sinterprozeß entsteht.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß nach dem Sinterprozeß die Keramik nachgeglüht wird und Teilchen des Dotiermaterials, insbesondere Stickstoff, aus der Atmosphäre, unter der der Nachglüh prozeß abläuft, in die Keramik eindiffundieren, wobei vorzugsweise über die Nachglühdauer die Stickstoffaufnahme der Keramik und damit die elektrische Leitfähig keit der Keramik einstellbar ist.

9. Elektrische Heizeinrichtung (11) mit einem elektrischen Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen negativen Tempera turkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes aufweist, wobei die Heizeinrichtung eine dem Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) zugeordnete Temperatur- Überwachungseinrichtung (25, 26) mit Steuermitteln für die Beeinflussung des Heizelementes (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) aufweist.