DE102007000015B4

DE102007000015B4 - Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102007000015B4
Application number: DE102007000015.6A
Authority: DE
Inventors: Katsunori Yamada; Kaoru Kuzuoka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: DE102007000015A1

Abstract

Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper, umfassend: ein Keramikelement; und eine Metallelektrode, die mit mindestens einer flachen Oberfläche des Keramikelements verbunden ist; wobei die Metallelektrode aus einem kontinuierlichen Körper mit mehreren eingebeulten Teilen über der flachen Oberfläche des Keramikelements besteht, wobei die Metallelektrode eine scheinbare Dicke von nicht kleiner als 5 μm, aber nicht größer als 300 μm besitzt, wobei die scheinbare Dicke eine Entfernung von der verbindenden Grenzfläche bis zu der vertikal gemessenen und in glatter Weise die Oberflächen der Metallelektrode verbindenden Hülle ist, und wobei ein Abstand zwischen den eingebeulten Teilen nicht kleiner als 0,3 mal, aber nicht größer als 100 mal soviel wie die maximale Länge d der eingebeulten Teile ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper und auf Verfahren zur Herstellung desselben. Weiter im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf einen Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper, der fähig ist, bei einer ausgedehnten Zeitdauer mechanische und funktionelle Eigenschaften aufrechtzuerhalten, und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Stand der Technik
Metall-Keramik-Verbundkörper werden bei einer Verschiedenheit von strukturellen Teilen verwendet, die gute mechanische Eigenschaften besitzen müssen, wie Hochtemperaturfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Wärmebeständigkeit, Wärmeschockfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, und werden für zahlreiche funktionelle Teile verwendet, die gute elektromagnetische Eigenschaften und Wärmeleitfähigkeitseigenschaften besitzen müssen, wie eine elektrisch leitende Eigenschaft, eine ionisch leitende Eigenschaft, eine piezoelektrische Eigenschaft, eine Eigenschaft der Beständigkeit gegenüber elektrischer Beanspruchung, eine dielektrische Eigenschaft und eine nichtmagnetische Eigenschaft.
Viele Verfahren zum Verbinden eines metallischen Materials und eines keramischen Materials sind bislang bekannt, wie nachfolgend ausgeführt:

(1) ein Verfahren des mechanischen Verbindens wie ein Befestigen mit Bolzen, ein Fitting usw.;
(2) ein Klebverfahren unter Verwendung eines organischen oder anorganischen Klebemittels;
(3) ein metallisierendes Lötverfahren durch Erzeugen (Metallisieren) eines dünnen Metallfilms auf der Oberfläche eines keramischen Materials, und Löten eines metallischen Materials über den dünnen Metallfilm;
(4) ein Beschichtungsverfahren des Erzeugens eines dünnen Metallfilms auf der Oberfläche eines keramischen Materials durch nichtelektrolytisches Beschichten;
(5) ein Diffusions-Verbindungsverfahren des Zusammenstoßens (engl. butting) eines metallischen Materials und eines keramischen Materials in direkter Weise, oder über ein geeignetes Lötmaterial (engl. brazing material) oder eine Zwischenschicht, gefolgt von einem Erwärmen bei einer hohen Temperatur, um die bildenden Elemente in die Grenzfläche zu diffundieren;
(6) ein Verfahren des Erzeugens eines physikalischen Films, basierend auf CVD, Elektronenstrahl, Sputtern, Laserabrasion, PLD, ALD oder Bedampfen; und
(7) ein Verfahren des Erzeugens eines Films aus einer dünnen Paste durch Filmdruck (engl. screen printing) einer elektrisch leitfähigen Paste.

Mit Bezug auf das Diffusions-Verbindungsverfahren ist bislang weiter bekannt ein Verfahren des feldgestützten Verbindens (ein Verfahren des Anwendens eines elektrischen Feldes), um Diffusions-Verbinden zu bewirken durch heftiges Einleiten einer Grenzflächenreaktion durch Verwenden der ionischen Eigenschaft der Elemente.
Diese Verbindungsverfahren werden verwendet in Abhängigkeit von der Absicht des Verwendens des Metall-Keramik-Verbundkörpers, der Art des keramischen Materials und der erforderlichen Filmdicke. Allerdings werden für die Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, gewöhnlich chemische Verbindungsverfahren verwendet, wie ein metallisierendes Verfahren oder ein Diffusions-Verbindungsverfahren. Allerdings ist das Verbinden zwischen dem metallischen Material und dem keramischen Material ein Verbinden zwischen verschiedenen Arten von Materialien. Wenn ein chemisches Verbindungsverfahren verwendet wird, entstehen daher zahlreiche Probleme.
Um das metallische Material und das keramische Material in zuverlässiger Weise beispielsweise durch das Verfahren des chemischen Verbindens zu verbinden, müssen die beiden im Allgemeinen auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. Das keramische Material hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der gewöhnlich kleiner als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des metallischen Materials ist. Wenn die beiden zusammen verbunden werden unter Erwärmen bei einer hohen Temperatur, gefolgt von einem Abkühlen bis auf Raumtemperatur, wird eine thermische Spannung (Zugspannung) im keramischen Material erzeugt infolge eines Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten vom metallischen Material. Wenn die Zugspannung die mechanische Festigkeit des keramischen Materials übersteigt, entsteht ein Problem des Bruches des keramischen Materials.
Zur Lösung dieses Problems wurden beispielsweise die folgenden Verfahren vorgeschlagen:

(1) ein Verfahren des Einschiebens, an der Grenzfläche, eines Materials (z. B. W, Mo, Zr oder Nb) mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der zwischen dem des metallischen Materials, und dem des keramischen Materials liegt;
(2) ein Verfahren des Einschiebens eines weichen Metalls (z. B. Al, Cu oder Cu) in der Grenzfläche zwischen dem metallischen Material und dem keramischen Material; und
(3) ein Verfahren des kontinuierlichen Variierens (Abstufens) des Wärmeausdehnungskoeffizienten von der Seite der Keramik zur Seite des Metalls.

