-
Stand der Technik
-
Es sind bereits keramische Sensorelemente für Abgassensoren bekannt, die hergestellt werden, indem ungesinterte („grüne“) Folien aus stabilisiertem Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, beispielsweise per Siebdruck, mit Metall- und Keramikschichten versehen, zum Beispiel per Bohr- oder Stanzprozessen mit Durchkontaktierkanälen versehen und dann miteinander laminiert und schließlich als Ganzes gesintert werden. Durch diese Abfolge der Prozessschritte werden nach dem bekannten Stand der Technik keramische Sensorelemente aufgebaut und außen und in ihrem Inneren Heizer- und Elektrodenstrukturen ausgebildet.
-
Diese Verfahren haben sich zwar in der Vergangenheit vielfach bewährt, erfordern jedoch in der Auslegung und in der Herstellung Kompromisslösungen bei gegenläufigen Kosten-, Funktions- und Belastbarkeitsanforderungen und stoßen somit bei weiterer Produktoptimierung an ihre Grenzen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das keramische Sensorelement aus einem separat gesinterten keramischen Trägerelement und einem separat gesinterten keramischen Funktionselement zusammengesetzt ist. Auf diese Weise kann jeder dieser beiden Bestandteile entsprechend der jeweiligen Anforderungen spezifisch optimiert aufgebaut werden.
-
Insofern sind mit anderen Worten das keramische Trägerelement und das keramische Funktionselement nicht gemeinsam, sondern separat voneinander gesintert, beispielsweise mittels voneinander verschiedener Verfahren (zum Beispiel in einem Ofen, mittels Laser und/oder Elektronenstrahl) und/oder bei verschiedenen Temperaturen und/oder verschiedener Sinterdauer, beispielsweise in voneinander verschiedenen Öfen und/oder in zeitlich aufeinander folgenden verschiedenen Chargen eines Ofens. Das keramische Trägerelement und das keramische Funktionselement sind insbesondere während der Sinterung nicht bereits zu dem keramischen Sensorelement bzw. einem Grünkörper des keramischen Sensorelements zusammengesetzt.
-
Der Aufbau des zu sinternden Trägerelements erfolgt bevorzugt ebenfalls separat von dem zu sinternden Funktionselement, beispielsweise jeweils mittels klassischer Druckverfahren und/oder mittels neuartiger additiver Fertigungsverfahren.
-
In bevorzugter Weiterbildung ist vorgesehen, dass dem Trägerelement primär die Aufgabe zukommt, die mechanische Stabilität des Sensorelements zu gewährleisten, die Beheizbarkeit des Sensorelements zu gewährleisten und/oder zu gewährleisten, dass das Sensorelement von außen kontaktierbar ist.
-
In weiter bevorzugter Weiterbildung ist vorgesehen, dass dem Funktionselement primär die Aufgabe zukommt, die eigentliche Messfunktion zu realisieren, beispielsweise ein resistives, amperometrisches und/oder potentiometrisches Messprinzip zu realisieren.
-
Zweckmäßige Strukturmerkmale dieser beiden Weiterbildungen sind in den in den Zeichnungen, den Ausführbeispielen und in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegeben.
-
Weiterbildungen der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass unter Einsatz generativer Fertigungsverfahren weit reichende Möglichkeiten zur weiteren Optimierung und Miniaturisierung keramischer Sensorelemente gegeben sind. Es ist bevorzugt, dass das Funktionselement zumindest teilweise durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt ist.
-
Der generative Aufbau bietet signifikante Vorteile, insbesondere eine hohe Geometriefreiheit bezüglich des Designs des Sensorelements. So sind z.B. spiralförmige bzw. bogenförmige Strukturen oder innenliegende Hohlräume möglich, die bisher drucktechnisch nicht herstellbar waren. Der hierbei aufgebaute Keramikkörper besteht beispielsweise aus ionisch oder elektronisch leitenden Bereichen (z.B. aus YSZ oder aus Platin oder aus Fe-dotiertem Al2O3) und isolierenden Bereichen (z.B. aus Al2O3) und ferner aus außen- und innenliegenden Strukturmerkmalen. Für jedes Designelement können jeweils optimierte Verfahren und Materialien, auf die nachfolgend noch näher eingegangen wird, bereit gestellt werden. Es ergeben sich jeweils zusätzlich spezifische Vorteile bezüglich Prozesssicherheit und Kosten.
