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Die vorliegende Erfindung betrifft einen integralen Sinterkörper für Hochtemperaturanwendungen sowie einen Glühkörper mit einem derartigen integralen Sinterkörper. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennvorrichtung mit einer Brennkammer, in welcher ein Glühkörper angeordnet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines integralen Sinterkörpers für Hochtemperaturanwendungen.
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Bei modernen Heizgeräten, Verbrennungsmotoren oder anderen Geräten, in denen hohe Temperaturen auftreten, ist es oft erforderlich, dass beispielsweise Mess- oder Zündelemente in einem Bereich mit sehr hohen Temperaturen angeordnet sind. So sind häufig Glühkerzen in einer Brennkammer anzuordnen, um eine Verbrennung auszulösen. Die auftretenden hohen Temperaturen machen es erforderlich, dass für derartige Elemente temperaturfeste Materialien zum Einsatz kommen, welche in der Lage sind, den hohen Temperaturen zu widerstehen. Insbesondere werden hochschmelzende metallische Materialien wie Wolfram oder Keramiken als dafür geeignete Materialien angesehen. Metalle werden in der Regel aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit eingesetzt, etwa um eine Stromversorgung einer Glühkerze bereitzustellen.
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Die
DE 44 33 505 C2 beschreibt einen keramischen Sinterkörper mit Anschlussdrähten, die einen hohen Schmelzpunkt aufweisen.
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Die
US 5,998,049 A beschreibt eine keramische Heizvorrichtung mit Anschlussdrähten aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt, beispielsweise aus Wolfram.
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Die
US 5,883,360 A beschreibt ein keramisches Heizelement mit einem Heizwiderstand, in dessen Endabschnitte mittels eines Spritzgussverfahrens Anschlussdrähte aus Wolfram eingeschlossen sind.
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Die
US 5,264,681 A beschreibt ein keramisches Heizelement mit Anschlussdrähten, die aus einer Wolframcarbid-Paste hergestellt werden.
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Die
US 4,912,305 A beschreibt ein keramisches Heizelement, das einen Grundkörper aus einer Siliziumnitridkeramik sowie einen Widerstandsdraht aufweist, der beispielsweise aus Wolfram besteht.
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Die
US 4,786,781 A beschreibt ein keramisches Heizelement, das mittels Einbettens eines Wolframdrahts in eine gesinterte Siliziumnitrid-Keramik hergestellt wird.
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Die Patentschrift
DE 198 08 919 C2 beschreibt beispielsweise einen keramischen Glühkerzenheizkörper, bei dem ein Heizdraht aus Wolfram oder Molybdän verwendet wird, der in einem Keramikkörper angeordnet ist.
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Wenn Verbundmaterialien eingesetzt werden, die neben Keramiken auch metallisches Material enthalten, können diese durch einen Sintervorgang miteinander verbunden oder versintert werden. Durch die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften von Keramiken und Metallen können dabei allerdings insbesondere aufgrund des unterschiedlichen Kontraktionsverhaltens beim Abkühlen beispielsweise Spannungen innerhalb des Verbundmaterials entstehen. Auch während eines Betriebs können thermische Spannungen erzeugt werden. Derartige Spannungen können dazu führen, dass sich im metallischen Material Risse ausbilden, die sich negativ auf die elektrische Leitfähigkeit des Materials auswirken können. Wenn derartige Risse besonders groß sind, können sie sogar zu einem Verlust der elektrischen Leitfähigkeit des metallischen Leiters führen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen integralen Sinterkörper mit einem metallischen Leiter und einem keramischen Mantel bereitzustellen, der dazu geeignet ist, thermischen Spannungen mit Hinblick auf einen Erhalt der elektrischen Leitfähigkeit des metallischen Leiters besser zu widerstehen als herkömmliche Sinterkörper. Es sollen außerdem ein entsprechender Glühkörper, eine Brennvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen integralen Sinterkörpers bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es wird ein (integraler) Sinterkörper für Anwendungen bei Temperaturen über 600°C (Hochtemperaturanwendungen) vorgeschlagen. Der Sinterkörper weist mindestens einen metallischen Leiter zur Zuleitung von elektrischem Strom zu einer Heizpaste, die von dem metallischen Leiter verschieden ist, auf und einen den mindestens einen metallischen Leiter zumindest teilweise umgebenden keramischen Mantel auf. Der mindestens eine metallische Leiter und der keramische Mantel sind miteinander versintert, um den (integralen) Sinterkörper zu bilden. Es ist vorgesehen, dass der metallische Leiter ein Gefüge aus Körnern aufweist, die eine Korngröße von mindestens 1 μm aufweisen.
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Grobkorngefüge (mit dem hier Gefüge bezeichnet werden, die eine Korngröße von mindestens 1 μm aufweisen) wurden bislang eher mit spröden und leichter brüchigen Materialeigenschaften des Metalls assoziiert. Überraschend wurde jedoch festgestellt, dass gerade die gezielte Bildung eines Grobkorngefüges die Realisierung eines integralen Sinterkörpers ermöglichen kann, der hinsichtlich Temperaturstabilität und Stabilität bezüglich mechanischer und thermischer Spannungen verbesserte Eigenschaften aufweist. Dies ist insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen der Fall, bei denen vorzugsweise Temperaturen aus einem Bereich zwischen 500°C und 1500°C vorkommen. Eine mögliche Erklärung für die potentiell verbesserten Eigenschaften könnten die folgenden Aspekte und Überlegungen sein, die hier jedoch ohne Anspruch auf deren Korrektheit oder Vollständigkeit angegeben werden.
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Durch das Grobkorngefüge des metallischen Leiters ergeben sich großflächige Korngrenzen. Durch bei einer Abkühlung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des metallischen Leiters und des keramischen Materials erzeugte Spannungen beziehungsweise Spannungskräfte innerhalb des Sinterkörpers scheinen durch die großflächigen Korngrenzen gut aufgenommen werden zu können. Dadurch konnte in Versuchen insbesondere dem Ausbilden von feinen Rissen im metallischen Leiter entgegengewirkt werden. Somit bleibt die Leitfähigkeit des metallischen Leiter auch bei thermischer Ausdehnung oder Kontraktion des Sinterkörpers erhalten.
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Der keramische Mantel kann den metallischen Leiter ganz oder teilweise umgeben. Vorteilhafterweise ist der keramische Mantel dazu ausgebildet, den metallischen Leiter nach außen elektrisch und/oder thermisch zu isolieren. Es ist zweckmäßig, wenn der mindestens eine metallische Leiter und der keramische Mantel durch einen Sinterprozess miteinander verbunden oder versintert sind. Zum Versintern können zwischen dem metallischen Leiter und dem keramischen Mantel Sinterköpfe oder Sinterbrücken ausgebildet sein. Somit kann unter einem integralen Sinterkörper ein Körper aus einem Verbundmaterial verstanden werden, bei dem mindestens ein metallischer Leiter und ein keramisches Material, das den keramischen Mantel bildet, einem gemeinsamen Sinterprozess unterzogen wurden, um sie miteinander zu versintern. Um die Leitfähigkeit des metallischen Leiters voll ausnutzen zu können, können im integralen Sinterkörper der metallische Leiter und der keramische Mantel in unterschiedlichen Gefügen oder Strukturen vorliegen. Der metallische Leiter und der keramische Mantel können bis auf verbindende Sinterstrukturen oder Zwischenstrukturen chemisch und/oder räumlich voneinander getrennt innerhalb des integralen Sinterkörpers vorliegen. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn das metallische Material des Leiters im Wesentlichen nicht mit dem Material des keramischen Mantels vermischt ist, sondern separat davon vorliegt. An Randbereichen zwischen dem metallischen Leiter und dem keramischen Mantel können allerdings Zwischengefüge ausgebildet sein, die Material des metallischen Leiters und des keramischen Mantels aufweisen. Zur Verbesserung des Halts des metallischen Leiters im keramischen Mantel kann auch vorgesehen sein, dass der metallische Leiter ganz oder zumindest teilweise von einer Verbindungsschicht aus einem geeigneten Material umgeben ist, das sich besonders einfach mit dem keramischen Mantel einerseits und dem Material des metallischen Leiters andererseits verbindet. Ein geeignetes Material für eine derartige Verbindungsschicht ist beispielsweise ThO2. Die Art eines Gefüges oder einer Struktur des metallischen Leiters kann durch eine Korngröße des Gefüges definiert sein, bei welcher es sich insbesondere um eine durchschnittliche Korngröße oder einen durchschnittlichen Korndurchmesser des betreffenden Gefüges handeln kann. Die Korngröße eines Gefüges kann als statistische Größe zur Beschreibung des Gefüges angesehen werden und bezieht sich in der Regel nicht auf eine Korngröße eines einzelnen Kornes. Eine Korngröße eines Gefüges kann auf Basis einer Verteilung der Größen einzelner Körner des Gefüges definiert sein. Es ist vorstellbar, dass eine Korngröße eines Gefüges durch einen Mediandurchmesser d50 der Körner bestimmt ist. Der Mediandurchmesser d50 wird jeweils anhand einer Anzahlverteilungssumme Q0 oder anhand einer Volumen- oder Masseverteilungssumme Q3 ermittelt. Die Ermittlung anhand Q0 ist bevorzugt. Zur Definition der Ausdrücke im Zusammenhang mit Partikeldurchmessern wird auch auf den internationalen Standard ISO 9276-2 verwiesen, dessen Offenbarungsgehalt an dieser Stelle durch Rückbezug aufgenommen wird. Ein Gefüge kann als Grobkorngefüge angesehen werden, wenn seine Korngröße größer ist als die Korngröße von Gefügen, die das betreffende kornbildende Material üblicherweise oder unter Normalbedingungen ausbildet. Ein Grobkorngefüge kann insbesondere durch Sintern des metallischen Leiters bei einer Sintertemperatur entstehen, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des metallischen Leiters liegt. Ein Korn kann als Kristallit oder eine Mikrostruktur innerhalb des Gefüges des metallischen Leiters angesehen werden. Eine Korngrenze kann als Fläche zwischen zwei Körnern ausgebildet sein. Einzelne Körner können sich hinsichtlich der Ausrichtung ihrer Struktur, insbesondere einer Kristallstruktur, unterscheiden. Dementsprechend kann eine Korngrenze zwischen benachbarten Körner mit unterschiedlich ausgerichteten Kristallstrukturen ausgebildet sein. Eine Korngröße eines einzelnen Korns kann dem Durchmesser der größten Kugel entsprechen oder gleich sein, die vollständig innerhalb eines Korns aufgenommen werden könnte. In einer zweidimensionalen Ansicht kann die Korngröße entsprechend durch den Durchmesser des größten Kreises bestimmt sein, der in das Korn eingeschrieben werden könnte. Es ist vorstellbar, eine Korngröße eines Korns durch einen geeigneten Äquivalenzdurchmesser zu beschreiben. Eine Korngröße eines Kornes kann aus mehreren Durchmessern des Korns bestimmt sein, die in unterschiedlichen Richtungen bestimmt werden, beispielsweise durch Mittelwertbildung. Es kann vorgesehen sein, dass die Körner eines Gefüges im Wesentlichen ohne bevorzugte Richtung ausgebildet sind, so dass sich im Durchschnitt eine im Wesentlichen runde Kornform ergibt. Wenn keine bevorzugte Ausrichtung der einzelnen Körner und/oder des Grobgefüges im metallischen Material vorliegt, können die Korngrenzflächen derart verteilt sein, dass sich Risse nicht in eine bevorzugte Richtung ausbreiten können.
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Der mindestens eine metallische Leiter kann aus einem hochschmelzenden metallischen Material hergestellt sein, insbesondere Wolfram und/oder Molybdän. Das metallische Material kann ein Metall oder eine metallische Legierung sein, beispielsweise eine Wolfram-Molybdän-Legierung. Es ist vorstellbar, dass das metallische Material durch Zugabe von Zusatzstoffen wie beispielsweise Kalium dotiert ist. Der metallische Leiter kann ein Draht sein. Der Draht kann innerhalb des keramischen Mantels eingebettet sein. Somit umgibt der keramische Mantel den metallischen Leiter und schützt und isoliert diesen. Eine Hochtemperaturanwendung kann insbesondere eine Anwendung in einem Umfeld sein, in dem Temperaturen von mehr als 100°C, mehr als 500°C, mehr als 1000°C, mehr als 1300°C oder mehr als 1500°C auftreten. Unter einer Hochtemperaturanwendung kann auch verstanden werden, dass der Sinterkörper oder zumindest ein Teil des Sinterkörpers gezielt auf eine dieser hohen Temperaturen gebracht wird, um beispielsweise einen Verbrennungsvorgang zu zünden. Es versteht sich für einen Fachmann, dass Korngrößen und Formen von dem für den metallischen Leiter verwendeten Material und den genauen Sinterbedingungen abhängen. Der metallische Leiter kann zum Anschluss an eine Stromversorgung vorgesehen sein. Es ist auch vorstellbar, dass der metallische Leiter zusätzlich oder alternativ als Messfühler, beispielsweise für eine Temperaturmessung dient. Eine Temperaturbestimmung über den metallischen Leiter kann beispielsweise unter Verwendung eines bekannten Zusammenhangs zwischen elektrischem Widerstand des Leiters und seiner Temperatur erfolgen. Insbesondere in diesem Fall ist es besonders wichtig, dass der elektrische Widerstand des metallischen Leiters nicht durch Risse erhöht wird, da dies das Ergebnis einer Temperaturmessung verfälschen würde. Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass zwei metallische Leiter im keramischen Mantel angeordnet sind, um einen Stromkreis schließen zu können.
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Das Grobkorngefüge weist eine Korngröße von mindestens 1 μm auf. Es ist auch vorstellbar, dass das Grobkorngefüge eine Korngröße von mindestens 2 μm, 3 μm oder 4 μm aufweist, je nach verwendetem metallischem Material. Die Korngröße einzelner Körner kann selbstverständlich von der Korngröße des Gefüges abweichen, die wie oben erwähnt als statistischer Wert zur Beschreibung des Gefüges zu verstehen ist. Insbesondere kann die Korngröße des Gefüges als Mediandurchmesser d50 bestimmt sein. Somit kann einerseits eine hinreichende Korngröße des Gefüges bereitgestellt werden, um Rissbildung aufgrund thermischer Spannungen zu vermeiden, und andererseits ein wenig spröder metallischer Leiter bereitgestellt werden.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn das Grobkorngefüge eine Korngröße von mindestens 5 μm aufweist. Die Korngröße kann auch mindestens 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm oder 10 μm betragen. Somit lässt sich ein metallisches Gefüge mit besonders wenigen, besonders großflächigen Korngrenzen bereitstellen, das sich besonders gut dazu eignet, thermischen Spannungen zu widerstehen.
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Bei einer Variante weist der metallische Leiter ein Wolframmaterial auf. Wolfram weist einen besonders hohen Schmelzpunkt auf und ist somit für eine Hochtemperaturanwendung besonders gut geeignet.
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Insbesondere kann der metallische Leiter aus reinem oder hochreinem Wolfram bestehen. Unter reinem Wolfram wird ein Material mit einem Wolframanteil von größer als 99,97% verstanden. Hochreines Wolfram weist einen Wolframanteil von größer als 99,9999% auf. Ein hoher Reinheitsgrad des Wolframs begünstigt die Ausbildung großer Körner, da bei reinen Materialien weniger Kornbildungszentren (Keime) vorhanden sind.
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Der keramische Mantel kann aus einem Material hergestellt sein, welches Tonerde (Al2O3) und/oder Siliziumnitrid (Si3N4) aufweist. Es ist vorstellbar, dass der keramische Mantel aus Tonerde und/oder Siliziumnitrid hergestellt ist. Diese Materialien bieten eine gute Isolation bei hoher Temperaturbeständigkeit und können preisgünstig bereitgestellt werden. Das keramische Material kann Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Chromoxid einzeln oder in einer beliebigen geeigneten Kombination mit oder ohne Tonerde oder Siliziumnitrid umfassen. Es kann zweckmäßig sein, wenn der keramische Mantel andere keramische Materialien enthält, beispielsweise ein keramisches Carbid. Der keramische Mantel kann mehrere verschiedene Bereiche aufweisen, die aus unterschiedlichen keramischen Materialien hergestellt sind.
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Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der keramische Mantel einen Hochtemperaturbereich und einen Normaltemperaturbereich aufweist, die unterschiedliche keramische Materialien aufweisen oder aus unterschiedlichen keramischen Materialien hergestellt sind. Somit können sich die Materialzusammensetzungen des Hochtemperaturbereichs und des Normaltemperaturbereichs voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann der Hochtemperaturbereich in einem Zündbereich eines Glühkörpers für eine Brennkammer ausgebildet sein, der höheren Temperaturen ausgesetzt ist als der Rest des Glühkörpers. So kann zum Beispiel eine Zündspitze eines Glühkörpers in einer Brennkammer regelmäßig zum Zünden einer Verbrennung auf etwa 1150°C bis 1300°C oder mehr aufgeheizt werden, während ein anderer Teil des Glühkörpers lediglich niedrigeren Temperaturen unterliegt. Beispielsweise kann ein Teil des Glühkörpers Temperaturen von etwa 600°C unterliegen, was in diesem Fall als Normaltemperatur angesehen werden kann. Somit kann es in diesem Fall beispielsweise zweckmäßig sein, die Zündspitze für einen Betrieb bei einer noch höheren Temperatur auszulegen als den restlichen keramischen Mantel, indem die Zündspitze durch Wahl eines geeigneten Materials als Hochtemperaturbereich ausgebildet ist.
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Innerhalb des Sinterkörpers kann eine Heizpaste vorgesehen ist, die mit dem mindestens einen metallischen Leiter in elektrisch leitendem Kontakt steht. Somit kann über den metallischen Leiter eine Stromversorgung der Heizpaste erfolgen. Eine Heizpaste kann bei geringem Raumbedarf eine effiziente Umwandlung elektrischen Stroms in Wärme erreichen.
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Ferner ist ein Glühkörper mit einem hierein beschriebenen integralen Sinterkörper vorgesehen. Insbesondere kann der integrale Sinterkörper als Glühkörper für eine Hochtemperaturanwendung oder als Glühkörper für ein Heizgerät oder einen Verbrennungsmotor ausgelegt sein. Ein solcher Glühkörper kann geeignete Anschlüsse aufweisen, um ihn mit einer Stromversorgung und/oder einer Erfassungseinrichtung für Messsignale zu verbinden. Der Glühkörper kann an eine Stromversorgung und/oder Erfassungseinrichtung angeschlossen oder anschließbar sein. Es ist vorstellbar, dass der Glühkörper ein Glühstift, ein Zündstift, eine Zündkerze oder eine Glühkerze ist.
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Es ist außerdem eine Brennvorrichtung mit einer Brennkammer beschrieben, in welcher ein solcher Glühkörper angeordnet ist. Der Glühkörper kann wie oben beschrieben an eine Stromversorgung und/oder eine Erfassungsvorrichtung angeschlossen oder anschließbar sein.
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Insbesondere kann die Brennvorrichtung ein Heizgerät oder ein Verbrennungsmotor sein. Das Heizgerät kann ein Heizgerät für mobile Anwendungen, wie beispielsweise eine Stand- oder Zusatzheizung eines Fahrzeugs sein. Der beschriebene Glühkörper ist aufgrund seiner kompakten Bauweise besonders für den Einsatz in derartigen mobilen Einrichtungen geeignet.
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Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines (integralen) Sinterkörpers für Anwendungen bei Temperaturen über 600°C vorgestellt, welches die Schritte umfasst: Einfügen mindestens eines metallischen Leiters zur Zuleitung von elektrischem Strom zu einer Heizpaste, die von dem metallischen Leiter verschieden ist, in ein keramisches Sintermaterial und Sintern des metallischen Leiters und des keramischen Sintermaterials bei einer Sintertemperatur, um einen (integralen) Sinterkörper zu erzeugen. Das Sintern wird derart durchgeführt, dass im mindestens einen metallischen Leiter ein Gefüge aus Körnern erzeugt wird, die eine Korngröße von mindestens 1 μm aufweisen. Das Verfahren kann insbesondere einen integralen Sinterkörper betreffen oder erzeugen, wie er oben beschrieben ist. Die Sintertemperatur liegt zweckmäßigerweise oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des metallischen Leiters. Die Sintertemperatur kann 1500°C bis 1900°C betragen. Insbesondere kann die Sintertemperatur etwa 1700°C betragen. Das keramische Sintermaterial kann Zusatzstoffe für den Sintervorgang aufweisen, beispielsweise ein Bindemittel. Es ist zweckmäßig, wenn die Sintertemperatur hoch genug ist, dass das Bindemittel während des Sinterns im Wesentlichen vollständig verdampft.
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Vor dem Sintern kann eine Heizpaste in das keramische Sintermaterial eingefügt werden.
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Das keramische Sintermaterial kann pulverförmig sein. Somit lässt sich der mindestens eine metallische Leiter besonders einfach in das Sintermaterial einfügen.
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Bei einer Variante kann das keramische Sintermaterial einen oder mehrere vorgeformte Grünlinge aufweisen. Dies ermöglicht es, den keramischen Mantel vorzuformen, bevor der oder die metallischen Leiter eingefügt werden. Insbesondere für den Fall, dass der Sinterkörper eine komplexe Form aufweisen soll und/oder der keramische Mantel aus unterschiedlichen Materialien bestehen soll, kann das Verwenden mehrerer Grünlinge den Herstellungsvorgang deutlich vereinfachen.
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Das Sintern kann als ein Heißpressverfahren durchgeführt werden. Ein solches Verfahren ist besonders gut geeignet, um eine gewünschte Form des Sinterkörpers zu erreichen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch einen Glühkörper mit einem integralen Sinterkörper in einer Schnittansicht;
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2 schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines integralen Sinterkörpers.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt einen als Glühstift ausgebildeten Glühkörper 10, der beispielsweise bei einem Heizgerät für mobile Anwendungen eingesetzt werden kann, wie einer Stand- oder Zusatzheizung für ein Kraftfahrzeug. Der Glühkörper 10 ist als integraler Sinterkörper ausgebildet und weist einen keramischen Mantel 12 auf. Im keramischen Mantel 12 aufgenommen sind metallische Leiter 14 und 15, die in diesem Fall als Wolframdrähte ausgebildet sind. Ferner ist im keramischen Mantel eine Heizpaste 16 aufgenommen. Der Bereich des keramischen Mantels 12, in welchen die Heizpaste 16 aufgenommen ist, entspricht einer Spitze des Glühkörpers 10, welche zum Zünden eines Brennstoffs in einer Brennkammer dient. Dieser Bereich kann als Hochtemperaturbereich ausgebildet sein, etwa indem er aus einem keramischen Material mit besserer Temperaturbeständigkeit hergestellt ist als der Rest der keramischen Mantels 12. Die Heizpaste 16 ist dazu