Des Weiteren besitzt die Verschiedenheit von funktionellen Keramiken in vielen Fällen Metallelektroden von einer relativ kleinen Dicke, die auf deren Oberflächen verbunden sind. In diesen Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpern bestehen häufig Probleme infolge eines Unterschiedes der Wärmeausdehnung zwischen den beiden, infolge von Oxidation der Metallelektrode, bei Verwendung bei hohen Temperaturen und infolge einer Wärmeleitung über das Metall, das verbunden worden ist. Daher wurden zur Lösung dieser Probleme zahlreiche Verfahren vorgeschlagen.
Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 2004-239 667 A eine elektrochemische Vorrichtung, in der ein Film einer ersten Elektrode und ein Film einer zweiten Elektrode verbunden sind mit der Oberfläche eines Festelektrolyten, Zuleitungsdrähte verbunden werden mit den Zentren der Elektrodenfilme, und der Film der zweiten Elektrode und eine Metallfolie mit einer Öffnung miteinander verbunden werden über eine Klebschicht. Dieses Dokument lehrt, dass (1) bei Verbinden der Zuleitungsdrähte mit den Zentren der Elektrodenfilme der Festelektrolyt gleichförmig erwärmt wird, und der Bruch, verursacht durch thermische Anspannung, unterdrückt werden kann, und (2) durch Verbinden der Metallfolie mit einer Öffnung bei dem Film der zweiten Elektrode über die Klebschicht, die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Festelektrolyten und des Behälters für das Enthalten des Festelektrolyten nicht in Bereichen gewählt werden brauchen, die nahe beieinander sind, und die Materialien aus breiten Bereichen gewählt werden können.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 2004-219 384 A offenbart einen Gasfühler, umfassend ein Detektorelement mit einem Element-Elektrodenteil und einem Metallanschluss, der elektrisch mit dem Element-Elektrodenteil verbunden ist, wobei eine elektrisch kontaktierende Schicht erzeugt wird auf der Oberfläche des Metallanschlusses, die elektrisch kontaktierende Schicht umfasst ein elektrisch schlecht leitendes Material, das weniger oxidiert wird als der Metallanschluss, und mit einem kleineren Kontaktwiderstand als der Metallanschluss. Diese Literatur lehrt, dass durch Erzeugen einer elektrisch kontaktierenden Schicht auf der Oberfläche des Metallanschlusses kaum ein Oxidfilm auf den Oberflächen des Metallanschlusses erzeugt wird, der mit dem Element-Elektrodenteil in Berührung kommt, selbst wenn er in einer Umgebung einer hohen Temperatur verwendet wird, und der Widerstand des elektrischen Kontaktes von einem Ansteigen abgehalten wird.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 2004-313 357 A offenbart eine Brennstoffzelle vom Typ einer Einzelkammer, die eine erste Elektrode bildet, die hochaktiv ist in der oxidierenden Reaktion von Kohlenwasserstoffen auf einer Oberfläche eines porösen Feststoffoxid-Elektrolyt-Films, und eine poröse zweite Elektrode bildet, die kaum aktiv ist, oder nicht aktiv ist in der oxidierenden Reaktion von Kohlenwasserstoffen auf deren anderer Oberfläche. Diese Literatur lehrt, dass die Anwendung dieses Aufbaus den inneren Widerstand herabsetzt, und das Erhalten eines hohen Stroms ermöglicht.
US 5 703 403 A beschreibt eine Elektrode einer Halbleitervorrichtung, die aus einer keramischen Titaniumnitridschicht und einer Elektrodenschicht aus einer Aluminiumlegierung besteht, die aufgrund eines unter den Schichten gebildeten Kontaktlochs eine Einbeulung aufweisen.
US 2 748 031 A beschreibt die Herstellung einer gemusterten Al Schicht auf einem Trägerkörper, der vorzugsweise ein Plastikkörper ist, jedoch auch aus Papier, Glass, Metal oder Keramik bestehen kann.
DE 103 22 696 B3 bezieht sich auf eine Laminat-Struktur mit einem Isolator, der aus Glass, Keramik oder Kunststoff bestehen kann, und Metallelektroden mit einer Entladungsspalte zur Plasmaerzeugung. Die Elektroden können aus einem Metallgitter bestehen.
DE 197 10 344 A1 bezieht sich auf eine 3D-Leiterplatte, in welcher geformtes oder gestanztes Kupferblech an eine Keramikplatte gebunden ist. Die 3-D Leiterplatte wird aus Kupferstrukturen gebildet, welche mit der Keramikplatte schmelzverbunden werden, gefolgt von der Entfernung des Restgitters, sodass Insel-förmige diskontinuierliche Kupferstrukturen auf der Keramikplatte entstehen.
Darstellung der Erfindung
In einem Keramik-Elektrode-Verbundkörper unter Verwendung einer Metallplatte oder einer Folie als Elektrode muss ein Metall-Zuleitungsdraht des weiteren an der Metallplatte oder der Metallfolienelektrode angebracht werden durch Schweißen, Löten, unter Verwendung einer elektrisch leitenden Paste, Hartlöten oder dergleichen. Um den Zuleitungsdraht anzubringen, muss die Metallplatte, die Metallfolie oder der dicke metallische Film allerdings eine Dicke besitzen, die höher als eine festgelegte Dicke ist.
Des Weiteren, wenn der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur verwendet wird, kann eine Vielzahl von wärmebeständigen Materialien mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und anti-oxidierender Eigenschaft als Metallelektrode verwendet werden. Im Allgemeinen enthalten die wärmebeständigen Materialien Elemente (z. B. Al, Cr, Si), die dichte Oxide bilden. Wenn die obigen wärmebeständigen Materialien einer oxidierenden Atmosphäre einer hohen Temperatur ausgesetzt werden, wird ein dichter Oxidfilm auf deren Oberfläche gebildet, und der Oxidfilm unterdrückt die Diffusion von Sauerstoff, um zu verhindern, dass die wärmebeständigen Materialien oxidiert werden. Für das Aufrechterhalten der wärmebeständigen Eigenschaft und der anti-oxidierenden Eigenschaft für eine ausgedehnte Zeit, muss die Metallelektrode daher ein Volumen besitzen, das nicht kleiner als ein bestimmter Betrag ist.
Wenn die Dicke der Metallelektrode, umfassend das wärmbeständige Material, allerdings ansteigt, erhöht sich die thermische Anspannung infolge eines Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten, und eine Abblätterung ereignet sich in der Metall-Keramik-Grenzfläche oder auf der Seite der Keramik. Um dies zu vermeiden, wenn die Dicke der Metallelektrode herabgesetzt wird, dass sie kleiner als ein bestimmter Wert wird, wird es allerdings schwierig, den Zuleitungsdraht anzubringen, oder die Absolutmengen von Al oder den Seltenerdelementen wie Y, Yb oder La nehmen ab in der Metallelektrode, was es schwierig macht, eine praktisch ausreichende Wärmebeständigkeit und anti-oxidierende Eigenschaft zu erhalten.
Um die thermische Anspannung herabzusetzen, verursacht durch den Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten, wenn eine Zwischenschicht zwischen die Metallelektrode und dem keramischen Material eingeschoben wird, um die Anspannung zu erleichtern, besteht ein Problem darin, dass die Vorrichtung nicht verwendet werden kann bei Temperaturen von nicht weniger als 500°C, infolge einer geringen Festigkeit, der geringen Wärmebeständigkeit und der geringen anti-oxidierenden Eigenschaft des Materials, das gewöhnlich als Zwischenschicht verwendet wird. Des Weiteren ist ein mühsames Verarbeiten erforderlich für das Einhausen der Zwischenschicht, was die Kosten in die Höhe treibt. Daneben, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Zwischenschicht, verringern Verbindungen mit niedrigen Schmelzpunkten, erzeugt an der Verbindungsgrenzfläche, den Freiheitsgrad für das Auswählen der Materialien.
Im Metall-Keramik-Verbundkörper, bei dem die Metallelektrode verbunden worden ist, erzeugt ein Anstieg in der Dicke der Metallfolie eine erhöhte thermische Anspannung infolge eines Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten, und der Verbundkörper neigt dazu, sich in einfacher Weise abzublättern. Zur Lösung dieses Problems kann ein Verfahren ausgedacht werden (1) des Verringerns der Dicke der Metallfolie, und (2) des Verringerns der verbindenden Temperatur.
Obwohl die thermische Beanspruchung herabgesetzt werden kann mit einer Abnahme der Dicke der Metallfolie, wird es allerdings schwierig, den Zuleitungsdraht auf die Metallelektrode zu verschweißen, oder eine ausreichend hohe Schweißfestigkeit wird nicht erhalten, wenn dieser verschweißt wird, zum Zeitpunkt des Anbringens des Zuleitungsdrahtes bei der Metallelektrode durch Schweißen oder Löten.
Wenn die verbindende Temperatur verringert wird, wird andererseits eine ausreichend hohe verbindende Festigkeit nicht erhalten, infolge einer unzureichenden Diffusion von Elementen, oder die Festigkeit des Verbundkörpers gegenüber der Wärme nimmt ab.
Des Weiteren, wenn eine Metallfolie verwendet wird, ist ein beträchtlicher Grad von Walzungsarbeit (engl. rolling work) notwendig, um zu bewirken, dass die Walzung eine bestimmte Dicke erreicht, was zu einem mühsamen Prozess führt, und die Kosten hochschraubt. Für das Erhalten einer praktisch ausreichenden Verbindung, von Schweißfestigkeit und Wärmebeständigkeit, muss die Metallelektrode daher eine Dicke besitzen, die nicht kleiner als ein bestimmter Wert ist.
Ein Problem, das die vorliegende Erfindung zu lösen versucht, ist, einen Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper bereitzustellen, der eine relativ kleine thermische Beanspruchung entwickelt, verursacht durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten, und eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit aufweist, sowie ein Verfahren für das Herstellen desselben.
Ein weiteres Problem, das die Erfindung zu lösen versucht, ist das Bereitstellen eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers, der eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist und eine anti-oxidierende Eigenschaft über eine ausgedehnte Zeitdauer, selbst wenn er in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur verwendet worden ist, sowie ein Verfahren für das Herstellen desselben.
Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers, die eine Beziehung veranschaulicht zwischen einer scheinbaren Dicke und einer wirklichen Dicke einer Metallelektrode.
2 zeigt eine Draufsicht der Oberfläche einer Metallelektrode in einem vergrößerten Maßstab für das Veranschaulichen einer Beziehung zwischen einer maximalen Länge d und eines Abstandes.
3 zeigt eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4(a)–4(c) zeigt die Ergebnisse der Analyse der Beanspruchung durch FEM unter Verwendung einer Verbund-Bauart, erhalten durch Verbinden von Metallelektroden von verschiedenen mechanisch stabilen Strukturen (engl. rugged structures) an beide Seiten des funktionellen Keramikelements bei einer Temperatur von 1050°C, wobei 4(a) ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen einer Lochgröße und der maximalen Beanspruchung veranschaulicht, 4(b) ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen dem Abstand zwischen den Löchern, und der maximalen Beanspruchung veranschaulicht, und 4(c) ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Foliendicke und der maximalen Beanspruchung veranschaulicht.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
Zur Lösung der obigen Probleme umfasst der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung ein Keramik-Element und eine Metallelektrode, die mit mindestens einer flachen Oberfläche des Keramikelements verbunden ist, wobei die Metallelektrode aus einem kontinuierlichen Körper mit mehreren eingebeulten Teilen besteht, wobei die Metallelektrode eine scheinbare Dicke von nicht kleiner als 5 μm, aber nicht größer als 300 μm besitzt, wobei die scheinbare Dicke eine Entfernung von der verbindenden Grenzfläche bis zu der vertikal gemessenen und in glatter Weise die Oberflächen der Metallelektrode verbindenden Hülle ist, und wobei ein Abstand zwischen den eingebeulten Teilen nicht kleiner als 0,3 mal, aber nicht größer als 100 mal soviel wie die maximale Länge d der eingebeulten Teile ist. Ein Verfahren des Herstellens eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Verbindens einer Metallelektrodenschicht, die aus einem kontinuierlichen Körper mit mehreren eingebeulten Teilen besteht, mit dem Keramikelement, unter Einwirkung von Wärme und/oder Anlegen einer Spannung an die Metallschicht und das Keramikelement.
Des Weiteren umfasst ein Verfahren des Herstellens eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers der Erfindung den Schritt des Erzeugens eines Vorsprunges (engl. protrusion) durch das Überlagern der Oberfläche eines Keramikelements mit einer Maske mit mehreren darin gebildeten Durchgangslöchern, das Aufbringen einer Lösung, die durch Auflösen eines Mediums in einem Lösungsmittel erhalten ist, auf die Maske, und das Entfernen des Lösungsmittels, um auf diese Weise Vorsprünge auf der Oberfläche des Keramikelements zu bilden, die aus dem Medium hergestellt sind, einen Schritt des Bildens eines dünnen Metallfilms durch ein Sputterverfahren, PLD-Verfahren oder Aufdampfen auf der Oberfläche des Keramikelements, auf dem die Vorsprünge des Mediums gebildet worden sind und einen Schritt des Entfernens des Mediums der Vorsprünge durch Verwenden eines Lösungsmittels oder Oxidation. Wenn die eingebeulten Teile mit einer bestimmten Größe in einer bestimmten Anzahl in der Metallelektrode gebildet werden, kann die thermische Beanspruchung infolge einer Unterschiedes des Wärmeausdehnungskoeffizienten herabgesetzt werden, verglichen mit der der Elektrode mit einer einheitlichen Dicke ohne eingebeulten Teil. Des Weiteren, wenn eingebeulte Teile in der Metallelektrode erzeugt werden, kann die scheinbare Dicke erhöht werden unter Aufrechterhalten der thermischen Beanspruchung, die in geringer Weise erzeugt wird. Daher weist die Vorrichtung über eine ausgedehnte Zeit eine hohe Wärmebeständigkeit und eine anti-oxidierende Eigenschaft auf, selbst wenn sie in einer oxidierenden Atmosphäre von einer hohen Temperatur verwendet worden ist. Darüber hinaus können die Zuleitungsdrähte in einfacher Weise verschweißt und gelötet werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend ausführlich beschrieben. Der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein keramisches Material und eine Metallelektrode, die mindestens an einer flachen Oberfläche des keramischen Elements verbunden ist.
In der vorliegenden Erfindung besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Art des keramischen Materials, und die Erfindung kann angewandt werden auf zahlreiche strukturelle keramische Materialien und auf funktionelle keramische Materialien.
Konkrete Beispiele der keramischen Materialien schließen ein:

(1) Nitride wie Siliziumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumnitrid (AlN), Galliumnitrid (GaN), Titannitrid (TiN), Zirkoniumnitrid (ZrN) und dergleichen;
(2) Carbide wie Siliziumcarbid (SiC), Titancarbid (TiC), Zirkoniumcarbid (ZrC), Borcarbid (B₄C) und dergleichen;
(3) Oxide wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Molybdänoxid (MoO_x), Ceroxid (CeO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃), Bismuthoxid (Bi₂O₃), Bariumtitanat (BaTiO₃), Titanoxid (TiO₂), Zinkoxid (ZnO), Magnesiumoxid (MgO), Calciumoxid (CaO), Spinell (Al₂MgO₄), Bariumtitanat (BaTiO₃), La₆WO₃, LaBO₃, LaPO₄ und dergleichen;
(4) Boride wie Titanborid (TiB₂), Zirkoniumborid (ZrB₂) und dergleichen;
(5) Silicide wie Titaniumsilicid (TiSi₂), Zirkoniumsilicid (ZrSi₂) und dergleichen;
(6) Pyrochlor-Oxide wie La₂Zr₂O₇, Sm₂Zr₂O₇, Gd₂Zr₂O₇ und dergleichen; und
(7) Oxide vom Perovskit-Typ wie SrCeO₃, SrCe_1-xM_xO₃ (M = Sc, Zn, Y, Mn, In, Nd, Sm, Dy, Yb), La_1-xCaCrO₃, La_1-xSrCrO₃, YMnO₃, La_1-xCo_xMnO₃, LaSrMnO₃, LaFeO₃, La_1-xCa_xCoO₃, La_1-xSr_xCoO₃, SrCeO₃, CaZrO₃, SrZrO₃, SrTiO₄, SrTi₂O₇, BeZrO₃, BaCeO₃, BaCe_1-xGd_xO₃, CaHfO₃, KTaO₃ und dergleichen.

Des Weiteren kann das keramische Material ein keramisches Kompositmaterial hiervon sein.
In der vorliegenden Erfindung besteht die Metallelektrode aus einem kontinuierlichen Körper. Hierbei steht ”kontinuierlicher Körper” für ein einstückiges bzw. integrales metallisches Material, das die Elektrode bildet, wenn die Elektrode betrachtet wird in einer Richtung der Dicke, und in einer Richtung, parallel mit der verbindenden Grenzfläche. Beispielsweise schließt der ”kontinuierliche Körper”, bezeichnet in der vorliegenden Erfindung, nicht ein:

(1) wenn die Elektrode in einer Richtung der Dicke betrachtet wird, solche, bei denen ein anderes metallisches Material (z. B. metallische Faser) physikalisch in Kontakt ist, oder ein verschiedenes metallisches Material in Kontakt ist über eine Kontaktfläche, die relativ gering ist, verglichen mit deren Größe; und
(2) wenn sie betrachtet wird in einer Richtung, parallel mit der verbindenden Grenzfläche, solche, in denen die metallische Elektrode umfasst ein Aggregat aus isolierten Vorsprüngen (nachstehend werden solche in diesen Zuständen bezeichnet als ”diskontinuierliche Körper”). Ein diskontinuierlicher Körper hat eine kleine verbindende Fläche und ist nicht fähig, eine ausreichende Verbindungsfestigkeit zu erreichen, und ist daher nicht bevorzugt zur Verwendung als Metallelektrode.

Konkrete Beispiele des ”diskontinuierlichen Körpers” schließen ein gewebtes Netz, Metallpartikel und ein Aggregat aus gestapelten Fasern ein.
Andererseits schließen konkrete Beispiele des ”kontinuierlichen Körpers” ein:

(1) metallische Folien;
(2) verbundene Gegenstände und/oder schmelzanhaftende Gegenstände von metallischen Materialien, die auf der Oberfläche des keramischen Materials verbleiben, wenn ein diskontinuierlicher Körper wie ein gewebtes Netz überlagert ist auf der Oberfläche eines keramischen Materials, das Festphasen-Diffusions-Verbinden bewerkstelligt wird und/oder ein metallisches Material teilweise geschmolzen wird, und der verbleibende diskontinuierliche Körper von der Oberfläche des keramischen Materials abgeblättert wird;
(3) ein dünner Film, erzeugt auf den Oberflächen eines keramischen Elements in einem bestimmten Muster durch ein Gasphasenverfahren wie Sputtern PLD (Puls-Laser-Abscheidung) oder eine Dampfabscheidung bzw. Aufdampfen; und
(4) Beschichten bzw. Überziehen.

Des Weiteren hat in der vorliegenden Erfindung die Metallelektrode mehrere eingebeulte Teile. Hierbei stehen ”eingebeulte Teile” für solche Regionen, in denen die tatsächliche Dicke der Metallelektrode weniger als die Hälfte der scheinbaren Dicke ist. Die ”scheinbare Dicke” steht für eine Entfernung von der verbindenden Grenzfläche, bis zu einer Hülle, die vertikal gemessen wird, wie in 1 gezeigt, wobei die Hülle in glatter Weise die oberen Oberflächen der Metallelektrode verbindet.
Für das Erhalten eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers, der eine ausgezeichnete Festigkeit und anti-oxidierende Eigenschaften aufweist, wird erwünscht, dass die Metallelektrode die folgenden Bedingungen erfüllt.
Die Metallelektrode der vorliegenden Erfindung hat eine scheinbare Dicke von nicht kleiner als 5 μm, aber nicht größer als 300 μm. Wenn die scheinbare Dicke der Metallelektrode kleiner als 5 μm ist, wird das Gesamtvolumen der Metallelektrode klein, was es erschwert, eine praktisch ausreichende Beständigkeit zu erhalten, eine anti-oxidierende Eigenschaft und eine Schweißfähigkeit des Elektroden-Zuleitungsdrahtes. Wenn dagegen die scheinbare Dicke der Metallelektrode 300 μm übersteigt, erhöht sich die thermische Beanspruchung infolge eines Unterschiedes des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Material und dem keramischen Material. Daher blättert die Elektrode nach dem Verbinden ab, und die Festigkeit, die Zuverlässigkeit, die Wärmeschockbeständigkeit und die Stabilität im elektrischen Widerstand nehmen ab.
Um einen Verbundkörper zu erhalten, der eine ausgezeichnete Schweißfähigkeit des Zuleitungsdrahtes, Beständigkeit und anti-oxidierende Eigenschaften aufweist, sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, muss die metallische Elektrode eine scheinbare Dicke von vorzugsweise nicht kleiner als 10 μm, aber nicht größer als 80 μm, weiter bevorzugt nicht kleiner als 10 μm, aber nicht größer als 50 μm, und insbesondere bevorzugt nicht kleiner als 20 μm, aber nicht größer als 40 μm, aufweisen.
Es wird bevorzugt, dass die metallische Elektrode eine maximale Länge d in den eingebeulten Teilen von nicht kleiner als 0,01 mm, aber nicht größer als 1,0 mm hat. Hierbei steht ”maximale Länge d” in den eingebeulten Teilen für einen Durchmesser eines minimalen Kreises, der den eingebeulten Teil, wie in 2 gezeigt, umschreibt. Wenn die maximale Länge d des eingebeulten Teils kleiner als 0,01 mm ist, erhöht sich die thermische Beanspruchung infolge eines Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Material und dem keramischen Material, die Festigkeit und die Zuverlässigkeit nehmen ab. Wenn die maximale Länge d des eingebeulten Teils 1,0 mm übersteigt, wird andererseits das Gesamtvolumen der Metallelektrode klein, oder ein Abstand des eingebeulten Teils muss erhöht werden, um das Verhältnis der Flächen der eingebeulten Teile bei einem bestimmten Wert hinsichtlich der Gesamtfläche der Metallelektrode aufrecht zu erhalten, was eher zu einem Anstieg in der thermischen Beanspruchung führt. Für das Erhalten des Verbundkörpers, der eine ausgezeichnete Schweißfähigkeit des Zuleitungsdrahtes, Beständigkeit und anti-oxidierende Eigenschaften aufweist, sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, ist die maximale Länge d der eingebeulten Teile vorzugsweise nicht kleiner als 0,05 mm, aber nicht größer als 0,8 mm, weiter bevorzugt nicht kleiner als 0,05 mm, aber nicht größer als 0,5 mm und weiter bevorzugt nicht kleiner als 0,08 mm, aber nicht größer als 0,3 mm.
Die Gestalt der eingebeulten Teile ist nicht besonders eingeschränkt, und kann annehmen eine rhombische Gestalt, eine quadratische Gestalt, eine polygone Gestalt, eine dreiwinklige Gestalt, eine kreisförmige Gestalt, eine elliptische Gestalt oder eine runde Gestalt. Des Weiteren können die eingebeulten Teile die gleiche Gestalt oder eine unterschiedliche Gestalt besitzen. Daneben können die eingebeulten Teile Durchgangslöcher sein, die durch die Metallelektrode hindurch dringen, oder können nicht-durchdringende Löcher sein, die nicht durch die Metallelektrode hindurch dringen.
Des Weiteren, wenn die eingebeulten Teile die nicht-durchdringenden Löcher sind, ist die Metallelektrode eine der folgenden:

(1) eine mit einer flachen Oberfläche, die verbunden ist mit dem keramischen Element, und eingebeulte Teile in der Oberfläche hat, die nicht mit dem keramischen Element verbunden ist;
(2) eine mit einbeulten Teilen in der Oberfläche, die verbunden ist mit dem keramischen Element, und eine flache Oberfläche hat, die nicht mit dem keramischen Element verbunden ist; oder
(3) eine mit einbeulten Teilen in sowohl der Oberfläche, die mit dem keramischen Element verbunden ist, als auch der Oberfläche, die nicht mit dem keramischen Element verbunden ist.

Die Struktur der Metallelektrode des obigen Falls (1) ist besonders geeignet, weil eine hohe verbindende Festigkeit erhalten wird zwischen dem keramischen Element und der Metallelektrode.
Der Abstand zwischen den eingebeulten Teilen in der vorliegenden Erfindung ist nicht kleiner als 0,3 mal aber nicht größer als 100 mal die maximale Länge d der eingebeulten Teile beträgt. Hierbei steht ”Abstand zwischen den eingebeulten Teilen” für die kürzeste Distanz zwischen den benachbarten eingebeulten Teilen. Wenn der Abstand zwischen den einbeulten Teilen kleiner als 0,3 mal die maximale Länge d der eingebeulten Teile ist, wird das Gesamtvolumen der Metallelektrode klein, was es erschwert, eine praktisch ausreichende Beständigkeit, eine anti-oxidierende Eigenschaft, Elektrodeneigenschaften und eine Schweißfähigkeit des Zuleitungsdrahtes zu erhalten. Andererseits, wenn der Abstand zwischen den eingebeulten Teilen 100 mal die maximale Länge d der eingebeulten Teile übersteigt, erhöht sich die thermische Beanspruchung infolge eines Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Material und dem keramischen Material, die Festigkeit und die Zuverlässigkeiten nehmen ab. Um einen Verbundkörper zu erhalten, der aufweist eine ausgezeichnete Beständigkeit, eine anti-oxidierende Eigenschaft und eine Schweißfähigkeit des Zuleitungsdrahtes, sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, ist der Abstand zwischen den eingebeulten Teilen vorzugsweise nicht kleiner als 1 mal, aber nicht größer als 8 mal, weiter bevorzugt nicht kleiner als 1 mal, aber nicht größer als 6 mal, und noch weiter bevorzugt nicht kleiner als 3 mal, aber nicht größer als 5 mal die maximale Länge d der eingebeulten Teile.
Die eingebeulten Teile können unregelmäßig angeordnet sein, oder regelmäßig angeordnet sein in der Oberfläche der Metallelektrode. Konkret können die eingebeulten Teile angeordnet sein in einer Zickzackweise, linear, kreisförmig, in einem Fischgrätenmuster, auf diagonale Weise oder in parallelen Säulen. Wen die die eingebeulten Teile in unregelmäßiger Weise angeordnet sind, wird bevorzugt, dass die Abstände zwischen den eingebeulten Teilen innerhalb des oben erwähnten Bereiches sind.
Des Weiteren können die eingebeulten Teile in der Metallelektrode Abstände haben, Lochdurchmesser und Dicken, die in Abhängigkeit von den zentralen Teilen und den Umfangsteilen der Metallelektrode schwanken. In diesem Fall kann die Beanspruchung oft entspannt werden durch das Herabsetzen der Abstände und Erhöhen der Durchmesser zu den äußeren Umfangsteilen, verglichen mit den inneren Umfangsteilen.
In der vorliegenden Erfindung besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Zusammensetzung der Metallelektrode, und eine Verschiedenheit von Materialien können verwendet werden in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des keramischen Materials, der Absicht des Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers und der erforderlichen Eigenschaften. Grundsätzliche Hinweise der Auswahl sind:

(1) verwende in Kombination Metall/Keramik mit Wärmeausdehnungskoeffizienten, die so gering wie möglich sind;
(2) verwende ein Metall mit einem kleinen Elastizitätsmodul; und
(3) verwende eine Keramik mit einer hohen Festigkeit; die bevorzugt verwendet werden in einer Kombination, um die thermische Beanspruchung, die herrührt von dem Verbinden, zu unterdrücken, und den Bruch des keramischen Elements, verursacht durch die thermische Beanspruchung, zu unterdrücken. Für das Erhalten eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers, der aufweist eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und/oder anti-oxidierende Eigenschaft, sowie Beständigkeit, wird allerdings bevorzugt, dass die Metallelektrode ein anti-oxidierendes und wärmebeständiges Material ist.

Hierbei ist das ”anti-oxidierende und wärmebeständige Material” (1) ein metallisches Material mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und/oder anti-oxidierender Eigenschaft, das ein Element enthält mit einer hohen Abblätterungsbeständigkeit und einer hohen anti-oxidierenden Eigenschaft, und fähig ist, ein stabiles und dichtes Oxid zu bilden (nachstehend bezeichnet als ”Oxidfilm-bildendes Element”) oder (2) ein metallisches Material, das aufweist eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, und kaum einen Oxidfilm bei Temperaturen erzeugt, bei denen das Material verwendet wird.
Wenn der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper verwendet wird in einer oxidierenden Atmosphäre einer hohen Temperatur, wird im Allgemeinen ein Oxidfilm auf der Oberfläche der Metallelektrode erzeugt. Wenn der Oxidfilm ein solcher ist, der in einfacher Weise abblättert oder in einfacher Weise Sauerstoff diffundiert, läuft eine Oxidation der Metallelektrode während der Verwendung ab, und ein elektrischer Widerstand der Metallelektrode erhöht sich in einer relativ kurzen Zeitdauer.
Wenn andererseits ein metallisches Material, das ein bestimmtes Oxidfilmerzeugendes Element enthält, verwendet wird als die Metallelektrode, wird ein dichter Oxidfilm, der nicht in einfacher Weise abblättert, auf der Oberfläche der Metallelektrode erzeugt. Des Weiteren, selbst wenn der Oxidfilm teilweise abblättert, diffundiert das Oxidfilm-bildende Element in die Oberfläche des Metalls, um einen neuen Oxidfilm zu bilden. Daher wird unterdrückt, dass Sauerstoff in die Metallelektrode diffundiert, was die Verschlechterung der Wärmebeständigkeit und der anti-oxidierenden Eigenschaft der Metallelektrode verhindert.
Das gleiche gilt auch, selbst wenn die Metallelektrode aus einem metallischen Material hergestellt ist, das geringfügig ein Oxid bei Temperaturen bildet, bei denen es verwendet wird, um eine Verschlechterung der Eigenschaften der Metallelektrode, verursacht durch Diffusion von Sauerstoff, zu unterdrücken.
Als das Oxidfilm-bildende Element können beispielhaft aufgeführt werden Al, Cr, Si, Nb, Mn, Ni, Ce, Mg, Ca, Ti, Zn und Ta. Die Metallelektrode kann jedes dieser Oxidfilm-bildenden Elemente enthalten oder kann zwei oder mehr Arten von diesen enthalten.
Die Menge der Oxidfilm-bildenden Elemente, enthalten in der Metallelektrode, wird in geeigneter Weise gewählt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Metallelektrode und den Arten der Oxidfilm-bildenden Elemente, um die Diffusion von Sauerstoff in die Metallelektrode zu unterdrücken, allerdings so, dass sie nicht die Verarbeitbarkeit der Metallelektrode verschlechtert wird.
Es wird bevorzugt, dass die Metallelektrode die Oxidfilm-bildenden Elemente in Mengen enthält, die ausreichend sind, um die Oxidfilme für nicht kürzer als 100 Stunden bei einer Temperatur von 1000°C oder mehr aufrecht zu erhalten. Es wird weiter bevorzugt, dass die Menge der Oxidfilm-bildenden Elemente, enthalten in der Metallelektrode, nicht kleiner als 5 Gew.-% ist. Ein Material, das Al in einer Menge von nicht weniger als 5 Gew.-% enthält, ist besonders geeignet als die Metallelektrode. Es wird weiter bevorzugt, dass die Metallelektrode ein Element für das Stabilisieren des Oxidfilms enthält, zusätzlich zu den oben erwähnten Oxidfilm-bildenden Elementen oder anstelle der Oxidfilm-bildenden Elemente. Hier steht das ”Element für das Stabilisieren des Oxidfilms” für ein Element mit einer Funktion des Stabilisierens des Oxidfilmes, gebildet auf der Oberfläche der Metallelektrode.
Es ist allgemein bekannt, dass einige Oxidfilme, erzeugt auf der Oberfläche des metallischen Materials, in günstiger Weise auf dem darunter liegenden metallischen Material anhaften, und einige in schlechter Weise anhaften. Wenn der Oxidfilm von einer Art ist, die schlecht anhaftet an dem darunter liegenden metallischen Material, verbessert ein Hinzufügen eines bestimmten Elementes (Element für das Stabilisieren des Oxidfilms) zu dem metallischen Material die Anhaftung zwischen dem Oxidfilm und dem darunter liegenden metallischen Material, und unterdrückt die Abblätterung des Oxidfilms. Die vorliegende Erfindung erfordert nicht notwendigerweise die Verwendung des Elementes für das Stabilisieren des Oxidfilms. Allerdings ermöglicht die Verwendung der Metallelektrode, die das Element für das Stabilisieren des Oxidfilms enthält, das Erhalten eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers, der fähig ist, eine Wärmebeständigkeit und/oder anti-oxidierende Eigenschaft aufrecht zu erhalten, selbst wenn er über eine ausgedehnte Zeit in einer oxidierenden Atmosphäre einer hohen Temperatur verwendet wird. Konkrete Beispiele des Elements für das Stabilisieren des Oxidfilms schließen ein Seltenerdelemente wie Y, Yb, La, Ce, Ta und Th. Das Element für das Stabilisieren des Oxidfilms kann enthalten sein in der Metallelektrode in der Form eines Metalls oder in der Form eines Oxids hiervon oder einem Kompositoxid hiervon. Des Weiteren kann die Metallelektrode eines dieser Elemente für das Stabilisieren des Oxidfilms enthalten, oder kann zwei oder mehr Arten hiervon enthalten. Insbesondere ist ein Material, das eines der Oxidfilm-bildenden Elemente wie Al, Cr und Si, sowie ein Seltenerdelement enthält, geeignet sein als eine metallische Elektrode.
Die Menge des Elements für das Stabilisieren des Oxidfilms, enthalten in der Metallelektrode, wird in geeigneter Weise gewählt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Metallelektrode und den Arten der Elemente für das Stabilisieren der Oxidfilme, um die Anhaftung des Oxidfilms zu verbessern, aber so, dass nicht die Verarbeitbarkeit der Metallelektrode verschlechtert wird.
Konkrete Beispiele des Materials für das Erzeugen der Metallelektrode schließen ein:

(1) anti-oxidierende und wärmebeständige Materialien wie Fe-Cr-Al-Legierung, Fe-Cr-Al-La-Legierung, Ni-Cr-Al-Legierung, Fe-Cr-Si-Legierung, Fe-Cr-Y-Legierung, Fe-Cr-La-Legierung, Cr-Fe-Al-Ni-Legierung, Cr-Fe-Legierung, Ni-Cr-Mo-Fe-Legierung, Ni-Cr-Fe-Legierung, Cr-Ni-Fe-Legierung, Cr-Al-Fe-Y-Legierung und dergleichen; und
(2) wärmebeständige Materialien wie Al, W, Nb, Zr, Ta, Ti, Ni, Pt, In, La, Pd, Au, Sm, Sn, Fe, Cu, Gd, Si, Co, Y, Yb, Fe, Sc, Ru, Ti, Th, Cr, Hf, Zn, Ag, Ir, Mo, Re und dergleichen oder Legierungen hiervon.

Besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Kombination der Metallelektrode und der keramischen Materials, und jede Kombination kann gewählt werden in Abhängigkeit von der Verwendung der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper.
Für das Erhalten eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit wird allerdings bevorzugt, eine Kombination der Metallelektrode und des Keramikmaterials zu wählen, die eine Diffusionsschicht erzeugt mit einem Schmelzpunkt, der höher ist als ein Schmelzpunkt der Metallelektrode auf der Grenzfläche nach dem Verbinden. Es ist bekannt, dass ein Silicid von Pt oder Ni einen Schmelzpunkt hat, der geringer ist als der von Pt oder Ni. Daher, wenn Pt und/oder Ni enthalten sind in einem der Metallelektrode oder des keramischen Materials, wird bevorzugt, dass das andere nicht Si enthält, so dass ein Silicid hiervon nicht auf der Grenzfläche erzeugt wird.
Nachstehend wird als nächstes ein Verfahren des Herstellens eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren des Herstellens des Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst einen verbindenden Schritt für das Überlagern einer Metallschicht, die bestimmte Bedingungen erfüllt, auf einem keramischen Element, und ein Wärmebehandeln und/oder Anlegen einer Spannung an die Metallschicht und das keramische Element.
In dieser Ausführungsform steht ”Metallschicht” für eine Schicht, bestehend aus einem kontinuierlichen Körper und mit mehreren eingebeulten Teilen darin, die eine scheinbare Dicke von nicht kleiner als 5 μm aber nicht größer als 300 μm besitzt und einen Abstand zwischen den eingebeulten Teilen von nicht kleiner als 0,3 mal, aber nicht größer als 100 mal der maximalen Länge d hat. Es wird bevorzugt, dass die Metallschicht eine maximale Länge d in den eingebeulten Teilen von nicht kleiner als 0,01 mm, aber nicht größer als 1,0 mm hat.
Der ”kontinuierliche Körper”, die ”eingebeulten Teile” und ”die maximale Länge d” sind so wie oben definiert, und außerdem wurde obenstehend bereits beschrieben, dass die Metallschicht vorzugsweise ein anti-oxidierendes und wärmebeständiges Material ist.
Konkrete Beispiele der Metallschicht schließen ein:

(1) eine Metallfolie mit Durchgangslöchern einer bestimmten Gestalt, die regelmäßig oder unregelmäßig geformt ist, um darin einen bestimmten Abstand aufrecht zu erhalten; und
(2) eine Metallfolie mit nicht durchgängigen Löchern einer bestimmten Gestalt, die regelmäßig oder unregelmäßig erzeugt sind in einer Oberfläche oder in beiden Oberflächen hiervon, um einen bestimmten Abstand aufrecht zu erhalten.

Die obige Metallschicht wird erhalten durch Aussetzen einer Metallfolie mit einer bestimmten Dicke einem chemischen Ätzen, einem physikalischen Ätzen, einem optischen Ätzen, einem Ausstanzen, einem Pressen, einem Prägen oder einem Walzen (engl. rolling). Bei Optimieren der Behandlungsbedingungen wird in diesem Fall zugelassen, die Gestalt der eingebeulten Teile beliebig zu verändern, die Anordnung hiervon und die Periode des Anordnens der eingebeulten Teile.
Die Metallschicht und das keramische Material können miteinander verbunden werden durch direktes Überlagern und Verbinden der beiden, oder durch Einschieben einer Zusammensetzung eines geeigneten Aufbaus, eines Lötmaterials, einer Zwischenschicht oder dergleichen zwischen die Metallschicht und das keramische Element.
Wenn die Metallschicht, die keramische Materialzusammensetzung und die Zwischenschicht verwendet werden, werden die Verbindungstemperatur und die Dauer in geeigneter Weise gewählt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung hiervon und der Kombination hiervon. Im Allgemeinen, wenn die Verbindungstemperatur zu gering ist, verglichen mit dem Schmelzpunkt der Metallschicht oder der Zwischenschicht, und/oder wenn die Verbindungsdauer zu kurz ist, wird die Verbindungsfestigkeit nicht in einem ausreichenden Grad erhalten. Dagegen, wenn die Verbindungstemperatur so hoch ist, verglichen mit dem Schmelzpunkt der Metallschicht oder der Zwischenschicht und/oder wenn die Verbindungsdauer zu lang ist, schmilzt die Metallschicht, oder die Diffusionsschicht, erzeugt auf der Keramik-Seite, wird zu dick, was nicht bevorzugt ist.
Das Verbinden wird durchgeführt unter Pressen der Grenzfläche der Metallschicht und des Keramikelements. Bei Verwendung der Metallschicht, der Keramikmaterialzusammensetzung und der Zwischenschicht schwankt ein optimaler Druck in Abhängigkeit von der Zusammensetzung hiervon, der Kombination hiervon und der Verbindungstemperatur. Im Allgemeinen, wenn der Druck für das Verbinden zu klein ist, neigen nicht-kontaktierende Teile dazu, in der Grenzfläche der Metallschicht und des Keramikelements aufzutreten, wodurch die bildenden Elemente unregelmäßig diffundieren, was es erschwert, eine ausreichend große Verbindungsfestigkeit zu erhalten. Wenn dagegen der Druck für das Verbinden zu groß wird, untergehen die Metallschicht und/oder das Keramikmaterial eine Deformierung und einen Bruch, was nicht bevorzugt wird. Konkret ist die pressende Kraft für das Verbinden nicht kleiner als 0,5 MPa, aber nicht größer als 100 MPa.
Wenn beispielsweise eine Metallschicht, umfassend einen Fe-basierenden oder Ni-basierenden wärmebeständigen Stahl wie Fe-Cr-Al oder Ni-Cr-Al und ein Si₃N₄-Element zusammen verbunden werden, ist die Verbindungstemperatur vorzugsweise nicht weniger als 600°C, ist aber nicht höher als 1200°C. Eine optimale Verbindungsdauer und ein optimaler Verbindungsdruck werden gewählt in Abhängigkeit von der Verbindungstemperatur.
Das Verbinden wird durchgeführt durch einfaches Erwärmen und Anwenden eines Druckes. Allerdings kann angewandt werden ein so genanntes Feld-gestütztes Bindungsverfahren, das ein elektrisches Feld zum Zeitpunkt des Verbindens anwendet. Wenn das elektrische Feld zum Zeitpunkt des Verbindens angewandt wird, wird die Grenzflächenreaktion heftig eingeleitet, was es ermöglicht, einen günstigen Verbundkörper zu erhalten. Das Verbinden kann auch durchgeführt werden durch Anwenden einer Joule's-Wärme durch Anwenden einer Spannung an einem laminierten Körper bzw. geschichteten Körper der Metallschicht und des Keramikelements.
Zum Zeitpunkt des Verbindens wird der Druck im Allgemeinen aufgegeben durch Verwenden einer Kohlenstoff-Aufspannvorrichtung (engl. jig) oder einer Kohlenstoff-Aufspannvorrichtung (engl. jig), bei der ein Formtrennmaterial wie BN aufgebracht ist. Wenn ein Metallschicht/Keramikmaterial-Laminat gepresst wird durch Verwenden der obigen Aufspannvorrichtung (engl. jig), diffundiert Kohlenstoff und/oder Stickstoff in die Metallschicht aus der Oberfläche der Kohlenstoff-Aufspannvorrichtung, um eine Diffusionsschicht aus Kohlenstoff und/oder Stickstoff zu bilden, und/oder eine Carbidschicht, und/oder eine Nitridschicht auf der Oberfläche der Metallelektrode. Die Erzeugung der Diffusionsschicht auf der Oberfläche der Metallelektrode verursacht eine Abnahme der anti-oxidierenden Eigenschaft und der Wärmebeständigkeit der Metallelektrode.
In einem solchen Fall wird bevorzugt, die Metallschicht zu behandeln, um die Diffusion von Kohlenstoff und/oder Stickstoff zu unterdrücken. Konkrete Beispiele der obigen Behandlung schließen ein:

(1) ein Verfahren des Oxidierens der Metallschicht, die enthält ein Oxidfilm-bildendes Element, vor dem Verbinden, um einen dünnen Oxidfilm auf der Oberfläche der Metallschicht zu bilden;
(2) ein Verfahren des Erzeugens einer Metallschicht (z. B. eine Schicht aus einem Edelmetall wie Platin oder Rhodium) mit einer geringen Affinität an Kohlenstoff auf der Oberfläche der Metallschicht;
(3) ein Verfahren des Erzeugens einer Metallschicht, die Oxidfilm-bildendes Element enthält, in einer Menge, die größer ist als die der Metallschicht, auf der Oberfläche der Metallschicht; und
(4) ein Verfahren des Erzeugens einer Trennschicht mit einer geringen Reaktivität, wie BN oder Al₂O₃, zwischen dem Kohlenstoff-Stempel (engl. punch) und der Metallschicht.

Der so erhaltene Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper kann, falls erforderlich, einen Zuleitungsdraht oder einen anderen Metallteil besitzen, verbunden mit der Oberfläche der Metallelektrode. In diesem Fall kann der Metallteil verbunden sein auf der Metallelektrode in direkter Weise, oder über ein geeignetes Lötmaterial oder eine Zwischenschicht. Oder der Metallteil kann verbunden werden mit der Oberfläche der Metallelektrode, nachdem die Carbidschicht, Nitridschicht oder der Oxidfilm von der Oberfläche der Metallelektrode entfernt worden ist. Als nächstes wird nachfolgend ein Verfahren des Herstellens eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung beschrieben. Das Verfahren der Herstellung gemäß dieser Ausführungsform umfasst einen verbindenden Schritt für das Überlagern einer Metallschicht, die bestimmte Bedingungen erfüllt, auf einem Keramikelement, und Erwärmen der Metallschicht und des Keramikelements miteinander, und einen abblätternden Schritt für das Abblättern der Metallschicht.
In dieser Ausführungsform steht die ”Metallschicht” für eine, bestehend aus einem diskontinuierlichen Körper, und mit mehreren eingebeulten Teilen darin.
Konkret wird bevorzugt, dass die Metallschicht:

(1) eine maximale Länge d besitzt in den eingebeulten Teilen von nicht kleiner als 0,01 mm, aber nicht größer als 1,0 mm; und
(3) einen Abstand hat zwischen den eingebeulten Teilen von nicht kleiner als 0,3 mal, aber nicht größer als 100 mal der maximalen Länge d.

In dieser Ausführungsform besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Dicke der Metallschicht, und die Metallschicht kann eine scheinbare Dicke von nicht kleiner als 5 μm, aber nicht größer als 300 μm besitzen, die Metallschicht, die verbleibt auf der Oberfläche des Keramikelements hinter der Metallschicht, wird abgeblättert.
Des Weiteren sind die Begriffe ”diskontinuierlicher Körper”, ”einbeulte Teile” und ”maximale Länge d” so wie oben definiert, und daneben wurde bereits beschrieben, dass die Metallschicht bevorzugt ein anti-oxidierendes und wärmebeständiges Material ist.
Konkrete Beispiele der Metallschicht, die ein diskontinuierlicher Körper ist, der einschließt ein gewebtes Netz einer Metallfaser, eine Schicht aus mehreren Schichten, erhalten durch Laminieren bzw. Schichten von zwei oder mehr Stücken von netzartigen Schichten wie gestanzten Metallen, ein Aggregat aus Metallpartikeln und einem Aggregat von gestapelten Fasern.
Es wird bevorzugt, dass die Verbindungstemperatur nicht geringer als 0,6 Tm ist, aber nicht höher als 0,9 Tm (Tm ist ein Schmelzpunkt der Metallschicht). Wenn die Verbindungstemperatur geringer als 0,6 Tm ist, wird es schwierig, eine Metallelektrode aus einem kontinuierlichen Körper auf der Oberfläche des Keramikelements zu bilden. Wenn die Verbindungstemperatur 0,9 Tm übersteigt, schmilzt die Metallschicht in vollständiger Weise, und erschwert es, eine Metallelektrode mit einer bestimmten mechanisch stabilen Struktur auf der Oberfläche des Keramikelements zu bilden. Eine optimale Verbindungsdauer wird gewählt in Abhängigkeit von der Metallschicht, der Keramikzusammensetzung und der Verbindungstemperatur, so dass eine Metallelektrode eines kontinuierlichen Körpers mit einer bestimmten mechanisch stabilen Struktur erzeugt wird auf der Oberfläche des Keramikelements.
Das Verbinden wird durchgeführt unter Pressen der Metallschicht/Keramik-Grenzfläche. Wenn die Metallschicht, die Keramikmaterialzusammensetzung und Zwischenschicht verwendet werden, schwankt der optimale Druck in Abhängigkeit von einer Kombination hiervon, und von der Verbindungstemperatur. Im Allgemeinen, wenn der Druck für das Verbinden zu klein ist, neigen nicht-kontaktierende Teile dazu, in der Grenzfläche der Metallschicht und des Keramikelements aufzutreten, und eine ausreichend hohe Verbindungsfestigkeit wird nicht erhalten. Dagegen, wenn der Druck für das Verbinden zu groß wird, untergehen die Metallschicht und/oder das keramische Material ein Deformieren, was nicht bevorzugt wird. Konkret ist die pressende Kraft für das Verbinden nicht kleiner als 0,5 MPa, aber nicht größer als 100 MPa.
Bei Erwärmen unter bestimmten Bedingungen untergeht die Metallschicht ein Diffusions-Verbinden und/oder schmilzt teilweise, um eine Metallelektrode aus einem kontinuierlichen Körper zu bilden mit einer bestimmten mechanisch stabilen Struktur auf der Oberfläche des Keramikelements. Ein Rest der Metallschicht, die aus dem diskontinuierlichen Körper besteht, verbleibt auf der Oberfläche der Metallelektrode, und wird nach dem Verbinden abgeblättert.
Der somit erhaltene Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper kann, falls erforderlich, einen Zuleitungsdraht oder einen anderen Metallteil, verbunden mit der Oberfläche der Metallelektrode, besitzen. In diesem Fall kann der Metallteil auf der Metallelektrode verbunden werden in direkter Weise, oder über ein geeignetes Lötmaterial oder eine Zwischenschicht. Oder, der Metallteil kann verbunden werden mit der Oberfläche der Metallelektrode, nachdem die Carbidschicht, Nitridschicht oder der Oxidfilm von der Oberfläche der Metallelektrode entfernt wurde.
Nachstehend wird ein Verfahren des Herstellens eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren der Herstellung gemäß dieser Ausführungsform umfasst einen Schritt des Erzeugens eines Vorsprunges für das Erzeugen von Vorsprüngen durch Überlagern einer Maske mit mehreren Durchgangslöchern, die darin gebildet sind, auf der Oberfläche eines Keramikelements, Aufbringen einer Lösung, erhalten durch Auflösen eines Mediums in einem Lösungsmittel, auf der Maske, und Entfernen des Lösungsmittels, um auf diese Weise Vorsprünge zu bilden, hergestellt aus dem Medium, auf der Oberfläche des Keramikelements, einen Schritt des Bildens eines dünnen Films für das Erzeugen eines dünnen Films durch Bilden eines dünnen Metallfilms auf der Oberfläche des Keramikelements, auf dem die Vorsprünge erzeugt worden sind, und einen entfernenden Schritt für das Entfernen der Vorsprünge.
Das ”Medium” kann ein Harz oder ein Wachs sein, das durch Wärme erweicht oder sich in einfacher Weise in einem Lösungsmittel auflöst, oder ein Material, das durch Oxidation entfernt werden kann, wie Kohlenstoff.
Wenn die Maske überlagert wird auf der Oberfläche des Keramikelements, und die Lösung darauf aufgebracht wird, gefolgt von Trocknen, können mehrere Vorsprünge erzeugt werden in einem bestimmten Muster auf der Oberfläche des Keramikelements. Als nächstes wird ein dünner Film erzeugt auf der Oberfläche des Keramikelements, wo Vorsprünge erzeugt worden sind, durch ein Sputter-Verfahren, PLD-Verfahren oder Aufdampfen. Des Weiteren werden Vorsprünge entfernt durch Verwenden eines geeigneten Lösungsmittels oder durch Oxidation, um auf diese Weise eine Metallelektrode zu bilden, bestehend aus einem kontinuierlichen Körper, und mit einer bestimmten mechanisch stabilen Struktur auf der Oberfläche des Keramikelements.
Als nächtes wird nachstehend beschrieben ein Verfahren des Herstellens eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren der Herstellung gemäß dieser Ausführungsform umfasst ein Bilden einer Metallelektrode mit einer bestimmten mechanisch stabilen (engl. rugged) Struktur auf der Oberfläche des Keramikelements auf Grundlage eines Dampfphasenverfahrens. Das Verfahren des Erzeugens der Metallelektrode auf Grundlage des Dampfphasenverfahrens kann ein Sputter-Verfahren sein, PLD (Puls-Laser-Abscheidung) oder ein Dampfabscheidungs-Verfahren.
Die Oberfläche des keramischen Elements ist bedeckt mit einer Maske mit einem bestimmten Muster, und ein dünner Metallfilm wird darauf abgeschieden unter Verwendung des Dampfphasenverfahrens, um einen Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper zu erhalten, mit einer bestimmten mechanisch stabilen Struktur auf der Oberfläche des Keramikelements.
Als nächstes wird nachstehend die Wirkung des Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers beschrieben und sein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im Allgemeinen besitzen metallische Materialien Wärmeausdehnungskoeffizienten, die größer sind als diejenigen von keramischen Materialen. Wenn sie bei einer hohen Temperatur verbunden werden und auf Raumtemperatur abgekühlt werden, ereignet sich daher eine thermische Beanspruchung in der verbindenden Oberfläche infolge eines Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn die thermische Beanspruchung eine Bruchbeanspruchung übersteigt, entwickelt sich ein Bruch nahe der verbindenden Grenzfläche, direkt nach dem Verbinden. Des Weiteren, selbst wenn die thermische Beanspruchung nicht die Bruchbeanspruchung des keramischen Materials übersteigt, verursacht eine sich wiederholende Wirkung der Beanspruchung (z. B. eine Resonanz in Folge einer Vibration) während der Verwendung, dass die Metallelektrode abblättert in einer relativ kurzen Zeitdauer, was es erschwert, elektrische Eigenschaften des keramischen Materials über eine ausgedehnte Zeitdauer auszudrücken.
Wenn dagegen ein diskontinuierlicher Körper wie ein gewebtes Netz als Metallelektrode verwendet wird, kann die thermische Beanspruchung zu einem gewissen Anteil entspannt werden. Allerdings hat der diskontinuierliche Körper eine verbindende Fläche, die relativ klein ist, und eine praktisch ausreichende Verbindungsfestigkeit wird nicht erhalten.
Wenn die Metallelektrode in einer bestimmt mechanisch stabilen Struktur gebildet wird, arbeiten andererseits die eingebeulten Teile in einer solchen Weise, dass sie die thermische Beanspruchung zum Zeitpunkt des Verbindens entspannen. Dies ermöglicht, das Auftreten von Brüchen direkt nach dem Verbinden zu unterdrücken und eine Abnahme der Beständigkeit zu unterdrücken, wenn die Beanspruchung in wiederholter Weise aufgetreten ist.
Des Weiteren, wenn der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper verwendet wird in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur, verursacht die Metallelektrode, die eine Oxidation eingegangen ist, einen Anstieg im elektrischen Widerstand der Metallelektrode, was es erschwert, elektrische Eigenschaften des Keramikmaterials über eine ausgedehnte Zeitdauer auszudrücken.
In einem solchen Fall wird daher bevorzugt, ein wärmebeständiges und anti-oxidierendes Material als Metallelektrode zu verwenden, das ein Oxidfilm-bildendes Element enthält. Für das Verbessern der Beständigkeit wird des Weiteren bevorzugt, dass das Oxidfilm-bildende Element enthalten ist in der Metallelektrode in einer Menge, die so hoch wie möglich ist.
Wenn das Oxidfilm-bildende Element in hohen Mengen hinzugefügt wird, wird das metallische Material allerdings gehärtet und wird brüchig, unter Verlust von Verarbeitbarkeit, und es wird schwierig, eine dünne Platte durch Walzung zu erhalten, oder die Produktionskosten steigen an. Wenn das Oxidfilm-bildende Element in zu geringen Mengen hinzugefügt wird, kann andererseits die Verarbeitbarkeit verbessert werden, aber die Absolutmenge des Oxidfilm-bildenden Elements nimmt ab. Für das Erhalten einer bestimmten Beständigkeit muss die Metallelektrode daher zu einem gewissen Grad in einer dicken Weise erzeugt werden, was einen Anstieg der Restbeanspruchung verursacht.
Wenn andererseits die Metallelektrode in einer mechanisch stabilen Struktur gebildet wird, kann die scheinbare Dicke der Metallelektrode erhöht werden, ohne Erhöhen der Restbeanspruchung. Daher steigt das Gesamtvolumen der Metallelektrode (d. h. die Absolutmenge des Oxidfilm-bildenden Elements steigt an in der Metallelektrode), und die Beständigkeit kann verbessert werden. Daneben besteht kein Bedarf nach einer Erhöhung der Menge des Hinzufügens des Oxidfilm-bildenden Elements in der Metallelektrode, und die Verarbeitbarkeit nimmt nicht ab. Darüber hinaus kann selbst ein Material, dessen Dicke nur schwer herabgesetzt wird, durch Ätzen verarbeitet werden, um die Beanspruchung zu entspannen, wie wenn die Dicke herabgesetzt wird.
Wenn ein Metallteil wie ein Zuleitungsdraht auf die Metallelektrode gelötet werden soll, muss die Metallelektrode des Weiteren in einem bestimmten Ausmaß eine Dicke besitzen, um das Löten zu erleichtern. Im Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper der vorliegenden Erfindung hat die Metallelektrode eine bestimmte mechanisch stabile Struktur. Zum Zeitpunkt des Lötens wird daher das Löten bewerkstelligt über einen dicken Teil. Daher kann der Metallteil in sehr einfacher Weise gelötet werden.
BEISPIELE
Beispiele 1–15
Durch Verwenden einer Maske mit Löchern einer bestimmten Gestalt wurden Metallfolien mit verschiedenen Zusammensetzungen geätzt, um darin Durchgangslöcher zu bilden, bei Aufrechterhalten eines bestimmten Abstandes, wobei die Durchgangslöcher eine bestimmte Gestalt und eine maximale Länge d besitzen. Mit Bezug auf 3 wurden ein funktionales Keramikelement 10 entlang seiner beiden Seiten mit Metallfolien 12, wobei 12 Durchgangslöcher 12a, 12a, ---, besitzt, sandwichartig angeordnet, und wärmebehandelt, unter Vakuum und unter bestimmten Bedingungen, unter Verwendung eines Vakuumofens.
Vergleichsbeispiele 1–12
Funktionale Keramikelemente wurden sandwichartig angeordnet entlang deren beiden Enden, mit zahlreichen Metallfolien ohne Durchgangslöcher, und wurden im Vakuum unter bestimmten Bedingungen wärmebehandelt durch Verwenden eines Vakuumofens.
Die Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper, erhalten in Beispielen 1 bis 15 und in Vergleichsbeispielen 1 bis 12, wurden untersucht bezüglich ihrer Erscheinungsform, um das Auftreten von Abblättern zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 zeigt auch die Zusammensetzungen der Metallfolien, verwendet für das Verbinden, die Loch-Formen und die Verbindungsbedingungen. In den Fällen der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 unter Verwendung von Metallfolien ohne Durchgangslöcher, wurde ein Abblättern erhalten in einem Teil der Metallelektroden. Im Fall der Beispiele 1 bis 15 unter Verwendung von Metallfolien mit Durchgangslöchern, dagegen, wurde ein Abblättern in keiner der Metallelektroden beobachtet.
Beispiel 16
Ein Verbindungs-Modell wurde hergestellt, mit Metallelektroden von einer mechanisch stabilen Struktur, verbunden an beiden Seiten eines funktionellen Keramikelements, und die Belastung infolge des Verbindens wurde berechnet durch FEM-Analyse. Die Metallelektroden wurden hergestellt aus einer wärmebeständigen Fe-Cr-Al-Y-Stahlfolie, und die Verbindungstemperatur betrug 1050°C. Die mechanisch stabile Struktur wurde gebildet entlang den äußeren Umfangsteilen allein aus den Metallelektroden, und die eingebeulten Teile waren quadratische Löcher (nicht-durchdringende Löcher, 15 μm tief) oder Rundlöcher (nicht-durchdringende Löcher, 15 μm tief). Des Weiteren wurde die Beanspruchung analysiert durch Verändern der maximalen Länge d der eingebeulten Teile (Durchmesser oder Länge einer Diagonallinie), des Abstands der eingebeulten Teile und der Dicke der Metallelektroden. Die Ergebnisse waren wie in 4 veranschaulicht.
Aus 4(a)–4(c) wird ersichtlich, dass:

(1) wenn eine Foliendicke und ein Abstand zwischen den Löchern konstant ist, eine maximale Belastung, die erzeugt wird im Verbundkörper, abnimmt mit einem Anstieg der Lochgröße (maximale Länge d der eingebeulten Teile (4(a)));
(2) wenn eine Foliendicke und eine Lochgröße konstant sind, eine maximale Belastung, die im Verbundkörper erzeugt wird, abnimmt mit einer Erhöhung im Abstand zwischen den Löchern (4(b)); und
(3) wenn eine Lochgröße und ein Abstand zwischen den Löchern konstant sind, eine maximale Belastung, die erzeugt wird im Verbundkörper, abnimmt mit einer Abnahme in der Foliendicke (4(c)).

Beispiel 17
Durch Verwenden zweier Arten von Metallschichten einer Dicke von 50 μm, eine mit Löchern und die andere ohne Löcher, wurden Proben wärmebehandelt unter 1000°C × 390 kg/cm² (38 MPa) für 10 Minuten. Die Probe, verbunden mit den Metallschichten ohne Löcher, wurde zerbrochen im Inneren des Keramikelements nach dem Verbinden, unter Aufweisen eines Phänomens des Geteiltwerdens in zwei. Dagegen wies der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper unter Verwendung der Metallschichten mit Löchern nicht das obige Abblätterungs-Phänomen auf, woraus ersichtlich ist, dass die Verwendung eines Metalls mit Löchern sehr wirkungsvoll ist beim Entspannen der thermischen Beanspruchung.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung wurde obenstehend ausführlich anhand von Ausführungsformen beschrieben. Allerdings sollte verstanden werden, dass die Erfindung keineswegs auf die obigen Ausführungsformen allein beschränkt ist, sondern auf vielfältige Weise modifiziert werden kann, ohne den Geist und Umfang der Erfindung zu verlassen.
Der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden in Form von verschiedenen strukturellen Teilen und verschiedenen funktionellen Teilen in einer oxidierenden Hochtemperaturatmosphäre von nicht weniger als 600°C.
Ein Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper, umfassend ein keramisches Element, und eine Metallelektrode, verbunden mit mindestens einer flachen Oberfläche des keramischen Elements, wobei die Metallelektrode ein kontinuierlicher Körper mit mehreren eingebeulten Teilen ist, wobei die Metallelektrode eine scheinbare Dicke von nicht kleiner als 5 μm, aber nicht größer als 300 μm besitzt, wobei die scheinbare Dicke eine Entfernung von der verbindenden Grenzfläche bis zu der vertikal gemessenen und in glatter Weise die Oberflächen der Metallelektrode verbindenden Hülle ist, und wobei ein Abstand zwischen den eingebeulten Teilen nicht kleiner als 0,3 mal, aber nicht größer als 100 mal soviel wie die maximale Länge d der eingebeulten Teile ist. Der Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper wird erhalten durch Überlagern einer Metallschicht mit einer bestimmten, mechanisch stabilen Struktur auf dem Keramikelement, und Wärmebehandeln und/oder Anlegen einer Spannung an die Metallschicht und das Keramikelement unter bestimmten Bedingungen.

Claims

Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper, umfassend: ein Keramikelement; und eine Metallelektrode, die mit mindestens einer flachen Oberfläche des Keramikelements verbunden ist; wobei die Metallelektrode aus einem kontinuierlichen Körper mit mehreren eingebeulten Teilen über der flachen Oberfläche des Keramikelements besteht, wobei die Metallelektrode eine scheinbare Dicke von nicht kleiner als 5 μm, aber nicht größer als 300 μm besitzt, wobei die scheinbare Dicke eine Entfernung von der verbindenden Grenzfläche bis zu der vertikal gemessenen und in glatter Weise die Oberflächen der Metallelektrode verbindenden Hülle ist, und wobei ein Abstand zwischen den eingebeulten Teilen nicht kleiner als 0,3 mal, aber nicht größer als 100 mal soviel wie die maximale Länge d der eingebeulten Teile ist.
Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper nach Anspruch 1, wobei die eingebeulten Teile eine maximale Länge d von nicht kleiner als 0,01 mm, aber nicht größer als 1,0 mm besitzen.
Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die eingebeulten Teile eine rhombische Gestalt, eine quadratische Gestalt, eine polygone Gestalt, eine dreieckige Gestalt, eine kreisförmige Gestalt, eine elliptische Gestalt oder eine runde Gestalt haben.
Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Metallelektrode auf einer ihrer Oberflächen flach ist, die mit dem keramischen Element verbunden ist, und die eingebeulten Teile in ihrer Oberfläche hat, die mit dem Keramikelement nicht verbunden ist.
Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die eingebeulten Teile regelmäßig angeordnet sind.
Metallelektrode-Keramik-Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallelektrode aus einem anti-oxidierenden und wärmebeständigen Material hergestellt ist.
Verfahren für das Herstellen eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen Schritt des Verbindens der Metallelektrode mit dem Keramikelement unter Einwirkung von Wärme und/oder Anlegen einer Spannung an die Metallelektrode und das Keramikelement.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Verbindens unter einem Druck von nicht weniger als 0,5 MPa, aber nicht mehr als 100 MPa erfolgt.
Verfahren für das Herstellen eines Metallelektrode-Keramik-Verbundkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: einen Schritt des Erzeugens von Vorsprüngen durch das Überlagern der Oberfläche eines Keramikelements mit einer Maske mit mehreren darin gebildeten Durchgangslöchern, das Aufbringen einer Lösung, die durch Auflösen eines Mediums in einem Lösungsmittel erhalten ist, auf die Maske, und das Entfernen des Lösungsmittels, um auf diese Weise Vorsprünge auf der Oberfläche des Keramikelements zu bilden, die aus dem Medium hergestellt sind; einen Schritt des Bildens eines dünnen Metallfilms durch ein Sputter-Verfahren, PLD-Verfahren oder Aufdampfen auf der Oberfläche des Keramikelements, auf dem die Vorsprünge des Mediums gebildet worden sind; und einen Schritt des Entfernens der Vorsprünge des Mediums durch Verwenden eines Lösungsmittels oder durch Oxidation.