DE102005018268A1

DE102005018268A1 - Keramischer Widerstand und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005018268A1
Application number: DE102005018268A
Authority: DE
Inventors: Alexander Klonczynski; Martin KÖHNE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-10-26
Also published as: JP2008538541A; WO2006111445A1

Abstract

Es wird ein keramischer Widerstand beschrieben, der durch Pyrolyse oder einen Sintervorgang aus einem keramischen Grünkörper herstellbar ist, wobei der keramische Widerstand zur Verbesserung seiner mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften Kohlenstofffasern enthält.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Widerstand und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie auf eine keramische Heizvorrichtung diesen enthaltend nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Aus der EP 412 428 B1 ist bekannt, dass keramische Verbundkörper aus einem siliciumorganischen Polymer durch eine geeignete Pyrolyse hergestellt werden können. Die dabei resultierenden Keramiken sind jedoch hochporös und zeigen ein oft unkontrolliertes Schwindungsverhalten. Durch Zusatz von Füllstoffen kann der Volumenanteil des Polymers zwar deutlich gesenkt werden, das unbefriedigende Schwindungsverhalten der Keramik bleibt jedoch unverändert. In der EP 412 428 B1 wird vorgeschlagen, als Füllstoff reaktive Füllstoffkomponenten einzusetzen, die mit den bei der Pyrolyse entstehenden Zersetzungsprodukten reagieren.

Aus der DE 195 38 695 C2 ist ein keramischer Widerstand bekannt, der aus einem siliciumorganischen Polymer unter Zusatz eines Füllstoffs hergestellt wird und dessen elektrische Leitfähigkeit durch Zusatz einer entsprechenden Menge von Molybdändisilicid eingestellt werden kann. Das gefüllte Polymer wird bei 200 °C ausgehärtet und anschließend bei Temperaturen zwischen 800 und 1400 °C pyrolysiert. Der resultierende keramischen Widerstand ist hochtemperaturbeständig; seine Langzeitstabilität ist jedoch begrenzt, da Molybdändisilicid bei höheren Temperaturen von 400 bis 800°C zur Oxidation neigt und die sich dabei bildenden Molybdänoxide zu einer Gefügezerrüttung führen (sogenannte Molybdändisilicid-Pest).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen keramischen Widerstand bereitzustellen, der auch im Rahmen von Anwendungen bei höheren Temperaturen eine über lange Zeiträumne konstante und ausreichende elektrische Leitfähigkeit zeigt.

Vorteile der Erfindung

Der keramische Widerstand mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 löst in vorteilhafter Weise die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Von besonderem Vorteil ist, dass der keramische Widerstand eine weitgehend frei wählbare elektrische Leitfähigkeit aufweist, die auch im Langzeitbetrieb konstant ist, da sie nicht auf dem Zusatz von Molybdändisilid zur Keramik beruht. Als leitfähige Komponente enthält der keramische Widerstand Kohlenstofffasern. Dabei bewirkt der Zusatz von Kohlenstofffasern eine Verbesserung der elektrischen bzw. thermischen Leitfähigkeit der Keramik. Weiterhin kann deren Festigkeit und Schlagzähigkeit verbessert werden. Die verwendeten Kohlenstofffasern stellen dabei eine kostengünstige Alternative zu den bisher als elektrisch leitfähige Füllstoffe verwendeten Substanzen, wie beispielsweise Metallsiliciden, dar.

Dem keramischen Widerstand liegt als Zwischenprodukt bei dessen Herstellung ein Grünkörper zugrunde, der seinerseits Kohlenstofffasern oder Kohlenstofffaserprecursoren enthält. Insbesondere bei der Verwendung von Kohlenstofffaserprecursoren ist in vorteilhafter Weise eine kostengünstige Darstellung des keramischen Widerstands möglich, da es sich dabei oftmals um allgemein verfügbare Substanzen handelt.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen keramischen Widerstandes möglich.