ausgelegt, elektrischen Strom in Wärme umzuwandeln und die Spitze bei ausreichender Stromversorgung auf bis zu etwa 1300°C oder mehr zu erwärmen, um eine Zündung eines Brennstoffgemisches zu ermöglichen. Die Wolframdrähte 14, 15 dienen dazu, eine Stromversorgung der Heizpaste 16 zu gewährleisten. Dazu sind die Wolframdrähte über als Kontaktierungen vorgesehene Kovarplättchen über eine leitfähige Keramikpaste mit geringem elektrischen Widerstand 18, 20 an Anschlussleitungen 22, 24 angeschlossen, die in einen Außenbereich des Glühkörpers 10 führen und etwa mit einer Stromversorgung des Heizgeräts verbunden sein können. Zum Schutz der Kontaktierungen 18, 20 und der Anschlussleitungen 22, 24 ist ein den keramischen Mantel 12 umgebender Keramikkopf 26 vorgesehen. Der keramische Mantel 12 und die Wolframdrähte 14, 15 sind als integraler Sinterkörper ausgebildet. Das heißt, der keramische Mantel 12 und die Wolframdrähte 14, 15 sind einem gemeinsamen Sinterprozess unterzogen worden, so dass sich zwischen den Wolframdrähten 14, 15 und dem keramischen Mantel 12 entsprechende Sinterköpfe oder Sinterbrücken ausgebildet haben. Dadurch sind die Wolframdrähte 14, 15 fest im keramischen Mantel 12 aufgenommen und bilden zusammen mit diesen den beschriebenen integralen Sinterkörper. Die Wolframdrähte 14, 15 weisen ein Grobkorngefüge auf. Dadurch sind die Wolframdrähte 14, 15 in der Lage, Spannungen durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Wolframdrähte 14, 15 und dem keramischen Mantel 12 aufzunehmen, ohne dass Risse entstehen. Denn die Spannungskräfte zum Zerreißen einer großflächigen Korngrenze, wie sie bei dem Grobkorngefüge ausgebildet ist, müssen erheblich größer sein als diejenigen, die bei einem Feinkorngefüge zu Haarrissen führen können. Damit wird die Leitfähigkeit der Wolframdrähte 14, 15 auch unter thermisch bedingten Spannungen, insbesondere Zugspannungen gewährleistet.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines integralen Sinterkörpers, der einer der oben beschriebenen Sinterkörper oder Glühkörper sein kann. In einem Schritt S10 werden ein oder mehrere metallische Leiter, wie beispielsweise die oben erwähnten Wolframdrähte, in ein keramisches Sintermaterial eingefügt, um einen zu sinternden Körper zu erzeugen. Das keramische Sintermaterial kann in Form eines vorgefertigten Grünlings bereitgestellt werden. Es ist auch vorstellbar, das keramische Material als Pulver vorzusehen, das nachfolgend in eine geeignete Form gepresst wird. In einem nachfolgenden Schritt S20 wird ein Sinterverfahren durchgeführt. In dem Sinterverfahren wird ein integraler Sinterkörper aus metallischem Leitermaterial und dem umgebenden keramischen Material des Mantels erzeugt. Das Sintern kann bei einer Temperatur von etwa 1700°C durchgeführt werden. Das keramische Material kann selbstverständlich einen Sinterzusatz und/oder ein Bindemittel enthalten. Das Bindemittel kann ein organisches Bindemittel sein, das während des Sinterns aus dem Mantel abgedampft wird. Das Sintern wird bei einer geeigneten Sintertemperatur und über eine geeignete Sinterzeit betrieben, um ein gewünschtes Grobkorngefüge in dem oder den metallischen Leitern zu erzeugen. In einem optionalen Schritt S15 kann vor dem Sintern eine Heizpaste in das keramische Sintermaterial eingefügt werden. Es ist auch vorstellbar, die Reihenfolge der Schritte S10 und S15 zu vertauschen, oder diese Schritte parallel durchzuführen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Glühkörper
- 12
- keramischer Mantel
- 14
- Wolframdraht
- 15
- Wolframdraht
- 16
- Heizpaste
- 18
- Keramikpaste
- 20
- Keramikpaste
- 22
- Anschluss
- 24
- Anschluss
- 26
- Keramikkopf