-
Insbesondere können vorgesehen sein: Formkörper mit inneren Strukturen und Hohlräumen, die mit hoher Reproduzierbarkeit fertigbar und folglich geringe Toleranzen in der Funktion aufweisen; einfach integrierbare gradierte Schichten; Funktionselemente mit besonders kleinen Bauteilvolumen und geringen thermischen Massen, die rasch aufheizbar sind und geringe Materialkosten, insbesondere für Edelmetalle, ermöglichen.
-
Der Einsatz generativer Verfahren hat ferner die Vorteile, dass Abfälle vermieden werden, da zumeist nur eingebrachte Materialien eingesetzt werden, und sehr feine Strukturen möglich sind, beispielsweise mit Aspektverhältnissen von 1:1, beispielsweise von Leiterbahngeometrien mit Abständen kleiner 10 µm.
-
Durch Verwendung von besonders feinen Rohstoffen (zum Beispiel Durchmesser kleiner 1µm) kann eine Sintertemperatur auf 1300°C und darunter abgesenkt werden. Weiterhin lassen sich somit aktivere Elektroden realisieren und Herstellkosten reduzieren, insbesondere Energiekosten minimieren.
-
Generative Verfahren, auch additive Verfahren oder 3-D Druck genannt, werden dabei im Sinne der VDI-Richtlinie VDI 3404 von 12/2009 von den konventionellen Verfahren abgegrenzt. Insbesondere erfolgt bei generativen Verfahren die Fertigung ohne Verwendung von Formen, Masken oder Halbzeugen, insbesondere durch eine Fertigungseinrichtung, die ein lediglich als elektronischer Datensatz vorhandenes Modell des herzustellenden Produkts (beispielsweise CAD-Modell) direkt umsetzt.
-
Zur Herstellung von keramischen Grünkörpern bevorzugte generative Fertigungsverfahren sind beispielsweise Inkjet-Verfahren als 3D-Druck, Multi Jet Modelling (MJM) bzw. Poly Jet Modelling (PJM), Fused Deposition of Ceramics/Metals (FDM/FDC), Omnidirectional Printing (OP), Coextrusion Printing (CP), Lithography-based und Ceramic Manufacturing (LCM).
-
Alternativ ist auch der Einsatz thermisch generativer Fertigungsverfahren, insbesondere Electron Beam Melting (EBM) oder Selective Laser Sintering / Melting (SLS/SLM) möglich. Der Verfahrensschritt einer nachfolgenden separaten Sinterung in einem Ofen wird auf diese Weise verzichtbar oder zumindest doch verkürzbar.
-
Generative Verfahren unterliegen derzeit einer raschen technologischen Fortentwicklung und haben ein erhebliches technologisches Potential. Insofern ist zur Herstellung von bereits bekannten, vorliegend offenbarten und zukünftigen Abgassensoren und deren Strukturelementen stets neben den bereits bekannten und den vorliegend offenbarten Fertigungstechnologien auch der in den nächsten Jahren zu erwartende weitere technologische Fortschritt auf dem Gebiet der generativen Fertigungsverfahren zur Realisierung der genannten Vorteile besonders zwingend heranzuziehen.
-
Zusätzlich oder alternativ zu den generativen Fertigungsverfahren kann ein Aufbau des Funktionselements ganz oder teilweise auch mit Prozessen erfolgen, die aus der Halbleiterherstellung, beispielsweise zum Aufbau von MEMS und/oder MECS, grundsätzlich bekannt sind.
-
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen keramischen Sensorelements für einen Abgassensor.
-
2 eine Darstellung des keramischen Trägerelements des Sensorelements aus 1.
-
3 eine Darstellung des keramischen Funktionselement des Sensorelements aus 1.
-
4 einen Verfahrensschritt, bei dem das Sensorelement aus 1 zusammengesetzt wird.
-
5 eine Übersicht des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens.
-
Ausführungsformen
-
1 zeigt im Überblick und schematisch exemplarisch ein keramisches Sensorelement 16 für einen Abgassensor, das aus einem separat gesinterten keramischen Trägerelement 161 und einem separat gesinterten keramischen Funktionselement 162 zusammengesetzt ist. Ferner weist das keramische Sensorelement 16 auf seiner dem Abgas auszusetzenden Endseite eine Beschichtung 163 auf, die einen Schutz vor thermischen Schocks bezweckt. Gezeigt ist das Sensorelement 16 einer hinsichtlich ihrer Funktion grundsätzlich bekannten Lambdasonde. Gleichwohl sind natürlich auch andere Sensoren herstellbar, beispielsweise Sensoren, die auf einem potentiometrischen, amperometrischen und/oder auf einem resistiven Messprinzip beruhen.