So ist von Vorteil, dass je nachdem, ob parallel zueinander ausgerichtete Kohlenstofffasern oder Kohlenstofffasern in Form eines Gewebes eingesetzt werden, die resultierenden Eigenschaften des keramischen Widerstandes entscheidend beeinflusst werden können. So führen innerhalb der keramischen Matrix parallel ausgerichtete Kohlenstofffasern zu einer anisotropen elektrischen Leitfähigkeit des keramischen Widerstands. Werden Kohlenstofffasern in Form eines Gewebes eingesetzt, so verbessert sich insbesondere die Festigkeit bzw. Schlagzähigkeit der Keramik.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn der Anteil an Kohlenstofffasern im keramischen Material des keramischen Widerstands einen Anteil von 40 Vol.% nicht übersteigt, da sonst eine Formgebung des keramischen Materials mittels kunststofftechnischer Methoden nicht mehr möglich ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die verwendeten Kohlenstofffasern mit Bornitrid beschichtet. Auf diese Weise lässt sich die Anbindung der Kohlenstofffasern an die sie umgebende keramische Matrix geeignet einstellen. Eine zu starke Anbindung der Kohlenstofffasern an die Keramik führt ggf. zu einer erhöhten Bruchgefahr.

Als Kohlenstofffaserprecursoren in einem dem keramischen Widerstand zugrunde liegenden Grünkörper werden vorzugsweise Polymerfasern eingesetzt. Dabei handelt es sich insbesondere um Polymere auf der Basis von Kohlenwasserstoffen. Weiterhin geeignet sind Polyamide, Polyester, Polyvinylalkohole, Polyimide, Polyetherimide, PEEK, Epoxidharze, Aminharze, Polyurethane, Polyamid-Imide, Cellulose oder deren Derivate sowie Mischungen derselben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Grünkörper, aus dem der keramische Widerstand hergestellt werden kann, auf der Basis eines siliciumorganischen Polymers ausgeführt. Auf diese Weise kann der Grünkörper durch eine Pyrolyse bei vergleichsweise moderaten Temperaturen in eine entsprechende Keramik überführt werden. Weiterhin ist von besonderem Vorteil, wenn der Grünkörper mindestens ein Pulver eines Metall, einer Legierung oder einer intermetallischen Verbindung enthält, da auf diese Weise eine besonders gute Anbindung der Kohlenstofffasern an die keramischen Anteile der entstehenden Keramik gewährleistet ist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Nanopulvern der Fall. Weiterhin ist es von Vorteil, die Pyrolyse insbesondere bei einem Druck von 100 bis 200 bar durchzuführen.

