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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Gasmessfühler zum Erfassen
einer bestimmten Gaskonzentration in Messgasen, wie etwa Abgasen
oder dergleichen.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Eine
Brennkraftmaschine, wie etwa eine Kraftmaschine eines Motorfahrzeugs,
hat ein Abgassystem, das einen Gassensor trägt, um die
Konzentration eines bestimmen Gases, wie etwa Sauerstoff oder dergleichen,
in den Abgasen zu messen. Der Gassensor weist in sich einen aus
Keramik bestehenden Gasmessfühler auf, der eine bestimmte
Gaskonzentration in den Abgasen erfasst.
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Der
Gasmessfühler, der in dem Abgassystem der Brennkraftmaschine
verwendet wird, kann unter Wassertröpfchen leiden, die
unmittelbar nach dem Start der Kraftmaschine in den Abgasen vorhanden
sind. Während die Wassertröpfchen anhaften, wird
ein lokaler Bereich des Gasmessfühlers rasch abgekühlt,
so dass er unter einem Thermoschock leidet, der in bestimmten Fällen
verursacht, dass ein Fühlerriss entsteht.
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Die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 8-15213 offenbart ein Verfahren zum derartigen Steuern
eines Gasmessfühlers, dass seine Aktivität verzögert
wird, um einen Temperaturanstieg des Gasmessfühlers zu
verhindern, bis die Temperatur der Abgase so weit steigt, dass die
Wassertröpfchen entfernt werden, um dadurch das Auftreten
eines Thermoschocks zu vermeiden.
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Wenn
jedoch der Betrieb des Gasmessfühlers verzögert
wird, bis die Wassertröpfchen von den Abgasen entfernt
werden, kann die bestimmte Gaskonzentration in den Abgasen nicht
unmittelbar nach dem Start der Kraftmaschine gemessen werden, was
es schwierig macht, eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung durchzuführen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung erfolgte angesichts der obigen Umstände und hat
als Aufgabe, einen Gasmessfühler zur Verfügung
zu stellen, der eine hervorragende Thermoschockbeständigkeit
hat.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen, sieht eine Ausgestaltung der
Erfindung einen Gasmessfühler zum Erfassen einer bestimmten
Gaskonzentration in Messgasen vor, der zumindest einen Oberflächenschichtabschnitt
enthält, der eine Schicht aus einem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
hat, der einen Hauptbestandteil aus Aluminiumoxid enthält.
Der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper enthält Aluminiumoxidteilchen
und in einer Grenze zwischen den Aluminiumoxidteilchen oder in den
Aluminiumoxidteilchen dispergierte Dispersionsteilchen, die einen
mittleren Teilchendurchmesser haben, der kleiner als der der Aluminiumoxidteilchen
ist. Die Dispersionsteilchen sind voneinander in Teilchen-zu-Teilchen-Abständen
mit einem Mittelwert von 4 μm oder weniger und einer Standardabweichung
von 1,8 oder weniger beabstandet. Die Dispersionsteilchen haben
Teilchendurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 μm oder
weniger und einer Standardabweichung von 0,05 oder weniger.
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Die
Erfindung hat verschiedene vorteilhafte Wirkungen, die unten beschrieben
werden.
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Der
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper, der den Gasmessfühler
bildet, enthält die Dispersionsteilchen, die in einem dispergierten
Muster verteilt sind. Daher hat der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper,
der zumindest einen Oberflächenschichtabschnitt des Gasmessfühlers
bildet, eine erhöhte mechanische Festigkeit, was es dem
Gasmessfühler ermöglicht, eine erhöhte
Thermoschockbeständigkeit zu haben.
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Und
zwar wird infolge der Dispersionsteilchen, die an der Grenze der
Aluminiumoxidteilchen vorhanden sind, die Grenze der Aluminiumoxidteilchen
verstärkt, was zu einer Verbesserung der mechanischen Festigkeit
des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers führt.
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Ferner
führt die Koexistenz der Dispersionsteilchen und der Aluminiumoxidteilchen
zu der Konsequenz, dass das Teilchenwachstum der Aluminiumoxidteilchen
unterdrückt wird, wodurch eine miniaturisierte Verfeinerung
der Aluminiumoxidteilchen erreicht wird. Dies ermöglicht
es dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper, eine
erhöhte mechanische Festigkeit zu haben.
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Darüber
hinaus entsteht mit den in den Aluminiumoxidteilchen vorhandenen
Dispersionsteilchen infolge eines Unterschieds zwischen den Thermoschockbeständigkeiten
der Aluminiumoxidteilchen und der Dispersionsteilchen eine Druckeigenspannung,
was zu einer Zunahme der mechanischen Festigkeit des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
führt.
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Zudem
wird dadurch, dass die Dispersionsteilchen platziert dispergiert
sind, ein Riss, der an der Grenze der Aluminiumoxidteilchen entsteht,
dazu gebracht, an einer Stelle in der Nähe eines Bereichs,
in dem die Dispersionsteilchen vorhanden sind, abgelenkt oder gestoppt
zu werden. Daher ist der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
weniger anfällig darin, unter großen Rissen zu
leiden, wodurch bei erhöhter mechanischer Festigkeit Bruchzähigkeit
erzielt wird.
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Allerdings
ist es schwierig, die mechanische Festigkeit des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
allein dadurch angemessen zu erhöhen, dass die Dispersionsteilchen
dazu gebracht werden, auf der Grenze der Aluminiumoxidteilchen oder
in ihnen vorhanden zu sein. Das heißt, dass beispielsweise
unter Umständen, unter denen die Dispersionsteilchen beispielsweise
nicht angemessen verteilt sind und die Dispersionsteilchen in einem
ungleichen Muster (siehe 9) verteilt sind, ein Bereich,
in dem die Dispersionsteilchen in einem spärlichen Muster
dispergiert sind, nicht die nutzbringende Wirkung erzielt, die sich
aus der Existenz der Dispersionsteilchen ergibt. Somit kann es schwierig
sein, bei dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
eine angemessene mechanische Festigkeit zu erzielen.
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Wenn
die Dispersionsteilchen ferner zu große Teilchendurchmesser
haben, besteht die Gefahr, dass der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
leicht unter einem Riss leidet (siehe 8).
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Um
dieses Problem anzugehen, zieht die Erfindung in Erwägung,
den aus dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
bestehenden Gasmessfühler vorzusehen. Bei dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
haben die Dispersionsteilchen den Teilchen-zu-Teilchen-Abstand,
der unter den Mittelwert von 4 μm oder weniger mit der
Standardabweichung von 1,8 oder weniger fällt, und die
Teilchendurchmesser fallen unter den Mittelwert von 0,2 μm
oder weniger mit der Standardabweichung von 0,05 oder weniger.
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Fällt
der Teilchen-zu-Teilchen-Abstand unter den Mittelwert von 4 μm
oder weniger mit der Standardabweichung von 1,8 oder weniger, sind
die Dispersionsteilchen in dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
in einem angemessen verteilten Muster dispergiert. Dies ermöglicht
es dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper, die
Wirkung zu haben, dass die Dispersionsteilchen in dem angemessen
verteilten Muster dispergiert sind, was eine erhöhte mechanische
Festigkeit des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
ermöglicht.
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Wenn
die Dispersionsteilchen ferner Teilchendurchmesser haben, die unter
den Mittelwert von 0,2 μm oder weniger mit der Standardabweichung
von 0,05 oder weniger fallen, können die Dispersionsteilchen
angemessen minimierte Partikeldurchmesser haben, während
die Existenz großer Dispersionsteilchen unterdrückt
wird. Dies führt zu der Fähigkeit, angemessen
zu verhindern, dass Risse an der Grenze der Aluminiumoxidteilchen
mit einem Startpunkt auf dem Dispersionsteilchen entstehen, wodurch
dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper ermöglicht
wird, eine erhöhte mechanische Festigkeit zu haben.
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Dadurch
kann der Gasmessfühler, der zumindest eine aus dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
bestehende Oberflächenschicht hat, eine bessere Thermoschockbeständigkeit
haben, was die Unterdrückung eines Fühlerrisses
infolge eines Wassereinfalls auf der Oberfläche ermöglicht.
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Wie
oben dargelegt ist, kann die Erfindung einen Gasmessfühler
zur Verfügung stellen, der eine hervorragende Thermoschockbeständigkeit
hat.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine typische Ansicht, die einen Dispersionszustand von Dispersionsteilchen
zeigt, die bei einem Gasmessfühler eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels verwendet werden.
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2 ist
eine Schnittansicht, die den Gasmessfühler des erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels zeigt.
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3 ist
eine Schnittansicht, die einen Gassensor zeigt, der den in 2 gezeigten
Gasmessfühler des Ausführungsbeispiels enthält.
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4 ist
eine Perspektivdarstellung eines Probestücks zur Verwendung
in einem Dreipunkt-Biegefestigkeitsversuch, der im Beispiel 1 durchgeführt
wurde.
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5 ist
eine Darstellung, die darstellt, wie der Dreipunkt-Biegefestigkeitsversuch
im Beispiel 1 durchgeführt wird.
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6 zeigt
eine REM-Fotografie eines Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
eines Probestücks 3, das im Beispiel 1 verwendet wurde.
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7 zeigt
eine REM-Fotografie eines Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
mit Dispersionsteilchen, die im Beispiel 1 in einem pulverförmigen
Zustand zugegeben wurden.
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8 zeigt
eine REM-Fotografie eines Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
eines Vergleichsprobestücks 1, das im Beispiel 1 verwendet
wurde.
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9 zeigt
eine REM-Fotografie eines Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
eines Vergleichsprobestücks 4, das im Beispiel 1 verwendet
wurde.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unten
wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ein Gasmessfühler eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels beschrieben. Allerdings ist die Erfindung
nicht so zu verstehen, dass sie auf das unten beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt wäre, wobei die technischen Konzepte
der Erfindung in Kombination mit anderen bekannten Technologien
oder anderen Technologien, die eine zu diesen bekannten Technologien äquivalente
Funktion haben, realisiert werden können.
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Die
Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf einen Gasmessfühler
beschrieben, der für einen Gassensor zu nutzen ist. Der
Gassensor kann einen A/F-Sensor beinhalten, der dazu ausgelegt ist,
an einem Abgasrohr verschiedener Brennkraftmaschinen von beispielsweise
Motorfahrzeugen montiert zu werden, um abhängig von einer
Sauerstoffkonzentration in Messgasen, wie etwa Abgasen, unter Verwendung
eines Grenzstromwerts ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
erfassen. Der Gassensor kann ferner einen Sauerstoffsensor zum Messen
einer Sauerstoffkonzentration in den Abgasen oder einen NOx-Sensor
beinhalten, der dazu genutzt wird, eine Verschlechterung in einem
Drei-Wege-Katalysator zu erfassen, der am Abgasrohr montiert ist,
um eine Konzentration einer Luft verschmutzenden Substanz wie NOx
oder dergleichen zu überprüfen.
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Ferner
sind die Dispersionsteilchen unter Umständen, unter denen
der mittlere Teilchen-zu-Teilchen-Abstand mehr als 4 µm
beträgt oder die zugehörige Standardabweichung
mehr als 1,8 beträgt, nicht angemessen dispergiert. Somit
besteht die Möglichkeit, dass sich dadurch, dass die Dispersionsteilchen
in einem spärlichen Muster verteilt sind, die sich aus
der Existenz der Dispersionsteilchen ergebende Wirkung verringert und
es schwierig ist, den Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
mit angemessener mechanischer Festigkeit zu erzielen.
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Darüber
hinaus besteht unter anderen Umständen, unter denen der
mittlere Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen mehr als 0,2 µm
beträgt und die zugehörige Standardabweichung
mehr als 0,05 beträgt, die Gefahr, dass der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
leicht unter einem Riss mit einem Startpunkt auf einem groß ausgebildeten
Dispersionsteilchen leidet und es schwierig ist, den Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
mit angemessener mechanischer Festigkeit zu erzielen.
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Des
Weiteren bezieht sich der Ausdruck „Teilchen-zu- Teilchen-Abstand",
so wie er hier verwendet wird, auf beispielsweise einen Wert, der
bei Durchführung der unten beschriebenen Messung erzielt
wird.
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Und
zwar werden unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM),
das mit einem Rückstreuelektronendetektor versehen ist,
drei beliebige Querschnitte des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
untersucht. In jedem der sich ergebenden Rückstreuelektronenbilder
werden in einem rechteckigen Bereich mit einer Abmessung von 9 μm
Länge und 12 μm Breite alle Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
zwischen den jeweils benachbarten Dispersionsteilchen gemessen,
wonach ein Mittelwert aller Messwerte der Rückstreuelektronenbilder
in den drei Querschnitten genommen wird. Der sich ergebende Wert
wird somit als ein Mittelwert der Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
angesehen.
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Ferner
wird die Standardabweichung aller gemessenen Werte der Teilchen-zu-Teilchen-Abstände,
so wie sie hier verwendet wird, als eine Standardabweichung der
Teilchen-zu-Teilchen-Abstände angesehen.
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Überdies
bezieht sich der Ausdruck „Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen",
so wie er hier verwendet wird, auf beispielsweise einen Wert, der
bei Durchführung der unten beschriebenen Messung erzielt wird.
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Und
zwar werden unter Verwendung des mit dem Rückstreuelektronendetektor
versehenen Rasterelektronenmikroskops (REM) wie bei dem oben beschriebenen
Verfahren die drei beliebigen Querschnitte des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
untersucht. Es werden in jedem der sich ergebenden Rückstreuelektronenbilder
alle Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen gemessen, die in
dem rechteckigen Bereich mit der Abmessung von 9 μm Länge
und 12 μm Breite vorhanden sind, wonach ein Mittelwert
aller gemessenen Werte der Rückstreuelektronenbilder in
den drei Querschnitten genommen wird. Der sich ergebende Wert wird
somit als ein Mittelwert der Teilchendurchmesser angesehen.
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Ferner
wird die Standardabweichung aller gemessenen Werte der Teilchendurchmesser,
so wie sie hier verwendet wird, als eine Standardabweichung der
Teilchendurchmesser angesehen.
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Daneben
bezieht sich der Teilchendurchmesser jedes Dispersionsteilchens
auf den Durchmesser eines Kreises mit dem gleichen Flächeninhalt
wie der des Bildes jedes Dispersionsteilchens, das als das Rückstreuelektronenbild
untersucht wird.
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Ferner
können die Teilchen-zu-Teilchen-Abstände vorzugsweise
einen Mittelwert von 2 μm oder weniger mit einer Standardabweichung
von 0,8 oder weniger haben.
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Der
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper kann in diesem
Fall wegen der in einer passenden Verteilung dispergierten Dispersionsteilchen
bei erhöhter mechanischer Festigkeit eine weiter gesteigerte
vorteilhafte Wirkung haben.
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Darüber
hinaus können die Dispersionsteilchen vorzugsweise Teilchendurchmesser
haben, die unter einen Mittelwert von 0,15 μm oder weniger
mit einer Standardabweichung von 0,04 oder weniger fallen.
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Der
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper kann in diesem
Fall wegen der in einer passenden Verteilung dispergierten Dispersionsteilchen
bei erhöhter mechanischer Festigkeit eine weiter gesteigerte
vorteilhafte Wirkung haben. Außerdem wird es möglich,
das Entstehen eines Risses in dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
mit einem Startpunkt auf dem Dispersionsteilchen wirksam auszuschließen.
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Die
Aluminiumoxidteilchen können vorzugsweise einen mittleren
Teilchendurchmesser von 5 μm oder weniger haben.
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Die
Existenz der in einer miniaturisierten Verfeinerung verteilten Dispersionsteilchen
ermöglicht in diesem Fall, dass der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
eine erhöhte mechanische Festigkeit hat.
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Die
Aluminiumoxidteilchen können einen mittleren Teilchendurchmesser
haben, der wie unten beschrieben ermittelt wird.
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Und
zwar werden unter Verwendung des mit dem Rückstreuelektronendetektor
versehenen Rasterelektronenmikroskops (REM) die drei beliebigen
Querschnitte des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
untersucht. In den sich ergebenden Rückstreuelektronenbildern
werden alle Teilchendurchmesser der Aluminiumoxidteilchen gemessen,
die in dem rechteckigen Bereich mit der Abmessung von 9 μm
Länge und 12 μm Breite vorhanden sind, wonach
ein Mittelwert aller gemessenen Werte des Rückstreuelektronenbildes in
den drei Querschnitten genommen wird. Der sich ergebende Wert wird
somit als ein mittlerer Teilchendurchmesser der Aluminiumoxidteilchen
angesehen.
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Ferner
bezieht sich der Teilchendurchmesser jedes Aluminiumoxidteilchens
auf den Durchmesser eines Kreises mit dem gleichen Flächeninhalt
wie der des Bildes jedes Aluminiumoxidteilchens, das durch das REM
untersucht wird.
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Ferner
können die Aluminiumoxidteilchen vorzugsweise einen mittleren
Teilchendurchmesser von 3 μm oder weniger haben.
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Die
Aluminiumoxidteilchen sind in diesem Fall in einer weiter miniaturisierten
Verfeinerung ausgebildet, was es dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
ermöglicht, eine erhöhte mechanische Festigkeit
zu haben.
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Darüber
hinaus kann der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
vorzugsweise einen Gehalt von 1 bis 30 Gew.-% der Dispersionsteilchen
haben.
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In
diesem Fall wird es möglich, angemessen eine vorteilhafte
Wirkung zu erzielen, die sich aus den in einer gleichmäßigen
Verteilung dispergierten Dispersionsteilchen ergibt.
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Wenn
der Gehalt der Dispersionsteilchen weniger als 1 Gew.-% beträgt,
bestehen Schwierigkeiten, die sich aus den in einer gleichmäßigen
Verteilung dispergierten Dispersionsteilchen ergebende vorteilhafte
Wirkung zu erzielen. Wenn der Gehalt der Dispersionsteilchen dagegen
mehr als 30 Gew.-% beträgt, verringert sich die sich aus
den in einer gleichmäßigen Verteilung dispergierten
Dispersionsteilchen ergebende vorteilhafte Wirkung. Daneben besteht
die Gefahr, dass durch eine Abnahme eines Charakteristikums wie
der thermischen Leitfähigkeit von Aluminiumoxid um ein
Ausmaß, das sich durch die Verringerung des Anteils der
Aluminiumoxidteilchen ergibt, ein Nachteil entsteht.
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Darüber
hinaus kann der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
vorzugsweise einen Gehalt von 5 bis 20 Gew.-% der Dispersionsteilchen
haben.
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In
diesem Fall wird es möglich, zuverlässig die vorteilhafte
Wirkung zu erzielen, die sich aus den in einer gleichmäßigen
Verteilung dispergierten Dispersionsteilchen ergibt.
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Abgesehen
davon können die Dispersionsteilchen vorzugsweise Zirkoniumoxid
sein.
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Der
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper kann in diesem
Fall infolge der Existenz der in einer gleichmäßigen
Verteilung dispergierten Dispersionsteilchen wirksam eine erhöhte
mechanische Festigkeit haben.
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Ferner
kann der Gasmessfühler vorzugsweise ein Gasmessfühler
der Stapelbauart sein, der eine Vielzahl von Keramikschichten aufweist,
zu denen die Schicht des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers gehört.
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Der
Einsatz der Erfindung bei dem Gasmessfühler der Stapelbauart
mit seiner besonderen Gestaltung, die die Tendenz zu einer geringeren
Festigkeit hat, ermöglicht in diesem Fall, dass sich die
vorteilhafte Wirkung der Erfindung wirksam als starke Verbesserung
zeigt.
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- Ausführungsbeispiel -
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- Erstes Ausführungsbeispiel
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Unten
wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 der
beigefügten Zeichnungen ein Gasmessfühler gemäß einem
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Der
Gasmessfühler 1 dieses Ausführungsbeispiels
ist ein Gasmessfühler, der eine bestimmte Gaskonzentration
in Messgasen erfasst und der zumindest einen Oberflächenschichtabschnitt
aufweist, der eine Schicht enthält, die sich aus einem
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 zusammensetzt,
der aus einem Hauptbestandteil aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht.
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Wie
typisch in 1 gezeigt ist, setzt sich der
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 aus Aluminiumoxidteilchen 21 und
Dispersionsteilchen 22 zusammen, die in Grenzbereichen
zwischen jeweils benachbarten Aluminiumoxidteilchen 21 oder
in den Aluminiumoxidteilchen 21 an sich dispergiert sind.
Die Dispersionsteilchen 22 haben einen mittleren Teilchendurchmesser,
der kleiner als der der Aluminiumoxidteilchen 21 ist (siehe 6 und 7).
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Die
Aluminiumoxidteilchen 21 weisen Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
A auf, die jeweils einen Abstand zwischen benachbarten Aluminiumoxidteilchen 21 darstellen,
der bei einem Mittelwert von 4 µm oder weniger mit einer
Standardabweichung von 1,8 oder weniger liegt.
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Die
Dispersionsteilchen 22 haben Teilchendurchmesser mit einem
Mittelwert von 0,2 µm oder weniger mit einer Standardabweichung
von 0,05 oder weniger.
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Ferner
haben die Teilchen-zu-Teilchen-Abstände A vorzugsweise
einen Mittelwert von 2 µm oder weniger mit einer Standardabweichung
von 0,8 oder weniger. Darüber hinaus haben die Dispersionsteilchen 22 vorzugsweise
einen Mittelwert von 0,15 µm oder weniger mit einer Standardabweichung
von 0,04 oder weniger.
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Darüber
hinaus haben die Aluminiumoxidteilchen 21 einen mittleren
Teilchendurchmesser von 5 µm oder weniger und besser noch
3 µm oder weniger.
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Überdies
hat der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 einen
Gehalt von 1 bis 30 Gew.-% der Dispersionsteilchen 22 und
besser noch einen Gehalt von 5 bis 20 Gew.-% der Dispersionsteilchen 22.
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Zudem
bestehen die Dispersionsteilchen 22 aus Zirkoniumoxid (ZrO2).
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist der Gasmessfühler 1 dieses
Ausführungsbeispiels ein Gasmessfühler der Stapelbauart,
der eine Vielzahl von gestapelten Keramikschichten in der Form von
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpern 2 enthält.
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Der
Gasmessfühler 1 weist insbesondere einen Festelektrolytkörper 11 mit
einem Hauptbestandteil aus Zirkonium auf. Bei dem Festelektrolytkörper 11 ist
eine Fläche mit einer Messgaserfassungselektrode 121 ausgebildet
und die andere Fläche mit einer Bezugsgaselektrode 122 ausgebildet,
die in einem Bereich entgegengesetzt zu der Messgaserfassungselektrode 121 ausgebildet
ist. Auf dem Festelektrolytkörper 11 ist auf der
gleichen Fläche wie der, auf der die Bezugsgaselektrode 122 ausgebildet
ist, eine Kammerbildungsschicht 13 aufgestapelt. Die Kammerbildungsschicht 13 hat
eine Bezugsgaskammer 161, die der Bezugsgaselektrode 122 zugewandt
ausgebildet ist. In der Kammerbildungsschicht 13 ist eine
Heizung 14 mit Heizelementen 14a eingebettet,
die eingeschaltet werden kann, um Wärme zu entwickeln.
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Ferner
sind auf dem Festelektrolytkörper 11 nacheinander
auf der gleichen Fläche wie der, auf der die Messgaserfassungselektrode 121 ausgebildet
ist, eine Abstands schicht 151 und eine poröse
Diffusionswiderstandsschicht 152 aufgestapelt. Die Abstandsschicht 151 hat
eine Messgaskammer 162, in die auf die unten beschriebene
Weise Messgase eingelassen werden.
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Darüber
hinaus ist auf der porösen Diffusionswiderstandsschicht 152 auf
einer Fläche entgegengesetzt zu der, auf der die Abstandsschicht 151 aufgestapelt
ist, eine Abschirmschicht 153 aufgestapelt.
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Bei
dem in diesem Aufbau ausgebildeten Gasmessfühler 1 bestehen
die Kammerbildungsschicht 13 einschließlich einer
Oberflächenschicht, in der die Heizung 14 eingebettet
ist, und die Abschirmschicht 153 aus dichten Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpern 2.
Daneben besteht die Abstandsschicht 151 aus dem dichten
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2.
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Darüber
hinaus besteht die poröse Diffusionswiderstandsschicht 152 aus
einem porösen Sinterkörper, der einen Hauptbestandteil
aus Aluminiumoxid hat und in einem Aufbau ausgebildet ist, der es
Messgasen ermöglicht, im Diffusionszustand hindurchzutreten.
Dies stellt passend die Rate an Messgasen ein, die zur Messgaserfassungselektrode 121 strömen.
Dies ermöglicht es der Messgaserfassungselektrode 121,
präzise ein bestimmtes Gas (etwa Sauerstoff oder dergleichen)
zu messen.
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Des
Weiteren ist der Gasmessfühler 1 in beispielsweise
einem Gassensor 3 mit einem wie in 3 gezeigten
Aufbau enthalten.
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Wie
in 3 gezeigt ist, umfasst der Gassensor 3 ein
mit einem Gehäuse 31 in dessen Innenbereich festgehaltenes
erstes Isolierporzellan 32, das starr den Gasmessfühler 1 trägt.
Das Gehäuse 31 hat ein Kopfende 31a,
das eine Fühlerabdeckung 33 zum Bedecken eines
Kopfendes 1a des Gasmessfühlers 1 trägt.
Der Gasmessfühler 1 hat ein Fußende 1b,
das mit Anschlussabschnitten 19 ausgebildet ist, die von
einem zweiten Isolierporzellan 34 bedeckt werden. Das Gehäuse 31 hat
ein außerdem ein Fußende 31b, das eine
atmosphärenseitige Abdeckung 35 trägt,
die das zweite Isolierporzellan 34 bedeckt.
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Das
zweite Isolierporzellan 34 befindet sich auf der Oberseite
des ersten Isolierporzellans 32 und hat einen inneren Hohlraum 34a,
der die Anschlussabschnitte 19 aufnimmt.
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Der
Ausdruck „Kopfende" bezieht sich, so wie er hier verwendet
wird, auf einen Endabschnitt des Gassensors 3 an einer
Stelle, die dazu ausgelegt ist, in ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine
oder dergleichen eingeführt zu werden, während
sich der Ausdruck „Fußende" auf den anderen Endabschnitt
des Gassensors 3 entgegengesetzt zu seinem Kopfende bezieht.
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Die
Fühlerabdeckung 33 umfasst eine mit Boden versehene
Innenabdeckung 331 und eine mit Boden versehene Außenabdeckung 332,
die beide Fußenden haben, die mit dem Kopfende 31a des
Gehäuses 31 verbunden sind. Die mit Boden versehene
Innenabdeckung 331 und die mit Boden versehene Außenabdeckung 332 haben
Gasdurchlässe 333, durch die Messgase ins Innere
der mit Boden versehenen Innenabdeckung 331 gelassen werden.
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Wird
der Gassensor 3 mit einem Kopfende in das Abgasrohr der
Brennkraftmaschine eingeführt, wird der Gassensor 3 durch
das Gehäuses 31 in einer festen Position starr
getragen.
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Beim
Messen einer bestimmten Gaskonzentration in Messgasen mit Hilfe
des Gassensors mit dem oben erwähnten Aufbau wird zunächst
die Heizung 14 eingeschaltet, um den Gasmessfühler 1 zu
erhitzen, bis die Temperatur des Gasmessfühlers 1 auf
eine Aktivierungstemperatur angestiegen ist. Daneben wird Atmosphärenluft,
die als Bezugsgas dient, in die Bezugsgaskammer 161 eingeleitet,
und Abgase werden über die Gasdurchlässe 333 der
Fühlerabdeckung 33 und die poröse Diffusionswiderstandsschicht 152 als
Messgase in die Messgaskammer 162 eingeleitet.
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In
diesem Zustand wird an die Bezugsgaselektrode 122 und die
Messgaserfassungselektrode 121 eine bestimmte Spannung
angelegt. Sobald dies stattfindet, fließt durch die Bezugsgaselektrode 122 und
die Messgaserfassungselektrode 121 mit einem Grenzstromwert
ein elektrischer Strom, auf dessen Grundlage eine Sauerstoffkonzentration
in den Messgasen erfasst wird, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis
eines in der Brennkraftmaschine verbrannten Gemisches zu messen.
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Ferner
wurde der Gassensor 3 zwar oben unter Bezugnahme auf einen
beispielhaften Anwendungsfall als Luft-Kraftstoff-Sensor diskutiert,
doch ist die Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt
und kann andere Anwendungen bei beispielsweise einem O2-Sensor
und einem NOx-Sensor oder dergleichen haben.
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Bei
der Herstellung des Gasmessfühlers 1 dieses Ausführungsbeispiels
werden die Aluminiumoxid-Sinterkörper 2 beispielsweise
auf die unten beschriebene Weise ausgebildet.
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Und
zwar werden Zirkoniumoxid und ein Dispergiermittel zu einer Aluminiumoxidschlämme
zugegeben, wonach diese Bestandteile miteinander gemischt werden,
um ein Gemisch anzufertigen. Dann wird zu dem Gemisch außerdem
ein Hilfsmittel, wie etwa ein Bindemittel oder dergleichen, zugegeben,
um dadurch eine Mischschlämme anzufertigen. Bei der Zugabe
von Zirkoniumoxid zur Aluminiumoxidschlämme kann zur Aluminiumoxidschlämme
vorzugsweise eine in einem Schlämmezustand ausgebildete
Zirkoniumoxidschlämme zugegeben werden. Allerdings kann
zur Aluminiumoxidschlämme alternativ auch in einem Pulverzustand ausgebildetes
Zirkoniumoxid zugegeben werden.
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Als
Nächstes ermöglicht die Verwendung eines Rakelverfahrens
es, die Mischschlämme zu einem lagenförmigen Kompaktkörper
auszubilden. Abhängig von den Erfordernissen wird der lagenförmige
Kompaktkörper in mehrere Stücke geschnitten, die
dann aufeinander gestapelt werden, wodurch ungebrannte Körper für
die Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 angefertigt
werden, die die Kammerbildungsschicht 13, die Abstandsschicht 151 und
die Abschirmschicht 153 bilden.
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Außerdem
werden diese ungebrannten Körper mit anderen ungebrannten
Körpern der anderen den Gasmessfühler 1 bildenden
Keramikschichten aufeinander gestapelt, wodurch ein ungebrannter
Stapelkörper erzielt wird.
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Dann
wird der ungebrannte Stapelkörper entfettet und danach
gebrannt, wonach der gebrannte Stapelkörper geschliffen
wird, um den Gasmessfühler 1 zu erzielen, der
die Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 enthält.
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Der
Gasmessfühler 1 dieses Ausführungsbeispiels
hat verschiedene vorteilhafte Wirkungen, die unten beschrieben werden.
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Jeder
der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2, die
den Gasmessfühler 1 bilden, enthält die
in einem dispergierten Muster verteilten Dispersionsteilchen 22.
Die Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2,
die zumindest Oberflächenschichtabschnitte des Gasmessfühlers 1 bilden,
haben eine erhöhte mechanische Festigkeit, was verursacht,
dass der Gasmessfühler 1 eine erhöhte
Thermoschockbeständigkeit hat.
-
Und
zwar werden mit den Dispersionsteilchen 22, die an den
Grenzen zwischen jeweils aneinandergrenzenden Aluminiumoxidteilchen 21 vorhanden
sind, die Teilchengrenzen der Aluminiumoxidteilchen verstärkt,
was zu einer Zunahme der mechanischen Festigkeit des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers 2 führt.
-
Ferner
wird mit den Dispersionsteilchen 22, die mit den Aluminiumoxidteilchen 21 koexistieren,
das Teilchenwachstum der Aluminiumoxidteilchen 21 dermaßen
unterdrückt, dass die Aluminiumoxidteilchen 21 in miniaturisierter
Verfeinerung ausgebildet sind. Dies führt zu einer Zunahme
der mechanischen Festigkeit des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers 2.
-
Ferner
entsteht mit den Dispersionsteilchen 22, die in den Aluminiumoxidteilchen 21 vorhanden
sind, infolge einer Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen den Aluminiumoxidteilchen 21 und den Dispersionsteilchen 22 eine
Druckeigenspannung. Dies führt zu einer Zunahme der mechanischen
Festigkeit des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers 2.
-
Mit
den in einem dispergierten Muster verteilten Dispersionsteilchen 22 wird
darüber hinaus bewirkt, dass ein Riss, der an der Grenze
zwischen den benachbarten Aluminiumoxidteilchen 21 auftritt,
an einer Stelle in der Nähe eines Bereichs, wo die Dispersionsteilchen 22 vorhanden
sind, abgelenkt wird oder gestoppt wird. Daher ist es unwahrscheinlich,
dass in dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 ein
großer Riss entsteht, was bei besserer mechanischer Festigkeit
zu einer Zunahme der Bruchzähigkeit führt.
-
Allerdings
ist es für den Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 schwierig,
nur dadurch angemessen eine bessere mechanische Festigkeit zu erreichen,
indem die Dispersionsteilchen 22 dazu gebracht werden,
an der Grenze der benachbarten Aluminiumoxidteilchen 21 oder
in den Aluminiumoxidteilchen 21 an sich vorhanden zu sein.
Und zwar sind die Dispersionsteilchen 22 beispielsweise
dann, wenn die Dispersionsteilchen 22 nicht angemessen
dispergiert und ungleich verteilt sind (siehe 9),
in einem lokalen Bereich in einem spärlichen Verteilungsmuster
dispergiert. In diesem Fall hat der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 keine
sich aus der Existenz der Dispersionsteilchen 22 ergebende
vorteilhafte Wirkung, was zu der Gefahr führt, dass Schwierigkeiten
bestehen, eine angemessene mechanische Festigkeit zu erzielen.
-
Falls
die Dispersionsteilchen 22 ferner zu große Teilchen
sind, ist es wahrscheinlich, dass der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 leicht
unter einem Riss (siehe 8) mit einem Startpunkt auf
dem Dispersionsteilchen 22 leidet.
-
Um
diesen Fehlern zu begegnen, sind die Dispersionsteilchen 22 und
die Aluminiumoxidteilchen 21 in dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2,
der einen Teil des die Erfindung verkörpernden Gasmessfühlers 1 bildet,
so festgelegt, dass sie verschiedene Faktoren erfüllen.
Und zwar haben die Teilchen-zu-Teilchen-Abstände A, die
jeweils den Abstand zwischen benachbarten Dispersionsteilchen 22 darstellen,
einen Mittelwert von 4 µm oder weniger mit einer Standardabweichung
von 1,8 oder weniger. Daneben haben die Dispersionsteilchen 22 Teilchendurchmesser
mit einem Mittelwert von 0,2 µm oder weniger mit einer Standardabweichung
von 0,05 oder weniger.
-
Hat
der Teilchen-zu-Teilchen-Abstand A den Mittelwert von 4 μm
oder weniger mit der Standardabweichung von 1,8 oder weniger, können
die Dispersionsteilchen 22 in dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 in
einem angemessen dispergierten Muster platziert sein. Dies ermöglicht
es, dass der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 angemessen
die sich aus den in dem dispergierten Muster verstreuten Dispersionsteilchen 22 ergebende
vorteilhafte Wirkung hat, was eine angemessen erhöhte mechanische
Festigkeit des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers 2 ermöglicht.
-
Haben
die Dispersionsteilchen 22 die Teilchendurchmesser mit
dem Mittelwert von 0,2 µm oder weniger mit der Standardabweichung
von 0,05 oder weniger, haben die Dispersionsteilchen 22 zudem
angemessen minimierte Teilchendurchmesser, wodurch die Existenz
großer Dispersionsteilchen unterdrückt wird. Dies unterdrückt
angemessen Fehler wie den Riss, der an der Grenzfläche
der Aluminiumoxidteilchen 21 mit dem Startpunkt auf dem
Dispersionsteilchen 22 entsteht, was es dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 ermöglicht,
eine angemessen erhöhte mechanische Festigkeit zu haben.
-
Dadurch
kann der Gasmessfühler 1, bei dem zumindest die
Oberflächenschicht aus dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 gebildet
ist, eine bessere Thermoschockbeständigkeit haben, was
zu der Fähigkeit führt zu verhindern, dass infolge
des Einfalls von auf die Oberfläche aufgebrachtem Wasser
ein Fühlerriss entsteht.
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Bleibt
der Teilchen-zu-Teilchen-Abstand A bei dem Mittelwert von 2 µm
oder weniger mit der Standardabweichung von 0,8 oder weniger, kann
die festigkeitssteigernde Wirkung des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers 2,
die sich aus den in dem dispergierten Muster verteilten Dispersionsteilchen 22 ergibt, weiter
gesteigert werden.
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Haben
die Dispersionsteilchen 22 den mittleren Teilchendurchmesser
von 0,15 µm oder weniger mit der Standardabweichung von
0,04 oder weniger, wird die festigkeitssteigernde Wirkung des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers 2,
die sich aus den in dem dispergierten Muster verteilten Dispersionsteilchen 22 ergibt,
weiter gesteigert. Daneben verhindert dies wirksam, dass der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 unter
einem Riss mit einem Startpunkt auf dem Dispersionsteilchen 22 leidet.
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Haben
die Aluminiumoxidteilchen 21 den mittleren Teilchendurchmesser
von 5 µm oder weniger, kann der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 infolge
der Existenz der in miniaturisierter Verfeinerung ausgebildeten
Aluminiumoxidteilchen 21 eine erhöhte mechanische
Festigkeit haben. Haben die Aluminiumoxidteilchen 21 den
mittleren Teilchendurchmesser von 3 µm oder weniger, sind
die Aluminiumoxidteilchen 21 zudem in einer weiter miniaturisierten
Verfeinerung ausgebildet, wodurch dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 ermöglicht
wird, eine weiter erhöhte mechanische Festigkeit zu haben.
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Da
der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 ferner
einen Gehalt von 1 bis 30 Gew.-% der Dispersionsteilchen 22 hat,
kann der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 angemessen
die sich aus den in dem dispergierten Muster verteilten Dispersionsteilchen 22 ergebende
vorteilhafte Wirkung erzielen. Hat der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 einen
Gehalt von 5 bis 20 Gew.-% der Dispersionsteilchen 22,
kann die sich aus den in dem dispergierten Muster verteilten Dispersionsteilchen 22 ergebende vorteilhafte
Wirkung zudem noch zuverlässiger erzielt werden.
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Da
die Dispersionsteilchen 22 darüber hinaus aus
Zirkoniumoxid bestehen, kann der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 infolge
der Existenz der in einem dispergierten Muster verteilten Dispersionsteilchen 22 wirksam
eine erhöhte mechanische Festigkeit haben.
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Zudem
besteht der Gasmessfühler 1 aus dem Gasmessfühler
der Stapelbauart, der sich aus mehreren aufgestapelten Keramiklagen
mit den Schichten aus den Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpern 2 zusammensetzt.
Wird die Erfindung bei dem Gasmessfühler 1 der
Stapelbauart mit diesem Aufbau eingesetzt, bei dem es wahrscheinlich
ist, dass er eine geringere mechanische Festigkeit hat, ermöglicht
dies, dass sich die vorteilhafte Wirkung der Erfindung auf noch
wirksamere Weise zeigt.
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Wie
oben dargelegt ist, kann dieses Ausführungsbeispiel einen
Gasmessfühler mit erhöhter Thermoschockbeständigkeit
zur Verfügung stellen.
-
- Beispiel 1 -
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Wie
in Tabelle 1 und 4 bis 9 gezeigt
ist, stellt Beispiel 1 das Ergebnis von Versuchen dar, die durchgeführt
wurden, um die mechanische Festigkeit der Aluminiumoxid- Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 zu überprüfen,
die im Vergleich mit verschiedenen Formen an Dispersionszuständen,
an Teilchendurchmessern und Zugabemengen der Dispersionsteilchen
oder an Teilchendurchmessern der Aluminiumoxidteilchen angefertigt
wurden.
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Und
zwar wurden, wie in Tabelle 1 angegeben ist, als Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2,
die jeweils einen Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
eines die Erfindung verkörpernden Gasmessfühlers
bildeten, Probestücke 1 bis 5 angefertigt. Ferner wurden
als Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2,
die eine Bedingung der Erfindung nicht erfüllten, Vergleichsprobestücke
1 bis 8 angefertigt, und es wurde als Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2,
in dem keine Dispersionsteilchen enthalten waren, ein Vergleichsprobestück
9 angefertigt.
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Beim
Anfertigen der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper 2 wurden
zu einer Aluminiumoxidschlämme Zirkoniumoxid und ein Dispergiermittel
zugegeben, um ein Gemisch zu bilden, zu dem außerdem ein
Hilfsmittel, wie etwa ein Bindemittel oder dergleichen, zugegeben
wurde, wodurch eine Mischschlämme angefertigt wurde.
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Als
Nächstes wurde die Mischschlämme unter Verwendung
eines Rakelverfahrens zu einer Vielzahl von lagenartigen Kompaktkörpern
ausgebildet. Die mehreren lagenartigen Kompaktkörper wurden
aufeinander gestapelt, wodurch ein ungebrannter Körper
des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers angefertigt
wurde.
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Danach
wurde der ungebrannte Körper zu mehreren Stücken
mit jeweils einer vorgegebenen Abmessung geschnitten, wonach die
mehreren Stücke entfettet und gebrannt wurden, um die Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
zu erzielen. Es wurde eine Oberfläche jedes Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
geschliffen, um ein Dreipunkt-Biegemuster 10 zu erzielen.
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Der
Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper (Vergleichsprobestück
9) wurde mit den gleichen Schritten wie oben erwähnt angefertigt,
mit Ausnahme des Schritts, in dem Zirkoniumoxid in die Mischschlämme
gemischt wurde.
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Ferner
wurden während des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens
mehrere Probestücke angefertigt, indem die Zugabemengen
an Zirkoniumoxid geändert wurden. Darüber hinaus
wurden die Dispersionszustände der aus Zirkoniumoxid bestehenden
Dispersionsteilchen in verschiedenen Dispersionsmustern angefertigt,
indem die Art der Dispergiermittel und ihre Zugabemengen geändert
wurden. Zudem können beim Durchführen von Verfahren
zum Zugeben von Zirkoniumoxid zu der Aluminiumoxidschlämme
die Dispersionszustände des Zirkoniumoxids auch dadurch
geändert werden, dass zu der Aluminiumoxidschlämme
eine in einem Schlämmezustand angefertigte Zirkoniumoxidschlämme
zugegeben wird oder indem zu der Aluminiumoxidschlämme
pulverförmiges Zirkoniumoxid zugegeben wird.
-
Die
Probestücke 1 bis 5 und die Vergleichsprobestücke
1 bis 8 wurden auf die oben erwähnte Weise angefertigt,
wobei die Prüfergebnisse in Tabelle 1 dargestellt sind.
Darüber hinaus wurde der Aluminiumoxid-Sinterkörper
als Probestück 9 ohne Einschluss von Zirkoniumoxid angefertigt.
-
Nachdem
die verschiedenen Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
angefertigt worden waren, wurden die Dispersionszustände
der Dispersionsteilchen überprüft. Und zwar wurden
ein Mittelwert und eine Standardabweichung der Teilchen-zu-Teilchen-Abstände,
die jeweils einen Abstand zwischen benachbarten Dispersionsteilchen
darstellten, und ein Mittelwert und eine Standardabweichung der
Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen gemessen und berechnet.
-
Und
zwar wurden unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM),
das mit einem Rückstreuelektronendetektor versehen war,
drei beliebige Querschnitte jedes Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
untersucht. In jedem Rückstreuelektronenbild wurden in
einem rechteckigen Bereich mit einer Abmessung von 9 µm
Länge und 12 µm Breite alle Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
A (siehe 1) gemessen, die jeweils einen
Abstand zwischen den benachbarten Dispersionsteilchen darstellten,
wonach ein Mittelwert aller gemessenen Werte der Rückstreuelektronenbilder
in den drei Querschnitten genommen wurde. Der sich ergebende Wert
wurde als ein Mittelwert der Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
A angesehen.
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Ferner
wurde eine Standardabweichung bei allen gemessenen Werten der Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
A als eine Standardabweichung der oben beschriebenen Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
A angesehen.
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Ferner
stellten die Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen Werte dar,
die auf die unten beschriebene Weise gemessen wurden.
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Unter
Verwendung des mit dem Rückstreuelektronendetektor versehenen
Rasterelektronenmikroskops (REM) wurden wie in den oben diskutierten
Schritten die drei Querschnitte jedes Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
untersucht. In jedem Rückstreuelektronenbild wurden alle
Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen gemessen, die in dem
rechteckigen Bereich mit der Abmessung von 9 µm Länge
und 12 µm Breite vorhanden waren, wonach ein Mittelwert
aller Teilchendurchmesser der Rückstreuelektronenbilder in
den drei Querschnitten genommen wurde. Der sich ergebende Wert wurde
als ein Mittelwert der Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen
angesehen.
-
Darüber
hinaus wurde eine Standardabweichung bei allen gemessenen Werten
der Teilchendurchmesser als eine Standardabweichung der Teilchendurchmesser
angesehen.
-
Zudem
wurde der Teilchendurchmesser der Dispersionsteilchen als ein Durchmesser
eines Kreises mit dem gleichen Flächeninhalt wie der eines
Bildes des Dispersionsteilchens angesehen, das als Rückstreuelektronenbild
untersucht wurde.
-
Ferner
wurden die Teilchendurchmesser der Aluminiumoxidteilchen auf die
unten beschriebene Weise gemessen.
-
Und
zwar wurden unter Verwendung des mit dem Rückstreuelektronendetektor
versehenen Rasterelektronenmikroskops (REM) die drei beliebigen
Querschnitte jedes Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
untersucht. In jedem sich ergebenden REM-Bild wurden sämtliche
Teilchendurchmesser der Aluminiumoxidteilchen gemessen, die in dem
rechteckigen Bereich mit der Abmessung von 9 µm Länge
und 12 µm Breite vorhanden waren, wobei für die
drei Querschnitte ein Mittelwert aller Teilchendurchmesser der REM-Bilder
genommen wurde. Der sich ergebende Wert wurde als mittlerer Teilchendurchmesser
der Aluminiumoxidteilchen angesehen.
-
Zudem
wurde der Teilchendurchmesser der Aluminiumoxidteilchen als ein
Durchmesser eines Kreises mit dem gleichen Flächeninhalt
wie der eines Bildes der Aluminiumoxidteilchen angesehen, die in
dem REM-Bild untersucht wurden.
-
Dann
wurde unter Verwendung eines unter JIS R1601 spezifizierten Dreipunkt-Biegeversuchverfahrens
für die Probestücke 1 bis 5 und die Vergleichsprobestücke
1 bis 9 eine mechanische Dreipunkt-Biegefestigkeit gemessen.
-
Und
zwar wurde, wie in 4 gezeigt ist, jedes Probestück
zunächst so gestaltet, dass es ein Probestück 10 mit
einer beinahe rechteckigen festen Form bildete, die 36 mm lang,
4 mm breit und 3 mm hoch war. Zusätzlich wurden Lagenkompaktkörper
in Richtung der Höhenrichtung aufeinander gestapelt.
-
Wie
in 5 gezeigt ist, wurde das Probestück 10 zudem
auf zwei Drehpunkte 41 gesetzt, die voneinander 30 mm beabstandet
waren, wobei die Höhenrichtung in vertikaler Richtung angeordnet
war und eine Längsrichtung des Probestücks 10 an
einer horizontalen Ebene ausgerichtet war. Unter dieser Bedingung
wurde mit dem Probestück 10 an einer mittleren
Position von ihm in einem Bereich zwischen den beiden Drehpunkten 41 eine
Pressvorrichtung 42 in Kontakt gebracht, wonach die Pressvorrichtung 42 in
Vertikalrichtung gegen das Probestück 10 von einem
oberen Bereich von ihm zu einem unteren Bereich gepresst wurde.
Während der Pressbewegung wurde eine Presslast dazu gebracht,
zunehmend anzusteigen, bis das Probestück 10 bei
einer Maximallast durchbrochen wurde, bei der die mechanische Dreipunkt-Biegefestigkeit
gemessen wurde. Abgesehen davon wurde die Pressvorrichtung 42 während
dieses Versuchs mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/min abgesenkt.
-
Die
Messergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
-
-
Wie
aus Tabelle 1 hervorgeht, stellte sich heraus, dass das Vergleichsprobestück
9, zu dem keine Dispersionsteilchen (Zirkoniumoxid) zugegeben worden
waren, eine mechanische Dreipunkt-Biegefestigkeit von 477 MPa hatte,
während die Probestücke 1 bis 5, die die Bedingung
der Erfindung erfüllten, eine deutlich bessere mechanische
Dreipunkt-Biegefestigkeit von 596 MPa oder mehr hatten.
-
Ferner
stellte sich heraus, dass die Probestücke 1 bis 3, die
die Bedingung erfüllten, dass die Teilchen-zu-Teilchen-Abstände
zwischen jeweils benachbarten Dispersionsteilchen einen Mittelwert
von 2 µm oder weniger mit einer Standardabweichung von
0,8 oder weniger hatten, eine deutlich erhöhte mechanische Dreipunkt-Biegefestigkeit
von 745 MPa oder mehr hatten.
-
Im
Gegensatz dazu hatten die Vergleichsprobestücke 1 bis 8,
in denen die Dispersionszustände und die Teilchendurchmesser
der Dispersionsteilchen nicht die erfindungsgemäße
Bedingung erfüllten, eine geringere mechanische Dreipunkt-Biegefestigkeit
als das Vergleichsprobestück 9. Es wird davon ausgegangen, dass
dann, wenn die Dispersionsteilchen bei der Zugabe von Dispersionsteilchen
zum Aluminiumoxid nicht auf richtige Weise zum Aluminiumoxid zugegeben
werden, es aufgrund des Entstehens von Rissen, die von Punkten auf
den Dispersionsteilchen ausgehen, zu einer Abnahme der mechanischen
Festigkeit kommt.
-
6 bis 9 zeigen
REM-Fotografien der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper.
In diesen Figuren stellen verhältnismäßig
weiße Abschnitte die Dispersionsteilchen (Zirkoniumoxid)
und verhältnismäßig schwarze Abschnitte
die Aluminiumoxidteilchen dar.
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6 zeigt
die REM-Fotografie des Aluminiumoxid-Verbund- Werkstoff-Sinterkörpers
des Probestücks 3. Das Probestück 3 wurde angefertigt,
indem Zirkoniumoxid durch Ansetzen von Zirkoniumoxid in einem Schlämmezustand
zum Aluminiumoxid zugegeben wurde. Wie aus 6 hervorgeht,
hat das Probestück 3 einen Aufbau, in dem die Dispersionsteilchen
gleichmäßig mit weniger Abweichung bei den Teilchendurchmessern
der Dispersionsteilchen dispergiert sind.
-
Ferner
zeigt 7 eine ähnliche Zusammensetzung wie die
des Probestücks 3, um einen Aufbau darzustellen, in dem
Zirkoniumoxid durch Ansetzen von Zirkoniumoxid in einem pulverförmigen
Zustand zum Aluminiumoxid zugegeben wurde. Wie aus 7 hervorgeht,
wies der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper dieses
Probestücks Dispersionsteilchen auf, die einen ungleichmäßigeren
Dispersionszustand als die Dispersionsteilchen des Probestücks
3 (siehe 6) hatten und traten die Teilchendurchmesser
in einem sich etwas ändernden Bereich auf. Der Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
dieses Probestücks wies Zirkoniumoxid, das in einem angemessenen
und gleichmäßig verteilten Zustand verteilt war,
und Teilchendurchmesser auf, die im Gegensatz zu denen der Vergleichsprobestücke
(siehe 8 und 9) standen, die unten beschrieben
werden.