-
Das Trägerelement 161, so wie es bei der Herstellung des Sensorelements 16 zunächst separat aufgebaut und gesintert wird, ist in der 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Das Trägerelement 161 ist aus zwei keramischen Folien 20, 22, einer unteren Folie 20 und einer oberen Folie 22, zusammengesetzt.
-
Die untere Folie 20 ist mit einem Widerstandsheizer 128 und zugehörigen Kontaktpads 128a, 128b bedruckt, ferner mit weiteren Kontaktpads 130a, 130b und zughörigen Leiterbahnen 130c, 130d, die auf der dem Abgas auszusetzenden Seite des Trägerelements 161 an zugehörigen Kontaktflächen 130e, 130f enden.
-
Die obere Folie 22 weist Kontaktpads 129a–d auf, die mit den Kontaktpads 128a, 128b, 130a, 130b der unteren Schicht elektronisch leitend verbunden sind und über die das Trägerelement 161 mit einer Auswerteschaltung z.B. in einem Motorsteuergerät verbindbar sind.
-
Ferner weist die obere Folie 22 Kontaktaussparungen 140 auf, die den Kontaktflächen 130e, 130f der unteren Folie 20 zugeordnet sind.
-
Zwischen diesen Folien 20, 22 ist eine weitere dünne keramische Schicht 21, eine sogenannten keramische Laminierschicht 21, vorgesehen. Die Laminierschicht 21 weist ebenfalls Kontaktaussparungen 140 auf, die den Kontaktflächen 130e, 130f der unteren Folie 20 bzw. den Kontaktaussparungen 140 der oberen Folie 22 zugeordnet sind und mit diesen in Aufsicht auf das Trägerelement 161 zur Deckung kommen.
-
Das Trägerelement 161 wird in an sich bekannter Art und Weise in Folientechnik mittels Bedrucken, Laminieren und anschließendem Sintern hergestellt.
-
Die Folien 20, 22 des Trägerelements 161 sind aus einer dielektrischen, isolierenden und chemisch inerten Oxidkeramik gefertigt, beispielsweise aus Al2O3, La2O3 oder einem M(II)-Al-Spinell. Als Material für die Folien 20, 22 kann auch Al2O3 mit Zusätzen von Glasbildnern bis zu einem Anteil von 50 Gew.% eingesetzt werden kann (z.B. Borosilikate, Celsian, MII-MIII-Spinell-Phasen). Alternativ kann das Trägerelement 161 auch aus anderen Materialien mit geeigneter Wärmeausdehnung und Temperaturbeständigkeit gefertigt werden z.B. Si, Si3N4 oder SiC. Ebenso kann das Trägerelement aus YSZ bestehen. In letzterem Fall sind gegebenenfalls zusätzliche isolierende Schichten vorzusehen.
-
Alternativ ist es auch möglich, statt mindestens zwei Folien 20, 22 nur eine Folie vorzusehen oder einen, z.B. durch Ceramic Injection Molding (CIM) hergestellten, Keramikkörper mit Elektroden- und Widerstandsstrukturen zu versehen und gegebenenfalls durch eine Abdeckschicht zu schützen.
-
Das Trägerelement 161 hat in diesem Beispiel eine Länge von mindestens 20mm, vorzugsweise eine Länge zwischen 30mm–80mm, und eine Breite zwischen 2mm–15mm und eine Dicke zwischen 250µm–1000µm.
-
Grundsätzlich sind verschiedene Geometrien des Trägerelements 161 möglich. So kann das Trägerelement 161 einen quadratischen, quaderförmigen, trapezförmigen oder polygonen Querschnitt mit scharfen oder abgerundeten Kanten aufweisen oder als ovales oder rundes Stäbchen ausgestaltet sein oder auch als Hohlstabelement. Im Fall zylindrischer Trägerelemente 161 können Durchmesser im Bereich 1,5mm–5mm vorgesehen sein.
-
Der Widerstandsheizer 128 kann aus W, Pt, Pd, Ni, Mo, Ni-Co, MoSi2 oder einer Legierung dieser Metalle bestehen. Er kann mäander-, spiral- oder ringförmig oder vollflächig ausgebildet sein. Er hat bevorzugt einem Kaltwiderstand zwischen 2 und 25 Ohm und ist in der Zusammenwirkung mit dem gesamten Sensorelement für eine Heizleistung zwischen 0,5–18 W ausgelegt.