Der erfindungsgemäße keramische Widerstand ist aus einem keramischen Material gebildet, das Kohlenstofffasern umfasst. Des weiteren können als Bestandteile neben üblichen Hilfsstoffen noch Füllstoffe zur Modifizierung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Widerstandsmaterials vorgesehen sein.
Die Kohlenstofffasern können in Form von Lang- oder Kurzfasern oder Geweben sowie als Faserbündel eingesetzt werden. Die Existenz in der Keramik dispergierter Kohlenstofffasern führt zu einer Verbesserung der elektrischen bzw. thermischen Leitfähigkeit der Keramik sowie insbesondere bei der Verwendung von Kohlenstofffasergeweben zu einer Vergrößerung der Festigkeit und Schlagzähigkeit der Keramik. Werden die Kohlenstofffasern in Form von Faserbündeln in die Keramik eingebettet, so besteht die Möglichkeit, die Faserbündel gezielt elektrisch zu kontaktieren und so elektrische Leiterbahnen mit einem erhöhtem Widerstand innerhalb der elektrisch isolierenden Keramik zu realisieren und diese beispielsweise als Heizelement zu nutzen. Dadurch kann beispielsweise ein elektrischer Heizer auf der Basis einer elektrisch isolierenden Keramik hergestellt werden.
Das keramische Material selbst kann durch Thermolyse elementorganischer polymerer Vorläuferverbindungen (Precursor) gewonnen werden. Derartige Keramiken werden als sogenannte Precursorkeramiken bezeichnet. Alternativ kann das keramische Material als klassische Sinterkeramik ausgebildet sein.
Als mögliche Füllstoffe kommen beispielsweise Molybdändisilicid, Siliciumnitrid, Siliciumpulver, Titansilicid, Ceroxid, Bismuthoxid, Bariumoxid, Siliciumcarbid, Borcarbid, Bornitrid, Graphit und/oder Aluminiumoxid in Frage.
Der keramische Widerstand wird durch Wärmebehandlung eines entsprechenden Grünkörpers erzeugt. Wird der keramische Widerstand auf der Basis einer Precursorkeramik ausgeführt, so umfasst der entsprechende Grünkörper als keramische Precursor beispielsweise ein Polysiloxan, Polysilsesquioxan, Polysilazan, Polyborosilazan, Polysilan, Polycarbosilan, ein Aluminoxan, ein metallpulvergefülltes Aminoplast oder Mischungen derselben. Unter einem Aluminoxan wird ein Polysiloxan verstanden bei dem zumindest teilweise Siliciumatome durch Aluminiumatome ausgetauscht sind. Die Integration von Kohlenstofffasern in die zu erzeugende Precursorkeramik kann erfolgen, indem dem keramischen Precursor entweder direkt Kohlenstofffasern zugesetzt werden oder alternativ Vorläuferverbindungen in Form von Kohlenstofffaserprecursor oder in Form von Kohlenstofffaserprecursor enthaltenden Stoffen, die bei der sich auschließenden Wärmebehandlung Kohlenstofffasern bilden.
Als Kohlenstofffaserprecursor eignen sich insbesondere Polymerfasern. Dies sind insbesondere Fasern aus Polymeren auf der Basis von Kohlenwasserstoffen wie Polypropylen, Polystyrol oder Polyethylen, Fasern auf der Basis eines Polyamids wie beispielsweise Aramid, eines Polyesters, eines Polyvinylalkohols, eines Polyimids, ein Polyetherimids, eines Polyetheretherketons (PEEK), eines Epoxidharzes, eines Aminharzes wie beispielsweise eines Melaminharzes oder Harnstoffharzes, eines Polyurethans, eines Polyamid-Imids, eines Phenolharzes, eines Polyacrylnitrils, eines Pechs, insbesondere eines Mesophasen-Pechs, oder auf der Basis von Cellulose oder deren Derivate wie beispielsweise Acetylcellulose, Viskose, Modal, Cupro oder Acetat/Triacetat (Acetat-Rayon). Insbesondere die Verwendung von Polyacrylnitril ist von Vorteil.
Die genannten Kohlenstofffaserprecursor können dem keramischen Grünkörper zugesetzt werden und wandeln sich bei der nachfolgenden Wärmebehandlung des keramischen Grundkörpers in entsprechende Kohlenstofffasern um. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zunächst die genannten Kohlenstofffaserprecursor oder entsprechende einen Kohlenstofffaserprecursor enthaltende Materialien einer Umwandlung in Kohlenstofffasern zu unterziehen und diese dann dem keramischen Grünkörper zuzusetzen. Beispielhafte Darstellungsweisen für Kohlenstofffasern aus entsprechenden Kohlenstofffaserprecursor sind nachfolgend tabellarisch aufgeführt.
Die Einarbeitung der Kohlenstofffaserprecursor bzw. Kohlenstofffasern in den Grünkörper kann in Form eines Zuschlagstoffs erfolgen, der unter die anderen Bestandteile im Rahmen des Herstellungsprozesses untergemischt wird.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Material des keramischen Widerstands auf der Basis einer Sinterkeramik auszuführen. Dabei wird aus einem keramischen Pulver, das mittels eines sich anschließenden Sinterprozesses in eine entsprechende Keramik überführt werden kann, ein keramischer Schlicker gebildet, aus dem ein entsprechender Grünkörper hergestellt wird. Derartige Keramiken können beispielsweise auf der Basis von Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Mullit, Siliziumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Aluminiumnitrid bzw. Silizium-Aluminium-Oxynitrid (SiAION) ausgeführt sein.
Um eine gute Anbindung der Kohlenstofffasern an das keramische Material zu gewährleisten, können dem entsprechenden keramischen Grünkörper Substanzen zugesetzt werden, die einerseits stabile Verbindungen mit dem zu erzeugenden keramischen Material als auch mit dem Material der Kohlenstofffasern eingehen. Derartige Substanzen werden insbesondere als Pulver, vorzugsweise als Nanopulver zugesetzt. Als Substanzen eignen sich dabei Elemente oder deren Verbindungen, die bis 1300°C thermisch stabile Verbindungen mit Kohlenstoff bilden und gleichzeitig eine gute Anbindung an die im Anwendungsfall genutzten Keramiken gewährleisten. Dies sind insbesondere Aluminium, Silizium, Eisen, Molybdän und Chrom in elementarer Form bzw. deren Intermetallverbindungen oder Legierungen.
Die Herstellung der Nanopulver erfolgt vorteilhaft durch elektrische Drahtexplosion. Bei Verwendung von Nanopulvern ist bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen eine hohe Reaktivität zu beobachten.
