DE102011087325A1

DE102011087325A1 - Sensorelement zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Gasraum

Info

Publication number: DE102011087325A1
Application number: DE201110087325
Authority: DE
Inventors: Knut Jasper; Ilja Potapenko; Bastian Friedrich; Gerhard Schneider; Michael Piwonski; Christoph Peters; Andreas Pfrengle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-05-29

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Gasraum, insbesondere zum Nachweis einer Gaskomponente in dem Gas oder einer Temperatur des Gases, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen mindestens eines Funktionselements (12), das mindestens einen Festelektrolytkörper (14) und mindestens eine Funktionsschicht (16), insbesondere eine Elektrode (18), aufweist, Bereitstellen einer Suspension, insbesondere einer wässrigen und/oder alkoholischen Suspension, von Partikeln für eine Thermoschockschutzschicht (22), und Aufbringen der Suspension in Form einer Thermoschockschutzschicht (22) auf das Funktionselement (12) mittels eines thermischen Spritzverfahrens. Ferner wird ein nach diesem Verfahren herstellbares Sensorelements (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Gasraum, insbesondere zum Nachweis einer Gaskomponente in dem Gas oder einer Temperatur des Gases, vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensorelementen und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Gases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Gases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Gas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Gases erfassbar.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere keramische Sensorelemente bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf ionenleitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid (ZrO₂), insbesondere yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder scandiumdotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ), die geringe Zusätze an Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Siliciumoxid (SiO₂) enthalten können.
Beispielsweise können derartige Sensorelemente als so genannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165 bekannt sind. Mit Breitband-Lambdasonden, insbesondere mit planaren Breitband-Lambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Die Luftzahl λ beschreibt dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
An derartige Sensorelemente werden steigende Funktionsanforderungen gestellt. Insbesondere spielt eine schnelle Betriebsbereitschaft von Lambdasonden nach einem Motorstart eine große Rolle. Diese wird im Wesentlichen von zwei Aspekten beeinflusst. Der erste Aspekt betrifft ein rasches Aufheizen der Lambdasonde auf ihre Betriebstemperatur oberhalb von 600 °C, was durch eine entsprechende Auslegung eines Heizelements oder einer Verkleinerung des zu beheizenden Bereichs erreicht werden kann. Der andere Aspekt betrifft die Robustheit gegen Thermoschock durch Wasserschlag während eines Betriebs. Der genannte Thermoschock beruht darauf, dass für einen bestimmten Zeitraum nach dem Motorstart die Temperatur im Abgasrohr unterhalb des Taupunktes für Wasser liegt, so dass der bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehende Wasserdampf im Abgasrohr kondensieren kann. Dadurch kommt es im Abgasrohr zur Bildung von Wassertropfen. Die aufgeheizte Keramik der Lambdasonde kann durch Auftreffen von Wassertropfen durch thermische Spannungen oder Brüche in der Sensorkeramik beschädigt oder sogar zerstört werden. Daher wurden Lambdasonden entwickelt, die eine poröse keramische Schutz- oder Deckschicht an ihrer Oberfläche aufweisen, die auch als Thermoschockschutzschicht oder Thermal Shock Protection (TSP) bezeichnet wird. Diese Schutzschicht sorgt dafür, dass auf die Lambdasonde auftreffende Wassertropfen über eine große Fläche verteilt werden und somit die auftretenden lokalen Temperaturgradienten in dem Festkörperelektrolyten bzw. der Sondenkeramik verringert werden. Diese Lambdasonden vertragen im beheizten Zustand also eine gewisse Tropfengröße an Kondenswasser, ohne beschädigt zu werden. Unterhalb von ungefähr 300 °C ist die Sondenkeramik aufgrund ihrer hohen Festigkeit thermoschockfest. Eine Thermoschockschutzschicht vermindert in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 450 °C durch ihre begrenzte Permeabilität den Wasserzutritt zu der Sondenkeramik und begrenzt in einem Temperaturbereich oberhalb von 450 °C die Abkühlung durch Wärmeleitung.
Üblicherweise enthält die Thermoschockschutzschicht Aluminiumoxid, das zur Herstellung der Thermoschockschutzschicht in Form eines Pulvers auf die Sondenkeramik thermisch aufgespritzt wird. Die Dicke einer so hergestellten Thermoschockschutzschicht beträgt üblicherweise ungefähr 300 µm.
Die DE 10 2008 026 101 A1 offenbart die Herstellung von Aluminiumoxidschichten mit geringer Porosität zur elektrischen Isolation unter Verwendung von thermischen Spritzverfahren. Bei diesen Spritzverfahren werden wässrige oder alkoholische Suspensionen aus α-Aluminiumoxid verwendet.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Sensorelementen für Lambdasonden beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So belasten die unter Verwendung von Pulver gespritzten Schichten die Lambdasondenkeramik sehr stark und die thermomechanische Festigkeit wird deutlich verringert. Ferner sind die gespritzten Schichten relativ inhomogen, wodurch die Schichten dicker als erforderlich gespritzt werden müssen, um eine ausreichende Thermoschockstabilität zu erreichen. Durch eine höhere erhöht sich die Wärmekapazität des Sensorelements derart, dass das schnelle Einschalten des Sensorelements, das so genannte Fast Light-Off (FLO) merklich verschlechtert wird. Die erreichte Porosität der durch die thermischen Spritzverfahren unter Verwendung von Pulvern hergestellten Schichten ist bezüglich der Sondenfunktion grenzwertig. Ferner ist die Anbindung bzw. Haftung der Thermoschockschutzschicht zum Sensorelement in vielen Fällen nicht ausreichend. Bei dem Spritzverfahren unter Verwendung einer wässrigen oder alkoholischen Suspension wird zudem in der Regel eine Porosität von maximal 19 % erreicht, die für die Sondenfunktion nicht ausreichend sein kann.