-
Das Funktionselement 162, so wie es bei der Herstellung des Sensorelements 16 zunächst separat aufgebaut und gesintert wird, ist in der 3a exemplarisch in einer Explosionsdarstellung gezeigt. In diesem Beispiel hat das Funktionselement 162 die Funktion einer Nernstzelle, gleichwohl könnte es auch eine andere konkrete Gestalt und Funktion aufweisen, beispielsweise könnte es sich um die Interdigitalelektroden eines Partikelsensors handeln und/oder um eine Anordnung aus mehreren elektrochemischen Zellen, wie sie zum Beispiel in Breitband-Lambdasonde und/oder in NOx-Sensoren vielfach anzutreffen ist.
-
Unabhängig von den tatsächlichen Prozessschritten der Fertigung ist in dieser Explosionsdarstellung das Funktionselement 162 aus den Schichten 100 bis 106 zusammengesetzt dargestellt. Dabei ist die oberste Schicht 100 eine Schutzschicht; eine zweite Schicht 101 umfasst Festelektrolytmaterial 112, eine Außenelektrode 113 sowie eine Zuleitung 114 mit Kontaktpad 115; eine dritte Schicht 102 umfasst Festelektrolytmaterial 112 und einen Kontaktpad 115; eine vierte Schicht 103 umfasst Festelektrolytmaterial 112, eine Innenelektrode 116 sowie eine Zuleitung 114 und Kontaktpads 115; eine fünfte Schicht 104 umfasst Festelektrolytmaterial 112, einen Hohlraum 117 und Kontaktpads 115; eine sechste Schicht 105 umfasst Festelektrolytmaterial 112 sowie Kontaktpads 115; eine unterste Schicht 106 umfasst eine Stützstruktur 118 und Kontaktpads 115.
-
Dabei besteht das Festelektrolytmaterial 112 aus M(II, III)-Oxid stabilisiertem Zirkonoxid (mit M = Sc, Y, Mg, Ca oder Ce), vorzugsweise aus mit 3,0–11,0 Mol% Yttrium(III)oxid stabilisiertem Zirkonoxid. Die Elektroden und Kontaktspads bestehen im Beispiel aus Platin-Cermet-Schichten einer Dicke zwischen 1µm–20µm und vorzugsweise einer Dicke zwischen 3µm–8µm.
-
Vorliegend ist das Funktionselement 162 beispielweise mittels eines oder mehrerer generativer Verfahren gefertigt, beispielsweise Multi Jet Modelling (MJM), Polyjet Modelling (PJM), Fused Deposition Modelling (FDM), Fused Deposition Ceramic (FDC), selektives Laser Sintern (SLS) und/oder selektives Laser Melting (SLM). Zusätzlich oder alternativ können weitere Verfahrensschritte zum Aufbau des Funktionselements 162 angewendet werden, beispielsweise solche, die aus der Halbleitertechnik und/oder zum Aufbau von MEMS und MECS bekannt sind.
-
Zur Herstellung des Funktionselements 162 können unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen.
-
In einem ersten Beispiel werden hierfür in einem ersten Verfahrensschritt zunächst Grünkörper aufgebaut, beispielsweise wird hierfür der Tintenstrahldruckprozess oder Inkjet-Verfahren als 3D-Druck eigesetzt. Hierfür ist die Verwendung eines Jet-Düsenkopfes oder die Verwendung mehrerer zusammengesetzter Jet-Düsenköpfe zu einem Mehrmaterialkopfsystem, das bis zu 10 Materialsysteme zu verdüsen vermag, vorgesehen. Alternativ können jüngst entwickelte 3D-Technologien wie Multi Jet Modelling (MJM) bzw. Poly Jet Modelling (PJM) verwendet werden.
-
Dabei werden Tinten, also keramisch oder metallisch oder gemischt metallkeramisch, insbesondere photosensible, gefüllte Fluide und/oder mit Porenbildner gefüllte, insbesondere photosensible, Fluide über Druckkopfdüsen auf Träger flächig oder strukturiert aufgesprüht. Hierbei werden diese Tinten typischerweise mit piezoelektrischen Bauelementen oder mit Mikroerhitzer erwärmt, so dass Tintentröpfchen unter Druck aus einer Düse ausgestoßen werden. Bei den Jet Systemen kann auch mit mehreren Materialien und deren Mischungen gedruckt werden.
-
Folgende Fluide sind bevorzugt: Polyvinylbutyral (PVB), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylate (PA) und Ethylcellulose (EC). Ferner UV-härtende Systeme wie beispielsweise Acrylate (z.B.:Polyesteracrylate, Polyetheracrylate, Epoxidacrylate, Urethanacrylate, Acrylester, Methacrylester) oder ungesättigte Polyester, cycl. Vinylamide, Vinylether, etc. Eine zusätzliche Zugabe von geeigneten Photoinitiatoren kann vorgesehen sein.
-
Die Tinten weisen Feststoffanteile von 25 bis 90 Masseprozent auf. Die Feststoffe sind dabei insbesondere Edelmetalle, YSZ-Material mit 3 bis 11 mol% Y2O3; M stabilisiertes Zirkonoxid (mit M = Sc, Mg, Ca oder Ce); Hohlaumbildner, beispielsweise Glaskohle, Aluminiumoxid und/oder dergleichen.
-
Als mögliche 3D-Druckverfahren zum Aufbau von Grünkörpern kommen ferner einzeln oder in Kombination miteinander in Frage: Fused Deposition of Ceramics/Metals (FDM/FDC), Multi Jet Modeling (MJM), Omnidirectional Printing (OP), 3D-Siebdruck, Coextrusion Printing (CP) und Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM).
-
In einem zweiten Verfahrensschritt werden durch UV-Belichtung in den Fluiden enthaltene Monomere zu Polymeren vernetzt und somit fixiert. Es entsteht ein keramischer Grünkörper. Alternativ können die Tinten auch in einem thermischen Verfahren fixiert werden.
-
In einem anschließenden Verfahrensschritt erfolgt eine Sinterung der keramischen Grünkörper, beispielsweise bei 1300°C aus dem das fertige Funktionselement 162 hervorgeht.
-
In eine alternativen Beispiel werden keramische Funktionselemente 162 mittels thermischer Verfahren ohne anschließenden separaten Sinterprozess hergestellt, beispielsweise mittels Electron Beam Melting (EBM) und/oder Selective Laser Sintering / Melting (SLS/SLM). Im Unterschied zum ersten Beispiel werde die Feststoffe hierbei nicht in eine Polymermatrix eingebunden sondern in einem ersten Verfahrensschritt in einer dünnen Schicht aufgerakelt und in einem zweiten Verfahrensschritt lokal über einen Laser oder Elektrodenstrahl fixiert oder sogar abschließend versintert. Diese Verfahrensschritte werden solange abwechselnd ausgeführt, bis das Funktionselement 162 vollständig aufgebaut ist.
-
Da bei diesem zweiten Beispiel kein separater, nachgelagerter Sinterprozess mehr zwingend erforderlich ist, können je nach Anforderung an das Funktionselement 162 Edelmetalle, zum Beispiel Platin, durch weniger edle Stoffe (z.B. Au, Ag, Ti, ...) ersetzt werden. Falls ein Sauerstoffzutritt ausgeschlossen werden kann, können auch oxidationsempfindliche Materialien, wie z.B. Kupfer, eingesetzt werden.
-
Alternativ kann eine abschließende Sinterung in einem Ofen bei im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren verminderter Temperatur erfolgen.
-
Vorliegend weist das Funktionselement 162 beispielweise eine Breite von 2mm–5mm, eine Auflagefläche von 6mm2–30mm2 und eine Höhe von 150–750µm auf. Seine Masse beträgt vorzugsweise weniger als 10% der Masse des Trägerelements 161.
-
Das in der 3b dargestellte Funktionselement 162 stimmt mit dem in der 3a gezeigten Funktionselement 162 bis auf die in Aufsicht ersichtlich verschiedene Form überein, insofern kann auf dessen Beschreibung vollumfänglich verwiesen werden.
-
Das Zusammenfügen des gesinterten Trägerelements 161 mit dem gesinterten Funktionselement 162 erfolgt wie in der 4 dargestellt zu einem stoff-, kraft- und/oder formschlüssigen Verbund, sodass eine passgenaue, sichere und stabile elektrische Kontaktierung und mechanische Fixierung resultiert.
-
Zu diesem Zweck werden zunächst ein oder mehrere Verbindungsgläser durch einen Beschichtungs- oder Druckprozess, wie z.B. Siebdruck oder Dispensen, passgenau auf dem Trägerelement 161 aufgebracht. Eine elektrische Kontaktierung des Trägerelements 161 mit dem Funktionselement 162 erfolgt unter Verwendung eines Glas/Metall-Gemisches 165 (Metalle bevorzugt Pt, PtPd, Anteile 20–80 Gew.%). Der Glasanteil dieses Gemisches ist ein Fügeglas, das bei einer vorgesehenen Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 650°C und 1000°C aufschmilzt, nachfolgend kristallisiert und dann auch bei hohen Temperaturen bis 1100°C stabil ist. Zusätzlich weist das Glas/Metall Gemisch 165 eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf.
-
Sollte eine Abweichung zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägerelements 161 und des Funktionselements 162 bestehen, so können bei Temperaturänderungen resultierende Spannungen im Sensorelement 16 durch die Duktilität des Glas/Metall-Gemisches ausgeglichen werden.
-
Die sichere mechanische Fixierung des Trägerelements 161 mit dem Funktionselement 162 erfolgt insbesondere mit einem Hochtemperaturglas 166, dem gegebenenfalls zusätzliche Füllstoffe zugesetzt sein können, um den Wärmeausdehnungskoeffizient anzupassen. Beispielsweise können solche Gläser auf Mischungen folgender Oxide basieren: B2O3 / SiO2 / Al2O3 / ZrO2 / ZnO / CaO/ BaO /MgO/ Na2O/ Li2O. Als metallische Füllstoffe können beispielsweise Pt, Pd, Au, Ni, Co, Ag, Cu und Mischungen davon benutzt werden.
-
Auf dem so hergestellten Verbund aus dem Trägerelement 161 mit dem Funktionselement 162 kann nachfolgend, insbesondere auf der dem Abgas auszusetzenden Seite des Sensorelements 16 eine poröse keramischer Schutzschicht 163 (siehe 1) aufgebracht werden.
-
Neben den Funktionen eines Schutzes vor thermischem Schock, einer Erhöhung der Vergiftungsresistenz und einer Vorkatalyse hat die keramische Schutzschicht hier die zusätzliche Funktion, als mechanischer Schutz des Verbundes aus Trägerelement 161 und Funktionselement 162 zu wirken.
-
Die Schutzschicht
163 kann einschichtig, doppelschichtig oder vielschichtig, gegebenenfalls mit gestufter Porosität, aufgebracht werden. Als Beschichtungsverfahren eignen sich beispielsweise Tauchschlickerverfahren und Schlickersprühverfahren die z.B. aus der
DE 10 2012 210 725 A1 grundsätzlich bekannt sind, ferner Plasmabeschichtungsverfahren (APS), Suspension Plasma Spray (SPS) oder Ceramic-Injection-Molding (CIM), Verfahren die ebenfalls aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind.
-
Das Grundmaterial der Schutzschicht besteht aus poröser Oxidkeramik, vorzugsweise Al2O3, MgAl2O4, CaAl2O4, Y2O3, La2O3, ZrO2, sowie Mischungen („blends“) aus diesen Oxiden. Die Schutzschicht kann mit bis zu 10 Gew.% Gettersubstanzen und/oder katalytisch aktiven Substanzen imprägniert werden kann, zum Beispiel mit 1 Gew.%.
-
Die mittlere Schichtdicke und Porosität der Schutzschicht 163 variiert je nach Zieldesign. Beispielsweise kann eine Einfachschicht eine Schichtdicke von 100µm–400µm und 12–40 Vol.% offene Porosität aufweisen. Daneben kann in einer Doppelschicht jede Schicht eine Schichtdicke von 80µm–250µm aufweisen, wobei die innere Schicht eine offene Porosität von 12–25 Vol.% aufweist und die äußere Schicht eine offene Porosität von 15–40 Vol.% aufweist.
-
Das oben geschilderte, erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist in der 5 nochmals zusammengefasst. Demnach werden zunächst in getrennten Verfahrensschritten 51, 52 das Trägerelement 161 und das Funktionselement 162 aufgebaut und hierbei oder nachfolgend gesintert. Anschließend werden im Verfahrensschritt 53 die vorab separat voneinander gesinterten Bestandteile 161, 162 miteinander verbunden. Das Aufbringen einer Schutzschicht 163 kann anschließend optional vorgesehen sein.
-
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 102012210725 A1 [0061]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- VDI 3404 von 12/2009 [0014]