Die Menge des zugegebenen Metallpulvers richtet sich nach dem gewünschten Grad der Anbindung an die keramische Matrix. Für eine hohe Risszähigkeit des keramischen Verbundwerkstoffes ist eine zu starke oder zu schwache Anbindung der Kohlenstofffasern an die Matrix ungünstig. Eine zu schwache Anbindung zeigt sich im Fehlen einer verstärkenden Wirkung der Fasern. Eine zu starke Anbindung erhöht zwar die Festigkeit des keramischen Materials, verhindert aber nicht einen sogenannten katastrophalen Bruch derselben.
Optimal ist eine Anbindung der Kohlenstofffasern an den keramischen Anteil des Widerstandsmaterials in einem Umfang, bei dem die Ausreißkraft (pull-out-force) der Faser, bei der diese von der keramischen Matrix mechanisch abgelöst wird, kleiner ist als die Festigkeit der Matrix. Gleichzeitig sollte die Ausreißkraft so hoch sein, dass ein Riss, wenn er sich um eine Faser herum ausbreitet und diese dabei aus der keramischen Matrix gerissen wird, durch das Ausreißen so viel an Energie verliert, dass der Rissfortschritt gebremst oder bestenfalls gestoppt wird. Durch diesen Mechanismus kann die Risszähigkeit erheblich gesteigert werden.
Eine bessere Anbindung der Kohlenstofffasern an die Precursorkeramik bzw. Sinterkeramik bei geeigneter Wahl des Zuschlagstoffs auch durch Brückenbildung bewirkt werden. Dabei treten die Partikel des Zuschlagstoffs auf der einen Seite mit der Precursorkeramik bzw. Sinterkeramik und auf der anderen Seite mit den Kohlenstofffasern in Kontakt. Als Zuschlagstoff können dabei Halbmetalle, Metalle, Metalllegierungen und Intermetallische Verbindungen verwendet werden, wie bspw. Aluminium, Bor, Silicium, Zirkonium, Molybdändisilicid oder Tantaldisilicid.
Die Ausreißkraft kann durch Zugabe von Metallpulvern bzw. Zuschlagstoffen, wie bereits erwähnt, gesteigert werden. Sie kann jedoch auch gesenkt werden, wenn dies dem Anforderungsprofil entspricht. Eine Verringerung der Ausreißkraft kann beispielsweise durch vollständige oder teilweise Beschichtung der Kohlenstofffaserprecursor bzw. der Kohlenstofffasern mit einem inerten, thermisch beständigen Trennmittel wie zum Beispiel Bornitrid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Siliciumcarbonitrid, Borcarbonitrid oder Silicium-Bor-Carbonitrid erreicht werden. Dadurch wird eine starke Bindung zwischen keramischer Matrix und Kohlenstofffasern vermieden.
Zusätzlich kann die Stärke der Verbindung zwischen den Kohlenstofffasern über den Gehalt an freiem Kohlenstoff eingestellt werden. Dazu wird die Pyrolyse unter einer definierten wasserstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt. Liegen in dem entsprechenden elementorganischen Precursor z.B. Methylgruppen als Kohlenstoffquelle vor, so wird die Konzentration an freiem Kohlenstoff in der resultierenden Keramik über das Methangasgleichgewicht in der Pyrolyseatmosphäre beeinflusst.
Je höher die Wasserstoffkonzentration in der Pyrolyseatmosphäre ist, um so stärker liegt das Gleichgewicht der Methangasreaktion C + 2H₂ → CH₄ auf der Seite des Methans. Durch hohe Wasserstoffkonzentrationen im Bereich von 25 bis 100 Vol.% in der Pyrolyseatmosphäre wird ein Methanmolekül bzw. Methylradikal, das während der Pyrolyse von einem elementorganischen Precursor, der Methylgruppen enthält, abspalten wird, an einer Zersetzung zu Wasserstoff und Kohlenstoff gehindert und kann so aus der Precursorkeramik heraus diffundieren. Auf diese Weise kann ein äußerst geringer Gehalt an freiem Kohlenstoff in der resultierenden keramischen Matrix erzielt werden. Durch geringe Wasserstoffkonzentrationen im Bereich von 0 bis 25 Vol.% in der Pyrolyseatmosphäre können dagegen hohe Gehalte an freiem Kohlenstoff von bis zu 5 Vol% in der resultierenden Keramik erreicht werden.
Neben der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kann durch die Zugabe von Kohlenstofffasern bzw. Kohlenstofffaserprecursor auch die elektrische bzw. thermische Leitfähigkeit einer Precursor- bzw. Sinterkeramik verbessert werden.
Dies wird beispielsweise erreicht, indem durch die kunststofftechnische Formgebung des Grünkörpers Einfluss auf die Ausrichtung der Fasern innerhalb der resultierenden Keramik genommen wird. Beispielsweise werden durch Spritzgießen des Grünkörpers die Fasern parallel in Strömungsrichtung ausgerichtet. Dadurch wird die thermische und insbesondere die elektrische Leitfähigkeit der resultierenden Keramik anisotrop eingestellt, d.h. bei einer auf Spritzgussprozessen basierenden Keramik weisen die genannten Eigenschaften in Strömungsrichtung des Spritzgusses höhere Werte auf als senkrecht zur Strömungsrichtung.
Nachfolgend sind exemplarisch Beispiele von Grünkörpermaterialien zur Herstellung von mit Kohlenstofffasern verstärkten Precursor- bzw. Sinterkeramiken aufgeführt.
Die Ausgangsmaterialien von Precursorkeramiken weisen dabei vorzugsweise folgende allgemeine Zusammensetzung auf:
Nachfolgend ist ein konkretes Ausführungsbeispiel einer kohlenstofffaserverstärkten Precursorkeramik aufgeführt:
Die optimale Menge des Metallpulvers, hier Aluminium, in den beispielhaft aufgeführten keramischen Ausgangsmaterialien wird im wesentlichen nach folgendem Zusammenhang bestimmt.
Durch Oxidation des Metallpulvers, hier Aluminiums, während der Pyrolyse des keramischen Ausgangsmaterials wird der Precursorkeramik soviel Sauerstoff entzogen, dass die verbleibende Menge der Elemente Si, O und C, die aus einem elementorganischen Precursor stammen, in der Precursorkeramik rechnerisch nur noch als SiO₂ und SiC vorliegen können und somit zumindest rechnerisch kein freier Kohlenstoff in der Keramik existieren sollte oder sogar ein Kohlenstoffunterschuss vorliegt. Auf diese Weise wird eine Reaktion der während der Wärmebehandlung entstehenden Precursorkeramik mit den aus dem Kohlenstofffaserprecursor gebildeten und/oder zugesetzten Kohlenstofffasern erzwungen.
Die Herstellung des keramischen Ausgangsmaterials erfolgt allgemein, indem die pulverförmigen Ausgangssubstanzen in einen Behälter eingewogen und in einem Mischer des Typs Schnellläufer gemischt werden. Anschließend wird die Masse vorzugsweise in einem Knetextruder aufbereitet. Eine Formgebung der Masse kann durch Pressen, Spritzpressen, Spritzgießen oder ein anderes kunststofftechnisches Formgebungsverfahren erfolgen. Wird die Formgebung durch ein Warmpressen vorgenommen, so umfasst dieser Prozess beispielsweise die folgenden Verfahrensschritte:

– Eine Matrize wird mit Ölsäure als Trennmittel behandelt
– Einwiegen von ca. 20g der pulverförmigen Ausgangssubstanzen in die Matrize (5 cm·5 cm)
– Pressen mit einer Warmpresse 30 min. bei ca. 150°C bei 200 bar
– Abkühlen auf Raumtemperatur
– Entformen

Nach der Formgebung wird das Formteil bzw. der Grünkörper unter einer Argonatmosphäre pyrolysiert. Dabei wird durch thermische Zersetzung des elementorganischen Precursors eine Precursorkeramik erzeugt. Die Pyrolyse kann beispielsweise unter nachfolgend aufgeführten Bedingungen erfolgen:

Ofen:	Typ HTK8 (Fa. Gero GmbH, Deutschland)
Atmosphäre:	Argon 4.9
Volumenstrom:	0,6 l/h
Aufheizgeschwindigkeit	100 K/min bis 1300°C erreicht sind
Pyrolyse	2h bei 1300°C
Abkühlungsgeschwindigkeit:	300K/min bis Raumtemperatur erreicht ist

Abschließend erfolgt vorzugsweise eine Wärmebehandlung an Luft zur Nachverdichtung und zum Aufbau einer Oxidschicht auf der Precursorkeramikoberfläche. Dies erfolgt beispielsweise unter Einhaltung folgender Parameter:

Ofen: Typ HTRH (Fa. Gero GmbH, Deutschland)	Aufheizgeschwindigkeit: 100K/min bis 1300°C erreicht sind
Pyrolyse 2h bei 1300°C	Abkühlungsgeschwindigkeit: 300K/min bis Raumtemperatur erreicht ist