-
Darüber
hinaus ist 8 eine REM-Fotografie des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers des
Vergleichsprobestücks 1. Wie aus 8 hervorgeht,
hatte das Vergleichsprobestück 1 Dispersionsteilchen mit
großen Teilchendurchmessern.
-
Außerdem
ist 9 eine REM-Fotografie des Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörpers
des Vergleichsprobestücks 4. Wie aus 9 hervorgeht,
weist das Vergleichsprobestück 4 Dispersionsteilchen auf,
die in einem ungleichmäßigen Dispersionszustand
bleiben, in dem es große Bereiche ohne Dispersionsteilchen
gibt.
-
Beispiel 2
-
Wie
in Tabelle 2 angegeben ist, stellt dieses Beispiel 2 das Ergebnis
von Thermoschockversuchen dar, bei denen das Probestück
3 und das Vergleichsprobestück 9 verwendet wurden, die
in Beispiel 1 angegeben sind.
-
In
diesem Beispiel wurden Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper
(Aluminiumoxid-Sinterkörper), die jeweils eine Heizung
enthielten, angefertigt, wobei die Heizung zwischen mehreren aufeinander
gestapelten Lagenkompaktkörpern eingefügt wurde.
Und zwar wurde auf einer Fläche eines Lagenkompaktkörpers
unter Verwendung einer Platinpaste ein Heizungsmuster aufgedruckt,
und es wurde anschließend der andere Lagenkompaktkörper
so aufgestapelt, dass er das Heizungsmuster bedeckte. Daneben wurden
das Probestück 3 und das Vergleichsprobestück
9 unter Verwendung des gleichen Aufbaus wie bei den Lagenkompaktkörpern
des im Beispiel 1 angefertigten Probestücks 3 und Vergleichsprobestücks
9 angefertigt.
-
Die
jeweiligen Probestück hatten eine beinahe rechteckige feste
Form mit jeweils einer Außenform, die 46 mm lang, 5 mm
breit und 1 mm hoch war.
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Wie
in Tabelle 2 angegeben ist, wurden die Thermoschockversuche mit
einem Verfahren durchgeführt, bei dem die Probestück
bei voreingestellten Temperaturen, die mit einem Intervall von 100°C
von 100°C bis 1000°C reichten, erhitzt wurden
und festgestellt wurde, ob die Probestücke infolge von
Thermoschocks, die beim Eintauchen in Wasser bei Zimmertemperatur
auftraten, unter Rissen litten oder nicht.
-
Und
zwar wurde zunächst die Heizung eingeschaltet, um jedes
Probestück derart zu erhitzen, dass die Temperatur jedes
Probestücks stufenweise für jede Temperatur von
100°C zwei Minuten lang auf die verschiedenen voreingestellten
Temperaturen erhöht wurde. In diesem Zustand wurde die
Heizung ausgeschaltet und wurde gleichzeitig ein ferner Endabschnitt
(mit einer Länge von etwa 5 mm) jedes Probestücks
in Wasser getaucht.
-
Anschließend
wurde jedes Probestück aus dem Wasser gezogen und wurde
von jedem Probestück Wasser weggewischt, wonach die Heizung
erneut eingeschaltet wurde, um das Vorhandensein oder das Fehlen
des Auftretens einer Funkenentladung zu prüfen.
-
Wenn
keine Funkenentladung beobachtet wurde, wurde die Temperatur des
Probestücks auf die nächste voreingestellte Temperatur
erhöht und wurden ähnliche Arbeiten durchgeführt.
-
Diese
Arbeitsschritte wurden durchgeführt, bis die Funkenentladung
beobachtet wurde, oder sie wurden wiederholt durchgeführt,
bis die voreingestellte Temperatur 1000°C erreichte.
-
Für
die obigen Versuche wurden zwei Muster jedes Probestücks
(des Probestücks 3 und des Vergleichsprobestücks
9) angefertigt, wobei eine Anzahl „n" von 2 zugewiesen
wurde.
-
Die
Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. In Tabelle 2 steht
das Symbol „O" für das Fehlen der Funkenentladung,
als die Heizung eingeschaltet wurde, nachdem das Muster mit den
jeweiligen voreingestellten Temperaturen in Wasser getaucht worden
war, und steht das Symbol „X" für das Vorhandensein
der Funkenentladung. Tabelle
2
| Voreingestellte Temperaturen
(°C) | Vergleichsprobestück
9 | Probestück
3 |
| | 1 | 2 | 1 | 2 |
| 100 | O | O | O | O |
| 200 | O | O | O | O |
| 300 | O | O | O | O |
| 400 | O | O | O | O |
| 500 | X | x | O | O |
| 600 | | | O | O |
| 700 | | | O | O |
| 800 | | | O | O |
| 900 | | | O | O |
| 1000 | | | O | O |
-
Wie
in Tabelle 2 angegeben ist, wurde für das Vergleichsprobestück
9 das Auftreten der Funkenentladung bei der voreingestellten Temperatur
von 500°C beobachtet. Die Funkenentladung erfolgte an einem
unterbrochenen Abschnitt, der aus dem Riss stammte, der in dem Aluminiumoxid-Verbundwerkstoff-Sinterkörper infolge
des Thermoschocks entstand, wobei im Heizdraht eine Unterbrechung
entstand.
-
Dementsprechend
litt das Vergleichsprobestück 9 bei der voreingestellten
Temperatur von 500°C unter einem großen Riss.
-
Im
Gegensatz dazu wurde bei dem Probestück 3 auch dann, als
die Thermoschockversuche wiederholt bis zu der voreingestellten
Temperatur von 1000°C durchgeführt wurden, kein
Auftreten der Funkenentladung beobachtet. Das Probestück
3 litt also unter keinem großen Riss.
-
Schließlich
wurden die Rissgegebenheiten des Vergleichs probestücks
9, bei dem die Funkenentladung beobachtet wurde, und des Probestücks
3, das wiederholten Versuchen unterzogen wurde, bis die Temperatur
auf die voreingestellte Temperatur von 1000°C erhöht
worden war, untersucht, indem unter Einsatz eines Farbstoffs ein
Farbprüfverfahren verwendet wurde.
-
Es
wurde dann beobachtet, dass das Vergleichsprobestück 9
einen Riss hatte, der von einer vorderen Fläche des Vergleichsprobestücks
9 bis zu seiner hinteren Fläche lief. Der Bereich, in dem
der Riss den Heizungsdraht überlappte, entsprach dem Abschnitt,
an dem die Funkenentladung beobachtet worden war.
-
Ferner
wurde, obwohl das Probestück 3 vordere und hintere Flächen
hatte, die jeweils unter feinen Rissen litten, kein Riss beobachtet,
der von der vorderen Fläche zur hinteren Fläche
lief.
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Anhand
der vorstehenden Ergebnisse wurde bestätigt, dass das Probestück
3, das die Bedingung der Erfindung erfüllte, zuverlässig
eine weiter erhöhte Thermoschockbeständigkeit
als das Vergleichsprobestück 9 hat.
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Die
Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf ein bestimmtes in den
Zeichnungen beschriebenes Ausführungsbeispiel beschrieben,
doch versteht sich, dass die hier offenbarte besondere Anordnung
nur veranschaulichend sein soll und nicht den Schutzumfang der Erfindung
beschränken soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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