Offenbarung der Erfindung
Es werden daher ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Gasraum sowie ein nach diesem Verfahren herstellbares Sensorelement vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Sensorelemente zumindest weitgehend vermeiden und bei denen die Thermoschockschutzschicht verglichen mit dem Stand der Technik dünner, homogener, poröser und mit besserer Haftung ausgeführt werden kann.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, vorzugsweise in der genannten Reihenfolge:

– Bereitstellen mindestens eines Funktionselements, das mindestens einen Festelektrolytkörper und mindestens eine Funktionsschicht, insbesondere eine Elektrode, aufweist,
– Bereitstellen einer Suspension, insbesondere einer wässrigen und/oder alkoholischen Suspension von Partikeln für eine Thermoschockschutzschicht,
– Aufbringen der Suspension in Form einer Thermoschockschutzschicht auf das Funktionselement mittels eines thermischen Spritzverfahrens.

Das thermische Spritzverfahren kann derart durchgeführt werden, dass die Thermoschockschutzschicht eine Porosität von 25 % bis 75 %, bevorzugt von 30 % bis 70 % und noch bevorzugter von 30 % bis 60 %, aufweist. Die Partikel der Suspension für die Thermoschockschutzschicht können Metall oder Metallverbindungen enthalten, insbesondere eine oder mehrere Metallverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid und Titaniumdioxid. Die Partikel der Suspension für die Thermoschockschutzschicht können α-Aluminiumoxid sein und die Thermoschockschutzschicht kann so aufgebracht werden, dass in der aufgebrachten Thermoschockschutzschicht mindestens 50 vol.-% α-Aluminiumoxid, bevorzugt mindestens 60 vol.-% α-Aluminiumoxid und noch bevorzugter mindestens 70 vol.-% α-Aluminiumoxid, vorliegen. Die Suspension kann unter Verwendung eines α-Aluminiumoxid enthaltenden Pulvers hergestellt werden, wobei das Pulver eine Reinheit von mindestens 98 %, bevorzugt mindestens 99 % und noch bevorzugter mindestens 99,5 %, aufweist. Die Suspension kann einen Feststoffgehalt von mindestens 1 Vol.-%, bevorzugt mindestens 5 Vol.-% und noch bevorzugter mindestens 10 Vol.-%, aufweisen. Die Partikel können einen Durchmesser d₅₀ (50%-Quantil der Partikelgrößenverteilung) von 10 nm bis 20 µm, bevorzugt von 15 nm bis 15 µm und noch bevorzugter von 20 nm bis 10 µm, aufweisen. Die Thermoschockschutzschicht kann derart aufgebracht werden, dass sie eine Dicke von 40 µm bis 550 µm, bevorzugt von 45 µm bis 525 µm und noch bevorzugter von 50 µm bis 500 µm, aufweist. Die Thermoschockschutzschicht kann derart aufgebracht werden, dass sie einen Oberflächenrauheitskennwert Sa von nicht mehr als 2,5 µm, bevorzugt nicht mehr als 2 µm und noch bevorzugter nicht mehr als 1,8 µm, aufweist. Die Suspension kann derart thermisch gespritzt werden, dass die Temperatur des Funktionselements nicht mehr als 400 °C, bevorzugt nicht mehr 350 °C und noch bevorzugter nicht mehr als 300 °C, ist. Das Funktionselement kann während des Aufbringens der Thermoschockschutzschicht gekühlt werden. Das thermische Spritzverfahren kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Plasmaspritzen, Laserspritzen und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.
Das Sensorelement kann beispielsweise als Fingersonde oder als planare Sonde, insbesondere als planare Lambdasonde, ausgeführt werden, also beispielsweise als Lambdasonde mit schichtförmigem Aufbau. Beispielsweise lassen sich Sprungsonden und/oder Breitband-Lambdasonden realisieren.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auf ein Funktionselement eine Thermoschockschutzschicht unter Verwendung einer Suspension und eines thermischen Spritzverfahrens aufzubringen, wobei die Partikelgröße und die Temperatur der Partikel während des thermischen Spritzens die Porosität der aufgebrachten Thermoschockschutzschicht beeinflussen. Daher kann durch Verändern dieser Parameter die Porosität beeinflusst werden. Beispielsweise kann durch kleinere Partikeldurchmesser die Schichtdicke gleichmäßiger oder homogener und dünner hergestellt werden. Dadurch lassen sich auch die Hohlräume in der Schicht feiner verteilen und in die Schicht mehr Hohlräume einbringen, so dass die Porosität erhöht werden kann. Durch beispielsweise eine niedrigere Temperatur während des Spritzens schmelzen die Partikel nicht so stark, so dass sie nicht so stark ineinanderfließen und Hohlräume zwischen diesen bleiben können. Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann ein Sensorelement geschaffen werden, bei dem die Sondenfunktion und die Genauigkeit des Sondensignals deutlich verbessert werden im Vergleich zu herkömmlich gespritzten Thermoschockschutzschichten.
Unter einem Festelektrolytkörper ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper, insbesondere ein gesinterter Körper mit elektrolytischen Eigenschaften, also ionenleitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln.
Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung in einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, unter oder zwischen anderen Elementen liegt.
Unter einer Funktionsschicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Elektrode, Leiterbahn, Diffusionsbarriere, Diffusionsspalt, Referenzgaskanal, Heizelement, Nernstzelle und Sauerstoffpumpzelle. Insbesondere sind darunter diejenigen Elemente zu verstehen, die die wesentlichen chemischen und/oder physikalischen und/oder elektrischen und/oder elektrochemischen Funktionen einer Lambdasonde erfüllen.
Unter einer Thermoschockschutzschicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schicht zu verstehen, die eingerichtet ist, die auftretenden lokalen Temperaturgradienten in dem Funktionselement bzw. der Sondenkeramik zu verringern, indem sie beispielsweise auf die Lambdasonde auftreffende Wassertropfen über eine große Fläche verteilt. Die Schicht kann aus einem keramischen Material sein, Metall oder Metallverbindungen enthalten und kann porös sein.
Unter einer Suspension ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Feststoffen zu verstehen, die in der Flüssigkeit aufgeschlämmt und in der Schwebe gehalten werden.
Unter einem thermischen Spritzverfahren sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung sämtliche Oberflächenbeschichtungsverfahren zu verstehen, bei denen Zusatzwerkstoffe, die so genannten Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einem Strom, wie beispielsweise einem Gasstrom, in Form von Spritzpartikeln oder Agglomeraten beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert werden. Die Bauteiloberfläche wird dabei nicht angeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet. Eine Schichtbildung findet statt, da die Spritzpartikel beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig mehr oder minder abflachen, vorrangig durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise die Spritzschicht aufbauen. Die erzielten Schichteigenschaften werden maßgeblich beeinflusst von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtende Oberfläche. Der Oberflächenzustand, wie beispielsweise Reinheit, Aktivierung, Temperatur, übt ebenfalls maßgeblichen Einfluss auf Qualitätsmerkmale wie die Haftfestigkeit aus. Als Energieträger für die An- oder Aufschmelzung des Spritzzusatzwerkstoffes dienen beispielsweise elektrischer Lichtbogen (Lichtbogenspritzen), Plasmastrahl (Plasmaspritzen), Brennstoff-Sauerstoff-Flamme bzw. Brennstoff-Sauerstoff-Hochgeschwindigkeitsflamme (konventionelles und Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen), schnelle, vorgewärmte Gase (Kaltgasspritzen) und Laserstrahl (Laserstrahlspritzen).
Unter einem Plasmaspritzen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein thermisches Spritzverfahren mit einem Plasmastrahl als Energieträger für die An- oder Aufschmelzung des Spritzzusatzwerkstoffes zu verstehen. Üblicherweise sind in einem Plasmabrenner eine Anode und bis zu drei Kathoden durch einen schmalen Spalt getrennt. Durch eine Gleichspannung wird ein Lichtbogen zwischen Anode und Kathode erzeugt. Das durch den Plasmabrenner strömende Gas oder Gasgemisch wird durch den Lichtbogen geleitet und hierbei ionisiert. Die Dissoziation bzw. anschließende Ionisation erzeugt ein bis 20.000 K hochaufgeheiztes, elektrisch leitendes Gas aus positiven Ionen und Elektronen. In diesem erzeugten Plasmajet wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Suspension eingedüst, deren Feststoffe eine Partikelgröße bzw. einen Partikeldurchmesser von 10 nm bis 20 µm, bevorzugt von 15 nm bis 15 µm und noch bevorzugter von 20 nm bis 10 µm, aufweisen und die durch die hohe Plasmatemperatur aufgeschmolzen werden. Aufgrund des Wasser- oder Alkoholbestandteils der Suspension wird dem thermischen Prozess Energie in Form der Verdampfungsenthalpie der Flüssigkeit entzogen, so dass die Partikel beim Auftreffen auf das Sensorelement dieses weniger thermisch belasten. Entsprechend erfolgt eine Kühlung der Partikel, so dass die Temperatur der Partikel zum Zeitpunkt des Eindüsens in den Plasmajet nicht mehr als 400 °C, bevorzugt nicht mehr als 350 °C und noch bevorzugter nicht mehr als 300 °C beträgt. Der Plasmastrom reißt dann die aufgeschmolzenen Partikel mit und schleudert sie auf das zu beschichtende Werkstück, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Funktionselement ist. Die Gasmoleküle kehren bereits nach kürzester Zeit wieder in einen stabilen Zustand zurück und so sinkt die Plasmatemperatur bereits nach kurzer Wegstrecke wieder ab. Die Plasmabeschichtung erfolgt in normaler Atmosphäre, inerter Atmosphäre unter Schutzgas wie Argon, in Vakuum oder auch unter Wasser. Für die Schichtqualität sind die Geschwindigkeit, die Temperatur wie auch die Zusammensetzung des Plasmagases von Bedeutung. Verwendete Gase sind Argon, Stickstoff, Wasserstoff oder Helium.
Unter einem Laserspritzen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein thermisches Spritzverfahren mit einem Laserstrahl als Energieträger für die An- oder Aufschmelzung des Spritzzusatzwerkstoffes zu verstehen. Beim Laserspritzen wird der Spritzzusatz in Form einer Suspension mit der oben genannten Partikelgröße für die Feststoffe über eine Düse in den auf das Werkstück fokussierten Laserstrahl eingebracht und mit Hilfe eines Gases auf die Werkstückoberfläche geschleudert. Mittels Laserstrahlung werden sowohl die Partikel als auch ein minimaler Teil der Bauteiloberfläche aufgeschmolzen und der zugeführte Partikel wird mit dem Bauteilwerkstoff verbunden. Nach der Fokussieroptik tritt mit dem Laserstrahl das Gas aus, meist Argon, das zum einen die Oxidation der Schmelze verhindert und zum anderen den Spritzzusatz transportiert. Somit ist es Schutzgas und Trägergas zugleich.
Unter einem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein thermisches Spritzverfahren zu verstehen, bei dem eine kontinuierliche Kraftstoffverbrennung unter hohem Druck innerhalb einer wasser- oder luftgekühlten Brennkammer erfolgt. Als Kraftstoffe werden Brenngase, wie beispielsweise Propan, Ethylen, Propen, Butan, Acetylen, Wasserstoff, flüssige Brennstoffe, wie beispielsweise Diesel, Kerosin, sowie auch Kombinationen von diesen eingesetzt. Das Oxidationsmittel ist meistens Sauerstoff, aber auch Luft. Dieses Verfahren ist auch unter der Verfahrensbezeichnung HVAF, abgeleitet von High-Velocity-Air-Fuel, bekannt. Der in der Brennkammer erzeugte hohe Druck des brennenden Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisches und die meist nachgeordnete Expansionsdüse erzeugen die notwendige hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls. Die Spritzwerkstoffe werden axial in der Brennkammer oder radial im Bereich der Expansionsdüse zugeführt. Dadurch werden die Spritzpartikel auf die hohen Geschwindigkeiten beschleunigt, die zu Spritzschichten mit hervorragenden Hafteigenschaften führen. Durch die regelbare und gerade ausreichende Wärmeeinbringung wird der Spritzwerkstoff durch den Spritzprozess nur gering metallurgisch verändert.
Unter der Porosität ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen eines Stoffes oder Stoffgemisches als dimensionslose Messgröße zu verstehen. Insbesondere ist unter der offenen Porosität der Anteil des Hohlraumvolumens derjenigen Hohlräume am Gesamtvolumen zu verstehen, die untereinander und mit der Umgebung, wie dem Gasraum, in Verbindung stehen. Insbesondere wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung angestrebt, dass die Porosität der Thermoschockschutzschicht die Perkolationsschwelle überschreitet. Die Perkolation beschreibt das Ausbilden von zusammenhängenden Gebieten (Clustern), bei zufallsbedingtem Besetzen von Strukturen (Gittern). Bei der Punktperkolation werden Gitterpunkte mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit besetzt, bei der Kantenperkolation werden besetzte Punkte untereinander verbunden. Mit dem Ansteigen der Wahrscheinlichkeit, dass ein Feld des Gitters besetzt ist, bilden sich größere Cluster aus. Die Besetzungswahrscheinlichkeit ist als der Wert definiert, bei dem mindestens ein Cluster eine Größe erreicht, dass er sich durch das gesamte System erstreckt, also beispielsweise eine Ausdehnung auf einem zweidimensionalen Gitter von der rechten zur linken oder von der oberen zur unteren Seite hat. Man sagt: Der Cluster perkoliert durch das System. Dieser Wert der Besetzungswahrscheinlichkeit ist die so genannte Perkolationsschwelle. Bei dem genannten Beispiel beschreibt daher die Perkolationsschwelle die Perkolationswahrscheinlichkeit, mit der zumindest ein sich durch den Träger erstreckender Hohlraum oder mehrere miteinander verbundene Hohlräume gebildet werden, so dass das Gas von einer der Funktionsschicht abgewandten Seite des Funktionselements zu einer der Funktionsschicht zugewandten Seite des Funktionselements gelangen kann.
Unter dem Oberflächenrauheitskennwert Sa ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Kenngröße senkrecht zu einer Oberfläche zu verstehen, die sich auf die Amplituden von Rauheitserhebungen bezieht. Insbesondere ist Sa der arithmetische Mittenrauwert einer Oberfläche, also der arithmetische Mittelwert von absoluten Werten der Oberflächenabweichung innerhalb einer Bezugsfläche. Anhand des Oberflächenkennwerts Sa kann im Gegensatz zu einem nur entlang einer Linie vermessenen Oberflächenkennwert auf die dreidimensionale Struktur einer Oberfläche geschlossen werden.
Unter dem Durchmesser ist die mittlere Partikelgröße zu verstehen. Insbesondere bedeutet d₅₀, dass 50% der Partikel kleiner sind als der angegebene Wert.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren lässt sich ein Sensorelement herstellen, das aufgrund der Förderung von kleineren Partikeln eine feinere Porositätsverteilung aufweist. Insbesondere kann eine homogenere Schichtdicke erreicht werden, d. h. eine Schicht mit einer geringeren Rauigkeit bzw. geringerer Schichtdickenstreuung, so dass die Thermoschockschutzschicht bei gleicher thermischer Robustheit in ihrer Dicke oder Stärke verringert und insgesamt dünner ausgeführt werden kann. Die Wärmekapazität der Thermoschockschutzschicht kann verkleinert werden und die Zeit bis Betriebsbereitschaft (Fast-Light-Off) des Sensors bleibt stabil oder kann verkleinert werden. Insbesondere lässt sich eine Zeit bis Betriebsbereitschaft kleiner 5 Sekunden erreichen. Des Weiteren ist eine höhere Variation der Schichtdicke möglich, wodurch die zulässige Wassermenge weiter erhöht werden kann. Auch die Porosität lässt sich erhöhen. Aufgrund der homogeneren Schichtdicken bei der höheren Porosität wird eine schnellere Sondenfunktion insbesondere im Hinblick auf dynamische Spezifikationen erreicht. Auch die Temperaturbelastung des Sensorelements während des Beschichtungsprozesses wird aufgrund des Entzugs der Verdampfungsenthalpie der Flüssigkeit der Suspension gesenkt und die thermomechanische Festigkeit des Sensorelements erhöht, was zu einer erhöhten Lebensdauer der Lambdasonde führt. Bedingt durch kleinere Beschichtungspartikel werden sowohl die kinetische als auch die thermische Energie pro Partikel abgesenkt und im Vergleich zu Pulver gespritzten Schichten kann bei bestehendem Haftschichtsystem eine bessere Anhaftung der Partikel an der Oberfläche und der Seitenkante des Sensorelements realisiert werden. Durch einen erhöhten α-Aluminiumoxidgehalt mit einem Anteil von mehr als 50 vol.-% nach dem Beschichten wird die Alterung der Thermoschockschutzschicht minimiert, d. h. die Porosität nach dem Altern steigt geringfügig, wodurch die statischen und dynamischen Spezifikationen der technischen Kundenvorschriften eingegrenzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Sensorelement,
2 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Messung eines Pumpstroms an der Thermoschockschutzschicht einer herkömmlich gespritzten Thermoschockschutzschicht und einer erfindungsgemäßen gespritzten Thermoschockschutzschicht zeigt,
3 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Oberflächenrauheitsmessung einer herkömmlich gespritzten Thermoschockschutzschicht und einer erfindungsgemäß gespritzten Thermoschockschutzschicht gemessen auf der Seite der Elektrode und des Heizelements zeigt,
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäß hergestellten Sensorelements, und
5 ein Diagramm, das beispielhaft das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung (XRD, X-Ray Diffraction) von Thermoschockschutzschichten, die auf unterschiedliche Weise gespritzt wurden, und eines verwendeten Pulvers zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
1 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Sensorelement 10. Das in 1 dargestellte Sensorelement 10 kann zum Nachweis von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften eines Gases in einem Messgasraum verwendet werden, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Gases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Gas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Arten von Gaskomponenten erfassbar, beispielsweise Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Wasserstoff. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Gases erfassbar. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, so dass es sich bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann und bei dem Gas insbesondere um Abgas.
Das Sensorelement 10 als exemplarischer Bestandteil einer planaren Lambdasonde weist ein Funktionselement 12 auf, das einen Festelektrolytkörper 14 und mindestens eine Funktionsschicht 16 aufweist. Der Festelektrolytkörper 12 kann insbesondere ein keramischer Festelektrolytkörper sein, der die Sensorkeramik des Sensorelements 10 bildet. Das Funktionselement 12 kann beispielsweise eine oder mehrere Funktionsschichten 16 aufweisen, die in dieses integriert oder auf diesem angebracht sein können. Als Beispiel sind eine Elektrode 18 und ihre Anschlüsse 20 gezeigt. Es wird jedoch explizit betont, dass auch ein Heizelement vorgesehen sein kann, um das Funktionselement 12 auf seine Betriebstemperatur zu erwärmen. Ferner weist das Sensorelement 10 eine Thermoschockschutzschicht 22 auf, die die Funktionsschichten 16 teilweise oder vollständig bedecken kann. Zu Darstellungszwecken ist die Thermoschockschutzschicht 22 so dargestellt, dass sie die Elektrode 18 lediglich teilweise bedeckt. Ein vollständiges Bedecken der gesamten Oberfläche des Funktionselements 12 ist jedoch ausdrücklich möglich.
Die Thermoschockschutzschicht 22 kann ein poröses keramisches Material sein, das Metall oder Metallverbindungen enthält. Die Metallverbindungen können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid und Titaniumdioxid. Insbesondere kann die Thermoschockschutzschicht 22 α-Aluminiumoxid mit mindestens 50 vol.-%, bevorzugt mindestens 60 vol.-% und noch bevorzugter mindestens 70 vol.-%, enthalten, wie beispielsweise 82 vol.-%. Die Thermoschockschutzschicht 22 kann eine Dicke von 40 µm bis 550 µm, bevorzugt 45 µm bis 525 µm und noch bevorzugter von 50 µm bis 500 µm, aufweisen, wie beispielsweise 200 µm. Die Thermoschockschutzschicht 22 kann eine Porosität von 25 % bis 75 %, bevorzugt von 30 % bis 70 % und noch bevorzugter von 30 % bis 60 % aufweisen, wie beispielsweise 45 %. Die Thermoschockschutzschicht 22 kann einen Oberflächenrauheitskennwert Sa von nicht mehr als 2,5 µm, bevorzugt nicht mehr als 2 µm und noch bevorzugter nicht mehr als 1,8 µm, aufweisen, wie beispielsweise 1,5 µm.
Das Sensorelement 10 kann insbesondere wie folgt hergestellt werden. Zu Beginn wird in bekannter Weise ein Funktionselement 12 mit dem oben genannten Festelektrolytkörper 14 und der mindestens einen Funktionsschicht 16 in einem gesinterten Zustand bereitgestellt. Die Herstellung eines solchen Funktionselements 12 ist an sich bekannt, so dass auf deren Herstellung nicht im Detail eingegangen wird. Als Beispiele für die Herstellung sind das Dickschichtverfahren, das Dünnschichtverfahren und das Folienlaminierverfahren zu nennen. Des Weiteren wird eine Suspension mit Partikeln, die α-Aluminiumoxid enthalten, bereitgestellt. Dies kann unter Verwendung eines α-Aluminiumoxid enthaltenden Pulvers mit einer Reinheit von mindestens 98 %, bevorzugt mindestens 99 % und noch bevorzugter mindestens 99,5 %, geschehen, wie beispielsweise 99,8 %, das in eine wässrige oder alkoholische Lösung eingebracht wird, beispielsweise mit mindestens 1 Vol.-%, bevorzugt mindestens 5 Vol.-% und noch bevorzugter mindestens 10 Vol.-%, wie beispielsweise 14 Vol.-%. Die Partikel der Suspension weisen einen Durchmesser d₅₀ von 10 nm bis 20 µm, bevorzugt von 15 nm bis 15 µm und noch bevorzugter von 20 nm bis 10 µm, auf, wie beispielsweise 1,6 µm. Die Suspension wird dann unter Verwendung eines thermischen Spritzverfahrens auf das Funktionselement 12 aufgebracht, beispielsweise schichtförmig, wo die Feststoffe der Suspension eine Thermoschockschutzschicht 22 bilden. Die Thermoschockschutzschicht 22 kann beispielsweise an den Seitenkanten des Funktionselements 12 dicker ausgeführt werden als an den Flächen, da diese empfindlicher gegenüber Wasserschlag sind. Durch herkömmliche Prozesse, wie beispielsweise das Tauchbaden, ist in der Regel keine Variation in der Schichtdicke möglich. Beim Tauchbaden ist auch die Anhaftung der Thermoschockschutzschicht geringer als bei dem hier vorliegenden thermischen Spritzverfahren. Das thermische Spritzverfahren kann beispielsweise ein Plasmaspritzverfahren sein, bei dem die Suspension in eine nicht gezeigte Düse der Spritzvorrichtung axial oder radial eingedüst wird. Aufgrund des Wasseranteils oder des Alkoholanteils wird den Partikeln Wärme in Form von Verdampfungsenthalpie des Wassers oder des Alkohols entzogen, so dass das Funktionselement eine Temperatur von maximal 400 °C, bevorzugt maximal 350 °C und noch bevorzugter 300 °C, erreicht. Die Temperatur des Plasmas wird dabei so eingestellt, dass das Plasma noch stabil ist und nicht zusammenbricht, aber die Temperaturbelastung für die Partikel nicht zu stark ist. Die Temperatur des Plasmas kann beispielsweise 10000 K sein. Das Funktionselement 12 kann zusätzlich gekühlt werden, um die thermische Belastung zu verringern. Die Partikel nehmen durch das Erwärmen in dem Plasma eine teigartige oder viskose Konsistenz an und werden dann auf die Oberfläche des Funktionselements 12 gesprüht. Durch das Sprühen werden die Partikel auf die Oberfläche des Funktionselements 12 beschleunigt und haften aufgrund der geringen Partikelgröße an dieser an. An dem Funktionselement 10 kühlen sie sich dann endgültig ab und werden fest. Dabei stellt sich auch die oben genannte Porosität in der Thermoschockschutzschicht 22 ein. Die Porosität kann beispielsweise mittels quantitativer Gefügeanalyse an Schliffbildern ermittelt werden. Auch der oben genannte Anteil an α-Aluminiumoxid kann dadurch erreicht werden, so dass die Thermoschockschutzschicht 22 sehr beständig gegenüber Wasserschlag ist. Der Anteil an α-Aluminiumoxid kann beispielsweise mittels Röntgenbeugungsanalyse ermittelt werden. Andere thermische Spritzverfahren, wie beispielsweise das Laserspritzen und das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, sind ebenso für die Herstellung anwendbar.
Das Spritzen kann dabei unter einem Sprühwinkel zur (Längs-)Achse des Funktionselements von mindestens 30°, bevorzugt mindestens 40 ° und noch bevorzugter mindestens 50° erfolgen, beispielsweise unter einem Sprühwinkel von 60°. Der Abstand der Düse zum Sensorelement kann mindestens 15 mm, bevorzugt mindestens 20 mm und noch bevorzugter min. 25 mm sein, beispielsweise 30 mm. Die Suspensionsfördermenge kann mindestens 10 g/min, bevorzugt mindestens 15 g/min und noch bevorzugter mindestens 20 g/min sein, beispielsweise 25 g/min. Der Plasmastrom kann mindestens 300 A, bevorzugt mindestens 350 A und noch bevorzugter mindestens 400 A sein, beispielsweise 450 A. Der Plasmagas-Volumenstrom kann mindestens 20 slpm (Standard-Liter pro Minute), bevorzugt mindestens 25 slpm und noch bevorzugter mindestens 30 slpm sein, beispielsweise 35 slpm.
2 zeigt ein Balkendiagramm, das das Ergebnis einer Messung eines Pumpstroms Iporo in mA an der Thermoschockschutzschicht einer herkömmlich gespritzten Thermoschockschutzschicht, d.h. unter Verwendung eines Pulvers mittels dem sogenannten atmosphärischen Plasmaspritzen, und einer erfindungsgemäßen gespritzten Thermoschockschutzschicht 22 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren angibt. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 24 der Balken für die herkömmlich gespritzte Thermoschockschutzschicht bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 26 der Balken für die erfindungsgemäß gespritzte Thermoschockschutzschicht 22 bezeichnet. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Pumpstrom Iporo bei der erfindungsgemäß gespritzten Thermoschockschutzschicht 22 im Vergleich zu einer herkömmlich gespritzten Thermoschockschutzschicht höher, was auf eine erhöhte, perkolierende offene Porosität hinweist. So ist der Pumpstrom Iporo für die herkömmlich gespritzte Thermoschockschutzschicht ungefähr 4,5 mA, wohingegen der Pumpstrom Iporo für die erfindungsgemäß gespritzte Thermoschockschutzschicht 22 ungefähr 6,3 mA ist.
3 zeigt ein Balkendiagramm, das das Ergebnis einer Oberflächenrauheitsmessung einer herkömmlich gespritzten Thermoschockschutzschicht und einer erfindungsgemäß gespritzten Thermoschockschutzschicht 22 angibt. Genauer wird der Oberflächenrauheitskennwert Sa in mm angegeben. Mit dem Bezugszeichen 28A ist der Balken für eine herkömmlich gespritzte Thermoschockschutzschicht gemessen an der Seite des Funktionselements bezeichnet, zu der sich eine Elektrode am nächsten befindet, und mit dem Bezugszeichen 28B ist der Balken für eine herkömmlich gespritzte Thermoschockschutzschicht gemessen an der Seite des Funktionselements bezeichnet, zu der sich ein Heizelement am nächsten befindet. Analog ist mit dem Bezugszeichen 30 A der Balken für eine erfindungsgemäß gespritzte Thermoschockschutzschicht 22 gemessen an der Seite des Funktionselements 12 bezeichnet, zu der sich eine Elektrode 18 am nächsten befindet, und mit dem Bezugszeichen 28B ist der Balken für eine erfindungsgemäß gespritzte Thermoschockschutzschicht 22 gemessen an der Seite des Funktionselements 12 bezeichnet, zu der sich ein Heizelement am nächsten befindet. 3 zeigt, dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine glattere Oberfläche für die erfindungsgemäß gespritzte Thermoschockschutzschicht 22 einstellt, was aus dem Oberflächenrauheitskennwert Sa hervorgeht, der einmal für das herkömmliche Verfahren, bei 28A ungefähr 0,0060 mm ist, und bei 28B ungefähr 0,0068 mm ist. Für die Thermoschockschutzschicht 22 gemäß erfindungsgemäße Verfahren ist der Oberflächenrauheitskennwert Sa bei 30A ungefähr 0,0017 mm und bei 30B ungefähr 0,0015 mm. Dies zeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Oberflächenrauheitskennwert Sa von nicht mehr als 2,5 µm, bevorzugt nicht mehr als 2 µm und noch bevorzugter nicht mehr als 1,8 µm, erzielen lässt. Aus 3 lässt sich ebenfalls die deutlich erhöhte Homogenität der Thermoschockschutzschicht 22 im Vergleich zu der herkömmlich hergestellten Thermoschockschutzschicht erkennen. Die Oberflächenrauheit kann beispielsweise mittels optischer Messverfahren, wie beispielsweise der Streulichtmessung, ermittelt werden.
4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäß hergestellten Sensorelements 10. Auch 4 zeigt in dem dargestellten Querschnitt eine deutlich glattere Oberfläche der Thermoschockschutzschicht 22 auch bei gleicher Porosität wie bei einer herkömmlich gespritzten Thermoschockschutzschicht. Dadurch werden die Ergebnisse aus den 2 und 3 bestätigt.
5 zeigt ein Diagramm, das beispielhaft das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung (XRD, X-Ray Diffraction) von Thermoschockschutzschichten, die auf unterschiedliche Weise gespritzt wurden, und eines verwendeten Pulvers. Auf der X-Achse ist der Beugungswinkel 2Θ in Grad angegeben. Auf der Y-Achse ist die Zählrate in Zählschritte oder Zählimpulse pro Sekunde linear aufgetragen. Jeder Teilstrich der Y-Achse bedeutet dabei 100 Zählschritte oder Zählimpulse pro Sekunde. Mit dem Bezugszeichen 32 ist das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung für ein Aluminiumoxid enthaltendes Pulver mit einer Reinheit von mindestens 98 % angegeben, das für die Herstellung der obigen Suspensionen für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verwendet werden kann. Mit dem Bezugszeichen 34 ist das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung einer Thermoschockschutzschicht 22 angegeben, die mittels einer alkoholischen Suspension gespritzt wurde, wie sie oben beschrieben ist und für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verwendet werden kann. Mit dem Bezugszeichen 36 ist das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung einer Thermoschockschutzschicht 22 angegeben, die mittels einer wässrigen Suspension gespritzt wurde, wie sie oben beschrieben ist und für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verwendet werden kann. Mit dem Bezugszeichen 38 ist das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung einer herkömmlich mittels atmosphärischem Plasmaspritzen gespritzten Thermoschockschutzschicht angegeben. Die Bezugszeichen 40 geben Peaks für die α-Phase des Aluminiumoxids in den jeweiligen Thermoschockschutzschichten und des obigen Pulvers an. Die Bezugszeichen 42 für die γ-Phase des Aluminiumoxids in den jeweiligen Thermoschockschutzschichten und des obigen Pulvers an.
Anhand der Zählrate des Diagramms der 5 kann auf die Phasenzusammensetzung des Materials geschlossen werden. Kurve 38 zeigt eine Zusammensetzung, die vornehmlich aus γ-Phase besteht (Thermoschockschutzschicht aus atmosphärischem Plasmaspritzen). Die Kurven 34 und 36 dagegen (Thermoschockschutzschichten aus Suspensionsplasmaspritzen) besitzen nur geringe Anteile der γ-Phase und vornehmlich α-Phase. Dies ist vorteilhaft, da die α-Phase die thermodynamisch stabile Phase darstellt, wohingegen bei der γ-Phase unter erhöhten Umgebungstemperaturen (> 850 °C) die Möglichkeit der Phasenumwandlung in die α-Phase besteht und damit eine Änderung der Schichteigenschaften möglich ist.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008026101 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Gasraum, insbesondere zum Nachweis einer Gaskomponente in dem Gas oder einer Temperatur des Gases, umfassend die Schritte: – Bereitstellen mindestens eines Funktionselements (12), das mindestens einen Festelektrolytkörper (14) und mindestens eine Funktionsschicht (16), insbesondere eine Elektrode (18), aufweist, – Bereitstellen einer Suspension, insbesondere einer wässrigen und/oder alkoholischen Suspension, von Partikeln für eine Thermoschockschutzschicht (22), und – Aufbringen der Suspension in Form einer Thermoschockschutzschicht (22) auf das Funktionselement (12) mittels eines thermischen Spritzverfahrens.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das thermische Spritzverfahren derart durchgeführt wird, dass die Thermoschockschutzschicht (22) eine Porosität von 25 % bis 75 %, bevorzugt von 30 % bis 70 % und noch bevorzugter von 30 % bis 60 %, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel der Suspension für die Thermoschockschutzschicht (22) Metall oder Metallverbindungen enthalten, insbesondere Metallverbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid und Titaniumdioxid.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel der Suspension für die Thermoschockschutzschicht (22) α-Aluminiumoxid sind und die Thermoschockschutzschicht (22) so aufgebracht wird, dass in der aufgebrachten Thermoschockschutzschicht (22) mindestens 50 vol.-% α-Aluminiumoxid, bevorzugt mindestens 60 vol.-% α-Aluminiumoxid und noch bevorzugter mindestens 70 vol.-% α-Aluminiumoxid, vorliegen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Suspension unter Verwendung eines α-Aluminiumoxid enthaltenden Pulvers hergestellt wird, wobei das Pulver eine Reinheit von mindestens 98 %, bevorzugt mindestens 99 % und noch bevorzugter mindestens 99,5 %, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Suspension einen Feststoffgehalt von mindestens 1 Vol.-%, bevorzugt mindestens 5 Vol.-% und noch bevorzugter mindestens 10 Vol.-%, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel einen Durchmesser von 10 nm bis 20 µm, bevorzugt von 15 nm bis 15 µm und noch bevorzugter von 20 nm bis 10 µm, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Thermoschockschutzschicht (22) derart aufgebracht wird, dass sie eine Dicke von 40 µm bis 550 µm, bevorzugt von 45 µm bis 525 µm und noch bevorzugter von 50 µm bis 500 µm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Thermoschockschutzschicht (22) derart aufgebracht wird, dass sie einen Oberflächenrauheitskennwert (Sa) von nicht mehr als 2,5 µm, bevorzugt nicht mehr als 2 µm und noch bevorzugter nicht mehr als 1,8 µm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Suspension derart thermisch gespritzt wird, dass die Temperatur des Funktionselements (12) nicht mehr als 400 °C, bevorzugt nicht mehr 350 °C und noch bevorzugter nicht mehr als 300 °C, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funktionselement (12) während des Aufbringens der Thermoschockschutzschicht (22) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermische Spritzverfahren ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Plasmaspritzen, Laserspritzen und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.
Sensorelement (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Gasraum, insbesondere zum Nachweis einer Gaskomponente in dem Gas oder einer Temperatur des Gases, wobei das Sensorelement (10) herstellbar ist durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.