Nachfolgend sind weiterhin exemplarisch Beispiele von Grünkörpermaterialien zur Herstellung von mit Kohlenstofffasern verstärkten Sinterkeramiken aufgeführt. Die Ausgangsmaterialien der entsprechenden Sinterkeramiken weisen dabei vorzugsweise folgende allgemeine Zusammensetzung auf:
Neben dem aufgeführten Sinterhilfsmittel können auch Sinterhilfsmittel wie Verbindungen der Seltenen Erden oder Magnesiumoxid eingesetzt werden.
Nachfolgend ist ein konkretes Ausführungsbeispiel einer kohlenstofffaserverstärkten Sinterkeramik aufgeführt:
Die Herstellung des keramischen Ausgangsmaterials erfolgt allgemein, indem die pulverförmigen Ausgangssubstanzen in einer Kugelmühle vermischt werden. Anschließend wird eine spritzgießfähige Ausgangsmischung durch Zusatz eines geeigneten Polymers als Kohlenstofffaserprecursor erzeugt. Dazu werden die Pulver und das Polymer in einem Kneter unter Schutzgas bei ca. 180°C geknetet. Danach erfolgt die Formgebung durch Spritzguß.
Die nachfolgende Thermolyse des so erzeugten Grünkörpers erfolgt beispielsweise in einem ersten Schritt bei ca. 900°C in einer Stickstoffatmosphäre. Dabei erfolgt eine Zersetzung der Polymeren (Entbinderung). Gleichzeitig findet eine Vorsinterung statt. Die eigentliche Sinterung erfolgt vorzugsweise drucklos in einer Stickstoffatmosphäre bei ca. 1750°C für ungefähr 2 Stunden. Abschließend wird optional ein Gasdrucksintern bei ca. 200 bar in einer Stickstoffatmosphäre bei ca. 1900°C für annähernd 2 Stunden durchgeführt.
Der erfindungsgemäße keramische Widerstand ist beispielsweise als Heizelement für Glühstiftkerzen, Flammkerzen oder keramische Sensorelemente geeignet sowie für Hochtemperaturanwendungen.

Claims

Keramischer Widerstand, der durch Pyrolyse oder einen Sintervorgang aus einem keramischen Grünkörper herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Widerstand zur Verbesserung seiner mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften Kohlenstofffasern enthält.
Keramischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern ein Gewebe bilden.
Keramischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern parallel zueinander ausgerichtet sind.
Keramischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Kohlenstofffasern im keramischen Material des Widerstandes > 0 und < 40 Vol.% ist.
Keramischer Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern mit Bornitrid beschichtet sind.
Keramischer Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material des Widerstandes frei von Siliciden des Molybdäns, Tantals oder Titans ist.
Grünkörper zur Herstellung eines keramischen Widerstandes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünkörper Kohlenstofffasern oder mindestens einen Kohlenstofffaserprecursor enthält.
Grünkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstofffaserprecursor Polymerfasern umfasst.
Grünkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfaser ein Polymer auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, ein Polyamid, ein Polyester, ein Polyvinylalkohol, ein Polyimid, ein Polyetherimid, ein PEEK, ein Epoxidharz, ein Aminharz, ein Polyurethan, ein Polyamid-Imid, ein Polyacrylnitril, ein Phenolharz, ein Teerderivat, Cellulose bzw. deren Derivate oder Mischungen derselben enthält.
Grünkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein siliciumorganisches Polymer auf der Basis eines Polysiloxans oder eines Polysilsesquioxans enthalten ist.
Grünkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das siliciumorganische Polymer ein Polysilazan, ein Polycarbosilan oder ein Polysilan enthält.
Grünkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Pulver eines Metall, einer Legierung oder einer intermetallischen Verbindung enthalten sind.
Grünkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver ein Nanopulver ist.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen elektrischen Widerstands nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein Grünkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 13 erzeugt wird und in einem zweiten Schritt dieser einer Hitzebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Grünkörpers eine Formgebung mittels Spritzguss erfolgt.
Keramische Heizvorrichtung, insbesondere Glühstiftkerze, mit einer Widerstandsleiterbahn, die über elektrische Anschlüsse mit einer Spannungsquelle elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Widerstandsleiterbahn ein keramischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist.
Keramische Heizvorrichtung, insbesondere Glühstiftkerze, mit einer Widerstandsleiterbahn, die über elektrische Anschlüsse mit einer Spannungsguelle elektrisch kontaktiert ist und von einer elektrischen Isolierung aus einem keramischen Material zumindest teilweise umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Isolierung ein keramischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist.