DE102008041433A1

DE102008041433A1 - Keramische Heizvorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

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Publication number: DE102008041433A1
Application number: DE200810041433
Authority: DE
Inventors: Hirokatsu Kariya Imagawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2009-02-26
Also published as: JP2009070819A

Abstract

Eine keramische Heizvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben werden offenbart. Die Keramik weist ein keramisches Substrat und ein Heizelement in einem inneren Bereich des keramischen Substrats auf. Das Heizelement grenzt mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat zu bilden. Das Heizelement ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, das aus mit Edelmetallpulver gemischtem Metalloxidpulver oder Glaspulver besteht, wobei das Sinterhilfsmittel aus einem Metalloxid besteht, das eine spinellartige Molekularstruktur mit einem einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats (11) bildenden Metalloxid bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine keramische Heizvorrichtung mit einem keramischen Substrat und einem Heizvorrichtungselement in dem keramischen Substrat und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Es ist ein Gassensor bekannt, der angepasst ist, um in einem Abgassystem eines Fahrzeugmotors zum Ermitteln einer spezifischen Gaskonzentration in Abgasen eingebaut zu werden. Der Gassensor bezieht dabei eine keramische Heizvorrichtung zum Heizen eines Gas-Sensorelements ein.
Die keramische Heizvorrichtung beinhaltet ein Heizelement in einem inneren Bereich des keramischen Substrats. Zuführen elektrischer Energie zu dem Heizelement veranlasst das Heizelement Wärme bereitzustellen, welche durch das keramische Substrat zu dem Gas-Sensorelement zum Heizen desgleichen übertragen wird.
Solch eine keramische Heizvorrichtung ist in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung 2006-170862 offenbart. Solch eine keramische Heizvorrichtung leidet an dem Risiko, eine Beschädigung infolge eines Temperaturschocks zu erleiden, der aus einem Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat resultiert. Um auf solch ein Risiko einzugehen, weist die keramische Heizvorrichtung einen Zwischenraum auf, der zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat bereitgestellt wird.
Mit der Bereitstellung solch eines Zwischenraums wird die Wärme des Heizelements jedoch nicht ausreichend zu dem keramischen Substrat abgeführt. Dies führt zu örtlich begrenzten Bereichen des Heizelements, die einem Überhitzungszustand anheim fallen. Daher wirkt eine erhöhte Belastung auf das Heizelement, die zum Auftreten von durch eine Abnahme der Haltbarkeit entstehenden Problemen führt. Zusätzlich, da die Wärme von dem Heizelement ungenügend zu dem keramischen Substrat übertragen wird, führt das zum Auftreten von durch herabgesetzte Wärmeeffizienz entstehenden Problemen.
Unterdessen kann, selbst wenn kein Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat bereitgestellt wird, auf Probleme mit Beschädigungen, die aus dem Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat resultieren, durch Einstellen von Materialien des Heizelements und des keramischen Substrats eingegangen werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorherigen Ansichten vervollständigt und hat die Aufgabe, eine keramische Heizvorrichtung mit exzellenter Haltbarkeit und Wärmeeffizienz und ein Verfahren zur Herstellung solch einer keramischen Heizvorrichtung bereitzustellen.
Um die vorherige Aufgabe zu erreichen, wird in einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung eine keramische Heizvorrichtung bereitgestellt, gekennzeichnet durch ein keramisches Substrat und ein Heizelement in einem inneren Bereich des keramischen Substrats dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat grenzt, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat zu bilden.
Die keramische Heizvorrichtung des ersten Gesichtspunkts gemäß der Ausführungsform weist verschiedene vorteilhafte Effekte auf, wie nachfolgend beschrieben.
Bei der keramischen Heizvorrichtung der Erfindung grenzt das Heizelement mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat zu bilden. Dies ermöglicht die effiziente Übertragung von Wärme des Heizelements zu dem keramischen Substrat. Als Ergebnis vermag dies zu verhindern, dass das Heizelement örtlich begrenzte Bereiche aufweist, die einem Überhitzungszustand anheim fallen, wodurch eine erhöhte Haltbarkeit des Heizelements ermöglicht wird.
Ferner kann die Wärme des Heizelements effizient zu einem externen Bereich abgeführt werden, was es ermöglicht, eine keramische Heizvorrichtung mit exzellenter Wärmeabführungseffizienz bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorher dargelegt, wird es ermöglich, eine keramische Heizvorrichtung mit exzellenter Haltbarkeit und Wärmeeffizienz bereitzustellen.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine keramische Heizvorrichtung bereitgestellt, gekennzeichnet durch ein keramisches Substrat und ein Heizelement in einem inneren Bereich des keramischen Substrats dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus elektrisch leitfähigem Material besteht, das aus mit Edelmetallpulver gemischtem Metalloxidpulver oder Glaspulver besteht; und wobei das Metalloxidpulver aus einem Metalloxid besteht, das eine Spinell-artige Molekularstruktur mit einem einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats (11) bildenden Metalloxid bildet.
Die keramische Heizvorrichtung des zweiten Gesichtspunkts gemäß der Ausführungsform weist verschiedene vorteilhafte Effekte auf, wie nachfolgend beschrieben.
Bei der keramischen Heizvorrichtung der Erfindung besteht das Heizelement aus einem elektrisch leitfähigen Material, das aus einem mit Edelmetallpulver gemischten Metalloxidpulver oder Glaspulver besteht. Daher wird verhindert, dass das das Heizelement bildende Edelmetall während des Heizzustands mit einem Kornwachstum agglutiniert. Als Ergebnis kann dies die Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat vermeiden.
Ferner können für den Fall, das das Heizelement aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, das durch Mischen eines Metalloxidpulvers zu Edelmetallpulver erhalten wird, Metalloxidpulver und Edelmetallpulver in einem Grenzbereich mit einer erhöhten chemischen Bindungsfähigkeit aneinandergefügt werden können. Das heißt, der Grenzbereich nimmt eine Spinell-artige Molekularstruktur ein, wobei das einen Teil des Heizelements bildende Metalloxidpulver und das einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats bildende Metalloxidpulver chemisch miteinander verbunden sind. Dies führt zu einer erhöhten Bindungsfähigkeit zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat.
Für den Fall, bei dem das Heizelement aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist, das aus einem Edelmetallpulver und dazu gemischtem Glaspulver besteht, kann das Heizelement ferner physikalisch verbesserte Bindungsfähigkeiten zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat in einem Grenzbereich dazwischen aufweisen. Das heißt, durch Schmelzen von Glaspulver in einem Sinterungsschritt fließt das Edelmetallpulver in das geschmolzene Glas. Dies ermöglicht es, eine Mischung aus geschmolzenem Edelmetallpulver und Glaspulver einfach an keramische Teilchen des keramischen Substrats zu binden, was zu einer erhöhten Bindungsfähigkeit zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat führt.
Des Weitern kann für den Fall, bei dem das Heizelement aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, das aus einer Mischung besteht, die Edelmetallpulver gemischt mit beidem, Metalloxidpulver und Glasbestandteil, beinhaltet, das Heizelement eine erhöhte Bindungsfähigkeit zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat durch einen synergetischen Effekt aufweisen, der durch beide Einwirkungen von zwei Bestandteilen entsteht.
Somit kann durch Unterdrückung der Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat, um eine erhöhte Bindungsfähigkeit zwischen den beiden Bestandteilen zu gewährleisten, die Wärme des Heizelements zu dem keramischen Substrat mit erhöhter Effizienz übertragen werden. Daher wird verhindert, dass das Heizelement örtlich begrenzte Bereiche aufweist, die einem Überhitzungszustand anheim fallen, wodurch eine erhöhte Haltbarkeit des Heizelements ermöglicht wird. Überdies kann die Wärme des Heizelements effizent an einen externen Bereich abgeführt werden, wobei die Bereitstellung einer keramischen Heizervorrichtung mit erhöhter Wärmeeffizienz ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung, wie vorher dargelegt, wird es ermöglich, eine keramische Heizvorrichtung mit exzellenter Haltbarkeit und Wärmeeffizienz bereitzustellen.
Gemäß dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung bereitgestellt, die aus einem keramischen Substrat und einem Heizelement in einem inneren Bereich des keramischen Substrats besteht. Elektrisch leitfähige Paste zur Bildung des Heizelements wird hergestellt durch Mischen einer aus einem Lösungsmittel bestehenden Bindemittellösung, in welchem das Harz gelöst ist, Edelmetallpulvers und eines Sinterhilfsmittels, benutzbar zum Sintern mit einem Metalloxidpulver, das einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats (11) bildet, zu einem bestimmten Mischungsverhältnis, um eine Mischung bereitzustellen, welche Mischung daraufhin gerührt wird. Das Sinterhilfsmittel besteht aus einem Metalloxidpulver, das eine Spinell-artige Molekularstruktur mit einem einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats bildenden Metalloxidpulver bildet.
Das Verfahren zur Herstellung der keramischen Heizvorrichtung gemäß dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung weist verschiedene vorteilhafte Effekte auf, wie nachfolgend beschrieben.
Beim Ausführen des Verfahrens zur Herstellung der keramischen Heizvorrichtung, werden die Bindemittellösung, Edelmetallpulver und Sinterhilfsmittel zu einem bestimmten Mischungsverhältnis miteinander vermischt und gerührt, wodurch elektrisch leitfähige Paste zur Bildung des Heizelements hergestellt wird. Hierbei ist das Sinterhilfsmittel derartig, das es mit Metalloxidpulver gesintert werden kann, das in dem keramischen Substrat beinhaltet ist und aus einem Metalloxid besteht, das eine Spinell-artige Molekularstruktur mit dem den Hauptbestandteil des keramischen Substrats bildenden Metalloxid bildet. Daher wird, wenn die elektrisch leitfähige Paste auf eine Oberfläche des keramischen Substrats als Beschichtungsschicht aufgebracht und die Beschichtungsschicht anschließend gesintert wird, ein Spinell in einem Grenzbereich zwischen dem keramischen Substrat und dem Heizelement gebildet. Dies ermöglicht, dass das keramische Substrat und das Heizelement stark miteinander verbunden sind, während das Unterdrücken der Bildung des Zwischenraums zwischen diesen zwei Bestandteilen ermöglicht wird.
Ferner kann das Platzieren von Metalloxid und das Bilden des Sinterungsmittels in einem Bereich um das Edelmetallpulver herum verhindern, dass Edelmetallpulver mit einem Kornwachstum agglutiniert, und dadurch die Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat unterdrücken.
Als Ergebnis wird es ermöglicht, eine keramische Heizvorrichtung mit erhöhter Haltbarkeit und Wärmeeffizienz einfach herzustellen.
Mit der Erfindung, wie vorher dargelegt, wird es ermöglicht, ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung mit exzellenter Haltbarkeit und Wärmeeffizienz bereitzustellen.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung bereitgestellt, die aus einem keramischen Substrat und einem Heizelement in einem inneren Bereich des keramischen Substrats besteht. Elektrisch leitfähige Paste zur Bildung des Heizelements wird hergestellt durch Mischen einer aus einem Lösungsmittel bestehenden Bindemittellösung, in welchem das Harz gelöst ist, Edelmetallpulvers und Glaspulvers zu einem bestimmten Mischungsverhältnis, um eine Mischung bereitzustellen, und Rühren der Mischung.
Der vierte Gesichtspunkt der Erfindung weist, wie nachfolgend aufgezählt, vorteilhafte Effekte auf.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der keramischen Heizvorrichtung wird elektrisch leitfähige Paste zur Bildung des Heizelements hergestellt. Beim Herstellen elektrisch leitfähiger Paste wird die Bindemittellösung, Edelmetallpulver und Glaspulver gemischt und bei einem bestimmten Mischungsverhältnis gerührt. Dies ermöglicht die Bildung einer Struktur, bei welcher der Umfang der Edelmetallteilchen mit Glaspulver bedeckt ist. Dies verhindert, dass Edelmetall mit einem Kornwachstum agglutiniert. Dies unterdrückt die Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat.
Ferner, wenn auf die Oberfläche aufgebrachte elektrisch leitfähige Paste gesintert wird, schmilzt Glaspulver, um zu ermöglichen, dass Edelmetallpulver in das geschmolzene Glas fließt, um einfach zu umgebenen keramischen Teilchen des keramischen Substrats gebunden zu werden, wodurch ein Anstieg in der Bindungsfähigkeit zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat ermöglicht wird.
Als Ergebnis wird es ermöglicht, ein Verfahren zur einfachen Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung mit exzellenter Wärmeeffizienz bereitzustellen.
Wie vorher dargelegt, wird es gemäß dem vierten Gesichtspunkt der Erfindung ermöglicht, ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung mit exzellenter Haltbarkeit und Wärmeeffizienz bereitzustellen.
Mit den ersten und zweiten Gesichtspunkten der Erfindung kann die keramische Heizvorrichtung in einen Gassensor, der betriebsfähig eine bestimmte Gaskonzentration von, zum Beispiel, Messgasen detektiert, eingebaut werden, um als Einrichtung zum Heizen eines Gassensorelements verwendet zu werden.
Ferner wird das keramische Substrat aus einem Hauptbestandteil von, zum Beispiel, Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt.
Des Weiteren kann das Heizelement einen Hauptbestandteil aufweisen, der aus Metall, wie Platin (Pt), Wolfram (W) und Chromnickel (Cr und Ni) oder dergleichen, und Legierungen dieser Metalle bestehen.
Überdies bezieht sich der hierin verwendete Begriff „im Wesentlichen" auf die Bedeutung, bei der das Heizelement in engem Kontakt mit dem keramischen Substrat in der Länge eines gesamten Umfangs des Heizelements von einem Querschnitt gehalten wird, der von einer zu einer Längsrichtung des Heizelements senkrechten Ebene genommen wird, zum Beispiel, zu einem Wert von 85% oder mehr.
Bei dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung kann ein kristalliner Körper bevorzugt in einem Grenzbereich zwischen dem keramischen Substrat und dem Heizelement vorhanden sein und kann wenigstens einen das Heizelement bildenden Bestandteil und wenigstens einen das keramische Substrat bildenden Bestandteil aufweisen.
In solch einem Fall ermöglicht der kristalline Körper, dass das Heizelement und das keramische Substrat miteinander verbunden werden. Dies vermeidet effektiv die Bildung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat, was es ermöglicht, diese Bestandteile stark miteinander zu verbinden.
Ferner kann ein Bestandteil des Heizelements bevorzugt Metalloxid darstellen.
In solch einem Fall ermöglicht die Anwesenheit von Metalloxid das einfache Bilden des Kristallkörpers, wobei das effektive miteinander verbinden des Heizelements und des keramischen Substrats ermöglicht wird.
Beispiele von solch einem Metalloxid können zum Beispiel Magnesiumoxid (MgO) und Kaliumoxid (K₂O) oder dergleichen beinhalten.
Des Weiteren kann der kristalline Körper (35) bevorzugt einen Spinell darstellen.
In solch einem Fall können das Heizelement und das keramische Substrat stärker miteinander verbunden werden.
Überdies kann das Heizelement bevorzugt einen Glasbestandteil enthalten.
In diesem Fall macht es die Anwesenheit des Glasbestandteils möglicht, die Bildung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat effektiver zu vermeiden. Das heißt, in dem Fall, in dem das Heizelement den Glasbestandteil beinhaltet, verhindert der Glasbestandteil, dass die das Heizelement bildenden Metallteilchen mit Kornwachstum agglutinieren. Zusätzlich, wenn das Heizelement und das keramische Substrat zum Sintern veranlasst werden, wird Metall durch das geschmolzene Glas veranlasst zu fließen, und dadurch wird ein starkes miteinander verbinden des Heizelements und des keramischen Substrats herbeigeführt. Dies hat die Fähigkeit zur Folge, dass das noch effektivere miteinander verbinden des Heizelements und des keramischen Substrat veranlasst wird.
Ferner kann bei dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung das Heizelement bevorzugt eine Struktur aufweisen, in welcher das Edelmetallpulver ein Teilchen aufweist, dessen Umfang mit Teilchen von wenigstens einem aus Metalloxidpulver und Glaspulver bedeckt ist.
In diesem Fall vermeidet die Anwesenheit von wenigstens einem aus Metalloxidpulver und das Metalloxidteilchen bedeckendem Glaspulver, dass Edelmetallpulver des Heizelements mit Kornwachstum agglutiniert. Als Ergebnis vermeidet dies die Bildung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat.
Des Weiteren kann das Heizelement bevorzugt mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat grenzen, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat zu bilden.
In diesem Fall kann Wärme des Heizelements effizient zu dem keramischen Substrat übertragen werden. Als Ergebnis weist kein Heizelement einen örtlich begrenzten Bereich auf, der einem Überhitzungszustand anheim fällt, und dadurch wird es ermöglicht, dass das Heizelement eine erhöhte Haltbarkeit aufweist. Zusätzlich kann Wärme des Heizelements effizient zu einem externen Bereich durch das keramische Substrat übertragen werden, wodurch das Bereitstellen einer keramischen Heizvorrichtung mit exzellenter Wärmeeffizienz ermöglicht wird.
Ferner kann das Heizelement bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, das durch Mischen von Metalloxidpulver zu Edelmetallpulver erhalten ist; und wobei ein kristalliner Körper in einem Grenzbereich zwischen dem keramischen Substrat und dem Heizelement vorhanden ist und ein das Heizelement bildende Metalloxid aufweist und wenigstens einen das keramische Substrat bildenden Bestandteil.
In solch einem Fall können das keramische Substrat und das Heizelement in der Anwesenheit des kristallinen Körpers miteinander verbunden werden. Dies vermeidet effektiv die Bildung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat, so dass beide Bestandteilselemente stark miteinander verbunden sind.
Des Weiteren kann der Kristallkörper bevorzugt einen Spinell darstellen.
In diesem Fall können das Heizelement und das keramische Substrat noch stärker miteinander verbunden werden.
1 gibt eine Querschnittsansicht wieder, die ein Gassensorelement mit einer keramischen Heizvorrichtung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt.
2 gibt eine beispielhafte Ansicht im Querschnitt wieder, die ein Heizelement und ein umgebendes keramisches Substrat zeigt, die die keramische Heizvorrichtung einer in 1 gezeigten Ausführungsform bilden.
3A gibt eine beispielhafte Ansicht im Querschnitt wieder, die eine Struktur zeigt, die ein Heizelement und ein umgebendes keramisches Substrat mit einem um den gesamten Umfang des Heizelements gebildeten Zwischenraum beinhaltet.
3B gibt eine beispielhafte Ansicht im Querschnitt wieder, die eine andere Struktur zeigt, die ein Heizelement und ein umgebendes keramisches Substrat mit teilweise gebildeten Zwischenräumen beinhaltet, die um den gesamten Umfang des Heizelements bebildet sind.
4 gibt eine typische Ansicht im Querschnitt wieder, die einen Verteilungszustand von Platin, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid zeigt, die das Heizelement und das keramische Substrat bilden, die einen Teil der keramischen Heizvorrichtung einer in 1 gezeigten Ausführungsform bilden.
5 gibt eine typische Ansicht wieder, die den Bindungszustand zwischen Aluminiumoxid und Magnesiumoxid zeigt, die in einem Grenzbereich zwischen dem Heizelement und dem umgebenden keramischen Substrat vorhanden sind, die einen Teil der keramischen Heizvorrichtung einer in 1 gezeigten Ausführungsform bilden.
6A gibt eine typische Ansicht wieder, die einen Bindungszustand zeigt, bei welchem ein Platinteilchen einen mit Magnesiumoxidteilchen umgebenen Umfang aufweist.
6B gibt eine typische Ansicht wieder, die einen anderen Bindungszustand zeigt, bei welchem ein Platinteilchen mit seinem gesamten Umfang mit Magnesiumoxidpulver umgeben ist.
7A gibt eine typische Ansicht wieder, die einen Bindungszustand zeigt, bei welchem ein Platinteilchen einen mit Magnesiumteilchen und Glasteilchen umgebenden Umfang aufweist, wobei eine keramische Heizvorrichtung einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung gebildet wird.
7B gibt eine typische Ansicht wieder, die einen anderen Bindungszustand zeigt, bei welchem das Platinteilchen mit seinem gesamten Umfang mit Magnesiumoxidpulver und Glas(Siliciumdioxid)pulver in Kombination umgeben ist.
8 gibt einen Graph wieder, der Testergebnisse von Lebensdauerzeiten der keramischen Heizvorrichtung nach der ersten und zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung und keramischen Heizvorrichtungen des zugehörigen Stands der Technik zeigt.
9 gibt eine Ansicht wieder, die eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines die Erfindung verwirklichenden Produkts (Teststück 1) zeigt.
10 gibt eine Ansicht wieder, die eine andere rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines anderen Produkts (Teststück 1) nach dem zugehörigen Stand der Technik zeigt.
Nun werden keramische Heizvorrichtungen verschiedener Ausführungsformen gemäß der Erfindung wie nachfolgend im Detail unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Allerdings ist die Erfindung nicht so auszulegen, dass sie auf solche nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und technische Konzepte der Erfindung können verwirklicht werden in Kombination mit anderen bekannten Technologien oder die andere Technologie kann äquivalente Funktionen zu solch bekannten Technologien aufweisen.
Erste Ausführungsform
Eine keramisches Heizvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung dergleichen nach einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme zu 1 bis 6B beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist die keramische Heizvorrichtung 1 der Ausführungsform von der Art, dass sie als Einrichtung zum Heizen eines Gassensorelements zum Detektieren einer Konzentration eines spezifischen Gases innerhalb von Abgasen verwendet wird und als Teil eines Gassensorelements 2 eingebaut ist.
Wie in 1 gezeigt, besteht die keramische Heizvorrichtung 1 aus einem keramischen Substrat 11 und einem Heizelement 12, das in das keramische Substrat eingebettet ist. Wie in 2 gezeigt, ist das Heizelement 12 zu dem keramischen Substrat 11 gebunden, ohne im Wesentlichen irgendeinen Zwischenraum zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 zu erzeugen.
Wie in 5 gezeigt, ist ferner ein kristalliner Körper 35 in einem Grenzbereich 13 zwischen dem keramischen Substrat 11 und dem Heizelement 12 vorhanden. Der kristalline Körper 35 weist wenigstens einen Bestandteil auf, der das Heizelement 12 bildet, und wenigstens den anderen das keramische Substrat 11 bildenden Bestandteil.
Wie in 4 gezeigt, enthält das keramische Substrat 11 Aluminiumoxid(Al₂O₃)-Teilchen 33 als Hauptbestandteil und Magnesiumoxid(MgO)-Teilchen 32. Zusätzlich enthält das Heizelement 12 Platin(Pt)-Teilchen 31 als Hauptbestandteil und Magnesiumoxidteilchen 32 und die Aluminiumoxidteilchen 33. Ferner beinhaltet der kristalline Körper 35, der in nächster Nähe zu dem Grenzbereich 13 zwischen dem keramischen Substrat 11 und dem Heizelement 12 vorhanden ist, Aluminiumoxid(Al₂O₃)-Teilchen 33, die die Hauptbestanteile des keramischen Substrats 11 bilden, und die Magnesiumoxidteilchen 32, die einen Bestandteil des Heizelements 12 bilden. Der kristalline Körper 35 nimmt eine Spinell-Zusammensetzung der Form MgAl₂O₄ ein.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Gassensor 2, in einem Teil, in welchem die keramische Heizvorrichtung 1 eingebaut ist, einen Festelektrolytkörper 21 mit Ionenleitfähigkeit, eine auf einer Oberfläche des Festelektrolytkörpers 21 gebildete Gasmesselektrode 221 und eine auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers 21 gebildete Referenzgaselektrode 222. Eine Abstandshalterschicht 231 weist eine Oberfläche auf, die auf der Festelektrolytschicht 21 sitzt, deren andere Oberfläche darauf die Referenzgaselektrode 222 trägt. Die Abstandshalterschicht 231 ist mit einer zur Referenzgaselektrode 222 gerichteten Gaskammer 23 gebildet.
Zusätzlich sitzt die keramische Heizvorrichtung 1 auf der anderen Oberfläche der Abstandshalterschicht 231, entgegengesetzt zu der Festelektrolytschicht 21.
Indessen sitzt eine Diffusionswiderstandsschicht 24 auf der Festelektrolytschicht 21, die an einer Oberfläche davon die Gasmesselektrode 221 darauf trägt, und ist aus einer zu einer Schicht ausgebildeten porösen Keramik hergestellt, um die Gasmesselektrode 221 zu bedecken.
Bei der keramischen Heizvorrichtung 1 der Ausführungsform ist das Heizelement 12 aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt, das durch Mischen von Metalloxidpulver (Magnesiumoxidpulver) zu Edelmetallpulver (Pt Pulver) erhalten ist.
Das Heizelement 12 nimmt die Form einer Struktur an, bei welcher Edelmetallteilchen einen äußeren Umfang aufweisen, der mit Metalloxidteilchen bedeckt ist. Wie in 6A gezeigt, ist in einer Form der Struktur das Edelmetall(Pt)-Teilchen 31 mit vielen Metalloxidteilchen (beinhaltend Magnesiumoxidteilchen 32 und/oder Aluminiumoxidteilchen 33) umgeben. In einer anderen Form weist das Edelmetall(Pt)-Teilchen 31 eine Struktur auf, in welcher eine äußere Oberfläche des Edelmetall(Pt)-Teilchens 31 mit Metalloxidpulver (beinhaltend Magnesiumoxidteilchen 32 und/oder Aluminiumoxidteilchen 33) beschichtet ist.
Bei der Darstellung elektrisch leitfähiger Paste zur Bildung des Heizelements 12 wird zuerst eine Bindemittellösung hergestellt, die das Harz in einem Lösungsmittel löst. Dann wird die Bindemittellösung mit Edelmetallpulver (Platin), Sinterhilfsmittel, das mit Metalloxidpulver (Aluminiumoxid), das den Hauptbestandteil des keramischen Substrats 11 bildet, gesintert werden kann, zu einem bestimmten Mischungsverhältnis gemischt. Weiter besteht das Sinterhilfsmittel aus Metalloxiden, die eine Spinell-artige Struktur mit den Metalloxiden (Aluminiumoxid) des keramischen Substrats 11 bilden. Das heißt, dass bei der Ausführungsform das Sinterhilfsmittel aus Magnesiumoxid besteht, das MgAl₂O₄ bildet, das eine Spinell-Molekularstruktur mit Aluminiumoxid aufweist. Zusätzlich enthält die elektrisch leitfähige Paste bei der Ausführungsform Aluminiumoxid.
Hierbei weist die elektrisch leitfähige Paste ein Mischungsverhältnis von 0.5 bis 2.0 Gew.-% an Magnesiumoxid und 6.0 bis 13.0 Gew.-% an Aluminiumoxid auf der Grundlage von 100 Gew.-% an Platin auf.
Ferner kann die elektrisch leitfähige Paste auf dem keramischen Substrat 11 durch zum Beispiel ein Siebdruckverfahren, ein Bedampfungsverfahren, ein Tintenstrahlverfahren und ein AD(Aerosoldiffusions)-Verfahren beschichtet werden.
Als nächstes werden ein Vorgang und vorteilhafte Effekte der keramischen Heizvorrichtung 1 der Ausführungsform beschrieben.
Bei der keramischen Heizvorrichtung 1 der Ausführungsform ist das Heizelement 12 mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat 11 gebunden, ohne irgendeinen Zwischenraum zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 zu erzeugen. Dies ermöglicht, dass die Wärme des Heizelements 12 mit erhöhter Effizienz zu dem keramischen Substrat 11 übertragen werden kann. Als Ergebnis kann das verhindern, dass das Heizelement 12 einen Überhitzungszustand in einem örtlich begrenzten Bereich erreicht, wodurch eine erhöhte Haltbarkeit des Heizelements 12 ermöglicht wird.
Ferner kann die Wärme des Heizelements 12 zu einem externen Bereich durch das keramische Substrat 11 abgeführt werden, was es ermöglicht, dass die keramische Heizvorrichtung 1 eine exzellente Wärmeeffizienz aufweist.
Wie in 3A und 3B gezeigt, wenn zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 ein Zwischenraum 19 ist, wird die Wärme des Heizelements 12 zu dem keramischen Substrat 11 nicht mit einer ausreichenden Rate übertragen, was zum Akkumulieren der Wärme im Inneren des Heizelements 12 führt. Dies bewirkt, dass das Heizelement 12 erhöhte Wärmespannung aufweist, was zu einer herabgesetzten Haltbarkeit führt. Zusätzlich kann die Wärme der keramischen Heizvorrichtung 1 nicht ausreichend zu einem externen Bereich übertragen werden, was zu einer herabgesetzten Wärmeeffizienz führt. Ferner zeigt 3A eine Struktur, in welcher der Zwischenraum 19 um einen gesamten Umfang des Heizelements 12 gebildet ist und 3B zeigt eine andere Struktur, in welcher der Zwischenraum 19 in örtlich begrenzten Bereichen um den gesamten Umfang des Heizelements 12 gebildet ist.
Wie in 2 gezeigt, sind, im Gegenteil, das Heizelement 12 und das keramische Substrat 11 ohne Bildung des Zwischenraums miteinander verbunden. Dies ermöglicht, dass das Heizelement 12 eine erhöhte Haltbarkeit aufweist und die Wärmeeffizienz verbessert ist.
Bei der keramischen Heizvorrichtung 1 ist das Heizelement 12 ferner aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt, das aus einer Mischung aus Edelmetallpulver (Pt) und Metalloxidpulver (Magnesiumoxid) besteht. Dies verhindert, dass das Heizelement 12 bildende Edelmetall (Pt) während des Heizzustands mit einem Kornwachstum agglutiniert. Dies führt zur Fähigkeit, die auf Agglutinationseffekt und Kornwachstum von Edelmetall (Pt) zurückzuführende Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 zu vermeiden.
Ferner ist das Heizelement 12 aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, das aus einer Mischung aus Edelmetallpulver (Pt) und Metalloxidpulver (Magnesiumoxid) hergestellt ist. Dies ermöglicht, dass das Heizelement 12 und das keramische Substrat 11 in einem Grenzbereich 13 mit verbesserter Bindungsfähigkeit chemisch miteinander verbunden sind. Das heißt, in einem Bereich um den Grenzbereich 13 herum, wird das Magnesiumoxid in dem Heizelement 12 veranlasst, sich chemisch mit Aluminiumoxid in dem keramischen Substrat 11 zu verbinden, was zu einer verbesserten Bindungsfähigkeit zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 führt.
Wie in 5 gezeigt, besteht der in dem Grenzbereich 13 zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 vorhandene kristalline Körper (MgAl₂O₄) 35 aus das Heizelement 12 bildenden Magnesiumoxidteilchen 32 und aus das keramische Substrat 11 bildenden Aluminiumoxidteilchen 22. Daher ermöglicht der kristalline Körper 35, dass das keramische Substrat 11 und Heizelement 12 miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht, dass Heizelement 12 und das keramische Substrat 11 miteinander verbunden sind, bei effektiver Verhinderung der Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11.
Ferner, da der kristalline Körper 35 eine Spinellstruktur einnimmt, können das Heizelement 12 und das keramische Substrat 11 ferner stärker miteinander verbunden werden.
Wie in 6A und 6B gezeigt, weist das Heizelement 12 eine Struktur auf, in welcher der Umfang der Edelmetallteilchen (Pt) 31 mit Metalloxidteilchen (wie Magnesiumoxidteilchen 32 und/oder Aluminiumoxidteilchen 31) bedeckt ist. Dies verhindert, dass Edelmetallteilchen (Pt) mit Kornwachstum agglutinieren. Dies führt zur Fähigkeit der Unterdrückung der Bildung des Zwischenraums zwischen den Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11.
Des Weiteren werden beim Herstellen elektrisch leitfähiger Paste zur Bildung des Heizelements 12 die Bindemittellösung, Edelmetallpulver und Sinterhilfsmittel zu einem bestimmten Mischungsverhältnis miteinander vermischt und gerührt. In diesem Fall besteht das Sinterhilfsmittel aus Magnesiumoxid, gebildet aus Metalloxiden, welche die Spinell-artige Molekularstruktur mit Aluminiumoxid bilden, das Metalloxide des keramischen Substrats 11 bildet. Durch solch eine Zusammensetzung, wenn die elektrisch leitfähige Paste auf das keramische Substrat platziert wird und dasselbige gesintert wird, wird die Spinellstruktur zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 gebildet. Dies ermöglicht, dass das Heizelement 12 und das keramische Substrat 11 stark miteinander verbunden sind, dadurch die Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement 12 und dem keramischen Substrat 11 unterdrückend.
Wie vorherig dargelegt, wird es durch die Ausführungsform möglich, eine keramische Heizvorrichtung mit exzellenter Haltbarkeit und Wärmeeffizienz und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitzustellen.
Zweite Ausführungsform
Nun wird eine keramische Heizvorrichtung 1A einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben.
Wie in 7A und 7B gezeigt, beinhaltet die keramische Heizvorrichtung 1A ein Heizelement 12A, das aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, das durch Mischen von Edelmetallpulver und Glaspulver erhalten wird.
Spezieller wird die elektrisch leitfähige Paste durch Mischen von aus Platin bestehendem Edelmetallpulver, aus Siliciumdioxid (SiO₂) bestehendem Glaspulver und Aluminiumoxidpulver hergestellt. Hierbei ist das Mischungsverhältnis ausgewählt in einen Bereich von 0.05 bis 3.0 Gew.-% an Siliciumdioxid und 6.0 bis 13.0 Gew.-% an Aluminiumoxid auf der Grundlage von 100 Gew.-% an Platin zu fallen.
In diesem Fall weist das Heizelement 12A eine Struktur auf, in welcher ein Umfang eines Edelmetallteilchens (Pt) 31 mit Glaspulver (Siliciumdioxid) wie in 7A gezeigt bedeckt ist. Das heißt, wie in 7A gezeigt, ist der Umfang des Edelmetallteilchens (Pt) 31 mit einer Vielzahl von Glaspulvern (Siliciumdioxidteilchen 34) umgeben. In einem anderen Fall wie in 7B gezeigt, ist eine äußere Oberfläche des Edelmetallteilchens (Pt) 31 mit Glaspulver (Siliciumdioxidteilchen 34) beschichtet.
Beim Herstellen elektrisch leitfähiger Paste zur Bildung des Heizelements 12 werden eine Bindemittellösung, Edelmetallpulver (Pt) und Glaspulver (Siliciumdioxid) zu einem bestimmten Mischungsverhältnis gemischt, welche resultierende Mischung daraufhin gerührt wird.
Andere Schritte des Verfahrens zur Herstellung des keramischen Heizers 1A der Ausführungsform sind ähnlich zu denen des Verfahrens zur Herstellung der keramischen Heizvorrichtung der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform weist vorteilhafte Effekte auf, wie nachfolgend aufgeführt.
Bei der keramischen Heizvorrichtung 1A der Ausführungsform ist das Heizelement 12A aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt, das durch Mischen von Glaspulver mit Edelmetallpulver erhalten ist. Dies verhindert, dass das das Heizelement 12A bildende Edelmetall mit Kornwachstum agglutiniert. Als Ergebnis kann das die Bildung eines Zwischenraums zwischen dem Heizelement 12A und dem keramischen Substrat 11 unterdrücken, die auf zur Agglutination mit Kornwachstum veranlasstes Edelmetall zurückzuführen ist.
Besonders nimmt das Heizelement 12A die Form einer Struktur ein, in welcher die Edelmetallteilchen einen mit Glaspulver (Siliciumdioxid 34) bedeckten Umfang aufweisen (siehe 7B). Dies kann verhindern, dass Edelmetallpulver mit Kornwachstum agglutiniert. Als Ergebnis kann dies die Bildung des Zwischenraums zwischen dem Heizelement 12A und dem keramischen Substrat 11 unterdrücken.
Bei der keramischen Heizvorrichtung 1A der Ausführungsform weist das Heizelement 12A ferner ein physikalisch erhöhtes Bindungsvermögen zwischen dem Heizelement 12A und dem keramischen Substrat 11 in einem Grenzbereich 31A auf. Das heißt, dass Schmelzen von Glaspulver während einem Sinterungsschritt ermöglicht, dass Edelmetallpulver (Pt) in das geschmolzene Glas fließt. Somit kann Edelmetall einfach zu benachbarten keramischen Teilchen (Aluminiumoxid) des keramischen Substrats 11 gebunden werden, was zu einer erhöhten Bindungsfähigkeit zwischen dem Heizelement 12A und dem keramischen Substrat 11 führt.
Die keramische Heizvorrichtung 1A der Ausführungsform weist andere vorteilhafte Effekte als die der ersten Ausführungsform auf.
Das Heizelement 12A kann aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt sein, das aus Metalloxiden (Magnesiumoxid) und Glasbestandteil (Siliciumoxid) besteht, von welchen beide mit Edelmetallpulver (Pt) gemischt sind. In solch einem Fall kann das Heizelement 12A synergetische Effekte aufweisen, die auf die Effekte der ersten und zweiten Ausführungsform zurückzuführen sind, und ermöglichen eine weiter erhöhte Bindungsfähigkeit des Heizelements 12A und des keramischen Substrats 11.
Beispiel
Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um die Haltbarkeit der die Erfindung verwirklichenden keramischen Heizvorrichtung zu bestätigen, mit in 8 dargestellten Testergebnissen.
Zuerst werden zwei Stücke von keramischen Heizvorrichtungen, die in der ersten Ausführungsform angegebenen sind, als Produkte der Erfindung hergestellt. Das heißt, elektrisch leitfähiges Material wurde hergestellt, durch Verwenden von Platin, zu welchem Aluminiumoxid und Magnesiumoxid zugegeben wurden. Keramische Heizvorrichtungen, jede durch solch elektrisch leitfähiges Material gebildete Heizelemente verwendend, wurden als Teststücke 1 und 2 hergestellt. Jedes der Heizelemente der Teststücke 1 und 2 wies eine Zusammensetzung von 8.0 Gew.-% an Aluminiumoxid und 1.0 Gew.-% an Magnesiumoxid auf der Grundlage von 100 Gew.-% an Platin auf.
Zwei Stücke keramischer Heizvorrichtungen der zweiten Ausführungsform wurden auch hergestellt. Das heißt, elektrisch leitfähiges Material wurde hergestellt, durch Verwenden von Platin, zu welchem Aluminiumoxid und Glaspulver (Siliciumdioxid) zugegeben wurden. Keramische Heizvorrichtungen, jede durch solch elektrisch leitfähiges Material gebildete Heizelemente verwendend, wurden als Teststücke 3 und 4 hergestellt. Jedes der Heizelemente der Teststücke 3 und 4 wies eine Zusammensetzung von 8.0 Gew.-% an Aluminiumoxid und 0.15 Gew.-% an Siliciumdioxid auf der Grundlage von 100 Gew.-% an Platin auf.
Für vergleichende Zwecke wurde eine keramische Heizvorrichtung als ein Teststück 5 hergestellt, das ein Heizelement einbezieht, das aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist, das aus Platin und dazu gemischtem Aluminiumoxid besteht. Das Heizelement des Teststücks 5 wies eine Zusammensetzung von 8.0 Gew.-% an Aluminiumoxid auf der Grundlage von 100 Gew.-% Platin auf.
Diese keramischen Heizvorrichtungen wurden als Bestandteile eines Gassensors (siehe 1) hergestellt. Lebensdauertests wurden unter Verwendung des vorher genannten Teststücke 1 bis 5 durchgeführt.
Die Lebensdauertests wurden mit sich wiederholenden Zyklen mit den Teststücken durchgeführt, durch Anschalten für eine Minute und Abschalten für 2 Minuten, wobei die Widerstandsveränderungen der Heizelemente überwacht wurden. Die Heizelemente wiesen eine Temperatur von 1100°C in angeschalteten Zuständen und Raumtemperatur in abgeschalteten Zuständen auf.
Testergebnisse sind in 8 angegeben. In 8 stellen die Kurven L1 bis L5 Daten der Teststücke 1 bis 5 dar.
Wie aus 8 ersichtlich, wurde das Teststück 5 Abschalten in dem Heizelement, nachdem der Lebensdauertest mit wenigstens 4415 Zyklen durchgeführt wurde.
Im Gegensatz dazu traten nahezu keine Veränderungen bei Widerstandswerten auf, selbst nachdem der Lebensdauertest mit 7000 Zyklen durchgeführt wurde.
Durch die vorherigen Ergebnisse wird man zu würdigen wissen, dass die keramischen Heizvorrichtungen der Erfindung eine exzellente Haltbarkeit aufweisen.
An den Teststücken 1 und 2 wurden Beobachtungen gemacht, um die Querschnitte der Heizelemente und benachbarter Bereiche mit einem Metallmikroskop zu überprüfen. 9 zeigt den Querschnitt des die Erfindung verwirklichenden Teststücks 1 und 10 zeigt den Querschnitt des Teststücks des zugehörigen Stands der Technik. In 9 und 10 stellen relativ dünne, gräulich-gefärbte Bereiche das Heizelement und relativ dunkelgräulich-gefärbte Bereiche über und unten jedem Heizelement das keramische Substrat dar.
Wie in 9 gezeigt, weist das Produkt der Erfindung im Wesentlichen keinen zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat gebildeten Zwischenraum auf. Wie in 10 gezeigt, weist das Produkt des zugehörigen Stands der Technik demgegenüber einen relativ großen Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat auf.
Ferner, durch Ermitteln der Längen der resultierenden Zwischenräume bezüglich der gesamten Längen der Heizelemente, wies das Produkt der Erfindung eine Porosität von 5.9% und das Produkt des zugehörigen Stands der Technik eine Porosität von 88.3% auf.
Durch diese Ergebnisse kann man verstehen, dass man durch die Zugabe von Magnesiumoxid zu dem Heizelement vermeidet, dass der Zwischenraum im Wesentlichen zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat gebildet wird.
Während die spezifischen Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschreiben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese insbesonders veranschaulichten Strukturen der keramischen Heizvorrichtung der verschiedenen Ausführungsformen wie vorher dargelegt beschränkt. Ein Fachmann weiß zu würdigen, dass verschiedene andere Modifikationen und Alternativen zu diesen Details im Hinblick auf die Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden können.
Eine keramische Heizvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben werden offenbart. Die Keramik weist ein keramisches Substrat und ein Heizelement in einem inneren Bereich des keramischen Substrats auf. Das Heizelement grenzt mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem keramischen Substrat zu bilden. Das Heizelement ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, das aus mit Edelmetallpulver gemischtem Metalloxidpulver oder Glaspulver besteht, wobei das Sinterhilfsmittel aus einem Metalloxid besteht, das eine Spinell-artige Molekularstruktur mit einem einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats (11) bildenden Metalloxid bildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-170862 [0004]

Claims

Keramische Heizvorrichtung gekennzeichnet durch ein keramisches Substrat (11) und ein Heizelement (12) in einem inneren Bereich des keramischen Substrats, dadurch gekennzeichnet, dass: das Heizelement (12) mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat (11) grenzt, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum zwischen dem Heizelement (12) und dem keramischen Substrat (11) zu bilden.
Keramische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: ein kristalliner Körper (35) in einem Grenzbereich (13) zwischen dem keramischen Substrat (11) und dem Heizelement (12) vorhanden ist und wenigstens einen das Heizelement (12) bildenden Bestandteil und wenigstens einen das keramische Substrat (11) bildenden Bestandteil aufweist.
Keramische Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: der eine Bestandteil des Heizelements (12) ein Metalloxid darstellt.
Keramische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: der kristalline Körper (35) einen Spinell darstellt.
Keramische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass: das Heizelement (12) einen Glasbestandteil enthält.
Keramische Heizvorrichtung gekennzeichnet durch ein keramisches Substrat (11) und ein Heizelement (12) in einem inneren Bereich des keramischen Substrats, dadurch gekennzeichnet, dass: das Heizelement (12) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, das durch Mischen von wenigstens einem aus Metalloxidpulver (32, 33) und Glaspulver (34) zu Edelmetallpulver (31) erhalten wird; und wobei das Sinterhilfsmittel aus einem Metalloxid besteht, das eine Spinell-artige Molekularstruktur mit einem einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats (11) bildenden Metalloxid bildet.
Keramische Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass: das Heizelement (12) eine Struktur aufweist, in welcher das Edelmetallpulver ein Teilchen aufweist, dessen Umfang mit Teilchen von wenigstens einem aus Metalloxidpulver und Glaspulver bedeckt ist.
Keramische Heizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass: das Heizelement (12) mit seinem gesamten Umfang an das keramische Substrat (11) grenzt, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum zwischen dem Heizelement (12) und dem keramischen Substrat (11) zu bilden.
Keramische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass: das Heizelement (12) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, das durch Mischen von Metalloxidpulver (32, 33) mit Edelmetallpulver (31) erhalten ist; und wobei ein kristalliner Körper (35) in einem Grenzbereich (13) zwischen dem keramischen Substrat (11) und dem Heizelement (12) vorhanden ist und ein das Heizelement (12) bildendes Metalloxid und wenigstens einen das keramische Substrat (11) bildenden Bestandteil aufweist.
Keramische Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass: der kristalline Körper (35) einen Spinell darstellt.
Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung (1), die aus einem keramischen Substrat (11) und einem Heizelement (12) in einem inneren Bereich des keramischen Substrats besteht, dadurch gekennzeichnet, dass: elektrisch leitfähige Paste zur Bildung des Heizelements (12) hergestellt wird durch: Mischen einer aus einem Lösungsmittel bestehenden Bindemittellösung, in welchem das Harz gelöst ist, Edelmetallpulvers und eines Sinterhilfsmittels, benutzbar zum Sintern mit einem Metalloxidpulver, das einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats (11) bildet, zu einem bestimmten Mischungsverhältnis, um eine Mischung bereitzustellen; und Rühren der Mischung; wobei das Sinterhilfsmittel aus einem Metalloxid besteht, das eine Spinell-artige Molekularstruktur mit einem einen Hauptbestandteil des keramischen Substrats (11) bildenden Metalloxid bildet.
Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung (1), die aus einem keramischen Substrat (11) und einem Heizelement (12) in einem inneren Bereich des keramischen Substrats besteht, dadurch gekennzeichnet, dass: elektrisch leitfähige Paste zur Bildung des Heizelements (12) hergestellt wird durch: Mischen einer aus einem Lösungsmittel bestehenden Bindemittellösung, in welchem das Harz gelöst ist, Edelmetallpulvers und Glaspulvers zu einem bestimmten Mischungsverhältnis, um eine Mischung bereitzustellen; und Rühren der Mischung.