DE102017217637A1

DE102017217637A1 - Keramisches Sensorelement für einen Abgassensor

Info

Publication number: DE102017217637A1
Application number: DE102017217637.7A
Authority: DE
Inventors: Enno Baars; Carolin Maria Schilling; Marco Niemietz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2018-10-25
Also published as: DE102017217640A1

Abstract

Um bei einem keramisches Sensorelement für einen Partikelsensor zur Überwachung eines Abgas-Partikelfilters, mit einem keramischen Träger (5) und mit mindestens einer auf dem keramischen Träger (5) angeordneten und zumindest teilweise dem Abgas unmittelbar ausgesetzten Widerstandsleiterbahn (14, 16) zur Bestimmung einer Temperatur des keramischen Sensorelements (10) einer Alterung der Widerstandsleiterbahn entgegenzuwirken, ist vorgesehen, dass die Widerstandsleiterbahn (14, 16) Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist.

Description

Stand der Technik
Aus der DE 10 2005 053 120 A1 ist bereits ein keramisches Sensorelement bekannt, das eine dem Abgas unmittelbar ausgesetzte Widerstandsleiterbahn aufweist. Aus diesem Dokument ist es auch bekannt, eine Temperatur des Sensorelements zu bestimmen, indem ein ohmscher Widerstand der Widerstandsleiterbahn des Sensorelements gemessen und in eine Temperatur umgerechnet wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche basiert auf der Erkenntnis, dass derartige Widerstandsleiterbahnen bei fortgesetztem Betrieb einer Alterung unterworfen sind, sodass sich ihr ohmscher Widerstand bei einer bestimmten Temperatur im Lauf der Zeit, in der der Abgassensor einem Abgas ausgesetzt ist, vergrößert.
Hieran ist problematisch, dass dann eine Temperaturbestimmung mittels der Widerstandleiterbahn, die auf dem temperaturabhängigen ohmschen Widerstand der Widerstandsleiterbahn beruht, unrichtige Werte ergibt. Beispielsweise eine Temperaturregelung auf eine Abbrandtemperatur zum Freibrennen des Partikelsensors mittels einer Eigenbeheizung der Partikel ist in diesem Fall nicht mehr sicher durchführbar.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass die Alterung der Widerstandsleiterbahn verhindert oder vermindert werden kann, wenn die Widerstandsleiterbahn Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist. Der ohmsche Widerstand bei einer bestimmten Temperatur ist dann auch bei fortgesetztem Betrieb des Sensors weitgehend unverändert, sodass aus dem elektrischen Widerstand der Widerstandsleiterbahn stets zuverlässig auf die Temperatur des Sensorelements geschlossen werden kann sodass ein temperaturgeregeltes Freibrennen stets sicher durchführbar ist.
Als einer der der Alterung zugrunde liegenden Mechanismen ist eine Wechselwirkung der Widerstandsleiterbahn mit im Abgas auftretendem Phosphor anzusprechen. Beispielsweise Titandioxid hat die Eigenschaft eines Phosphorgetters, sodass es die Wechselwirkung der Widerstandsleiterbahn mit im Abgas auftretendem Phosphor und damit die Alterung zu verhindern bzw. zu vermindern vermag. Yttrium bzw. Yttriumverbindungen sowie Silizium bzw. Siliziumverbindungen wirken entsprechend.
Unter „Aufweisen“ wird im Rahmen der Anmeldung insbesondere die Existenz eines makroskopischen Gewichtsanteils verstanden, beispielsweise mindestens 1ppm, also beispielsweise ein Milligramm pro Kilogramm.
Unter einer „Widerstandsleiterbahn“ eines Abgassensors wird im Rahmen der Anmeldung insbesondere eine in einer Längsrichtung erstreckte Leiterbahnstruktur verstanden, die insbesondere an zwei Stellen, bevorzugt an ihren Enden, kontaktierbar ist, insbesondere über Kontaktflächen, die verbreiterte Endabschnitte der Widerstandsleiterbahn darstellen.
„Widerstandsleiterbahnen“ im Sinne der Anmeldung bestehen insbesondere zu mindestens 50 Gew-% aus mindestens einem Edelmetall, beispielsweise aus Platin oder aber auch aus Palladium, Iridium, Rhodium, Gold etc..
Der keramische Träger kann beispielsweise überwiegend aus Zirkonoxid oder überwiegend aus Aluminiumoxid bestehen.
Die Nachhaltigkeit der aus der Erfindung resultierenden Wirkungen kann erhöht sein, wenn außer der Widerstandsleiterbahn auch der Träger, eine zwischen Träger und Widerstandsleiterbahn angeordnete Zwischenschicht und/oder eine auf der Widerstandsleiterbahn angeordnete Abdeckschicht Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sensorelements.
Diese gehen von den Verfahrensschritten aus:

- Bereitstellen eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist;
- Aufbringen zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf den Vorträger, beispielsweise mittels Siebdruck;
- Sintern des Vorträgers zu dem keramischen Träger, wobei die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn übergeht.

Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, gelangt entweder in die Widerstandsleiterbahn, indem es in einem Material enthalten ist, aus dem eine Widerstandsleiterbahn auf dem Vorträger aufgebracht wird und durch Sinterung in die Widerstandsleiterbahn übergeht. Alternativ kann auch ein Vorträger, der bei der Sinterung in den Träger übergeht, oder eine unter der Vorwiderstandsleiterbahn angeordnete Vorzwischenschicht, die bei der Sinterung in eine Zwischenschicht übergeht, oder eine auf der Vorwiderstandsleiterbahn angeordnete Vordeckschicht, die bei der Sinterung in eine Deckschicht übergeht, Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweisen.
Alternativ kann die Widerstandsleiterbahn auch nach dem Sintern mit einem Stoff, der Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist, in Kontakt gebracht werden.
Bei dem Inkontaktbringen kann es sich beispielsweise um ein Eintauchen in eine Lösung oder Dispersion, die den Stoff enthält, und/oder das Besprühen mit einer Lösung oder Dispersion, die den Stoff enthält, und/oder das Einbringen in eine Atmosphäre, die den Stoff gasförmig oder als Nebel enthält und/oder dergleichen handeln. Ferner: Stempeln, Sputtern, Drucken und/oder dergleichen - verschiedene weitere Möglichkeiten hierzu sind an sich bekannt. Bei dem Inkontaktbringen der Widerstandsleiterbahn mit dem Stoff kann es sich insbesondere um ein Aufbringen des Stoffs auf die Widerstandsleiterbahn und/oder um ein Einbringen des Stoffs in die Widerstandsleiterbahn handeln.
Optional vorgesehen ist eine nachfolgende Wärmebehandlung des Sensorelements, die bei mindestens 500 °C erfolgt, beispielsweise unterhalb von 1500 °C, insbesondere bei 1100 °C bis 1300 °C. Eine derartige Wärmebehandlung kann grundsätzlich mittels eines Ofens oder durch Eigenbeheizung des Sensorelements, beispielsweise mittels eines elektrischen Widerstandsheizers des Sensorelements, erfolgen. Auch die Beheizung durch Laserstrahlung ist möglich.
Alternativ ist es auch möglich, dass auf eine derartige Wärmebehandlung innerhalb des Herstellverfahrens verzichtet wird, und das Sensorelement einer entsprechend hohen Temperatur erst während eines ersten Betriebs des Sensors, beispielsweise im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, ausgesetzt wird.
Figurenliste

Die 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensorelements.
Die 2 bis 6 zeigen Flussdiagramme zur Herstellung verschiedener erfindungsgemäßer Sensorelemente

Ausführungsformen
In 1 ist ein prinzipieller Aufbau eines keramischen Sensorelements 10 eines Abgas-Partikelsensors in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Das keramische Sensorelement 10 dient der Bestimmung einer Partikelkonzentration, wie beispielsweise einer Rußkonzentration, in einem das Sensorelement 10 umgebenden Gasgemisch. Das Sensorelement 10 umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten 11a, 11b und 11c. Die Festelektrolytschichten 11a und 11c werden dabei als keramische Folien ausgeführt und bilden einen planaren keramischen Körper. Sie bestehen aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytmaterial, wie beispielsweise mit Y2O3 oder mit Ce oder mit Sc stabilisiertem oder teilstabilisiertem ZrO2.
Die Festelektrolytschicht 11b wird dagegen mittels Siebdruck eines pastösen keramischen Materials beispielsweise auf der Festelektrolytschicht 11a erzeugt. Als keramische Komponente des pastösen Materials wird dabei bevorzugt dasselbe Festelektrolytmaterial verwendet, aus dem auch die Festelektrolytschichten 11a, 11c bestehen.
Weiterhin weist das Sensorelement 10 beispielsweise eine Vielzahl von elektrisch isolierenden keramischen Schichten 12a, 12b, 12c auf. Diese Schichten werden dabei ebenfalls mittels Siebdruck eines pastösen keramischen Materials beispielsweise auf den Festelektrolytschichten 11a, 11b, 11c erzeugt. Als keramische Komponente des pastösen Materials wird dabei beispielsweise Aluminiumoxid verwendet, da dieses auch bei Temperaturwechselbeanspruchungen über einen langen Zeitraum einen weitgehend konstant hohen elektrischen Widerstand aufweist.
Die integrierte Form des planaren keramischen Körpers des Sensorelements 10 wird durch Zusammenlaminieren der mit der Festelektrolytschicht 11b und mit Funktionsschichten sowie mit den Schichten 12a - 12c bedruckten keramischen Folien und anschließendem Sintern der laminierten Struktur in an sich bekannter Weise hergestellt.
Alternative Schichtfolgen sind möglich und an sich bekannt. Beispielsweise können die Schichten 11a, 11b und 11c zumindest überwiegend aus einem ionisch und/oder elektronisch isolierenden Material bestehen, beispielsweise aus Aluminiumoxid und/oder dergleichen bestehen. In diesem Fall können die isolierenden Schichten 12a, 12b und/oder 12c ganz oder teilweise entfallen.
Das Sensorelement 10 weist weiterhin ein keramisches Heizelement 40 auf, das in Form einer elektrischen Widerstandsleiterbahn ausgeführt ist und der Aufheizung des Sensorelementes 10 insbesondere auf die Temperatur des zu bestimmenden Gasgemischs bzw. zum Abbrand der auf den Großflächen des Sensorelements 10 abgelagerten Rußpartikel dient. Die Widerstandsleiterbahn ist vorzugsweise aus einem Cermet-Material ausgeführt; vorzugsweise als Mischung von Platin oder einem Platinmetall mit keramischen Anteilen, wie beispielsweise Aluminiumoxid. Die Widerstandsleiterbahn ist weiterhin vorzugsweise in Form eines Mäanders ausgebildet und weist an beiden Enden Durchkontaktierungen 42, 44 sowie elektrische Anschlüsse 46, 48 auf. Durch Anlegen einer entsprechenden Heizspannung an die Anschlüsse 46, 48 der Widerstandsleiterbahn kann die Heizleistung des Heizelementes 40 entsprechend reguliert werden.
Die oben beschriebenen Schichten außer der Schicht 12a, die eine Zwischenschicht darstellt, bilden zusammen einen Träger 5 des Sensorelements 10. Auf einer Großfläche der Zwischenschicht 12a sind zwei ineinander verschlungene Widerstandsleiterbahnen 14, 16 ausgebildet. Die Verwendung von Widerstandsleiterbahnen 14, 16 ermöglicht vorteilhafterweise eine genaue Bestimmung des elektrischen Widerstandes bzw. der elektrischen Leitfähigkeit des sich zwischen den Messelektroden 14, 16 befindenden Oberflächenmaterials und zusätzlich auch eine genaue und separate Bestimmung des elektrischen Widerstandes bzw. der elektrischen Leitfähigkeit beider Widerstandsleiterbahnen 14, 16. Zur Kontaktierung der Widerstandsleiterbahnen 14, 16 sind im Bereich eines dem Gasgemisch abgewandten Endes des Sensorelements zwei Paare von Kontaktflächen 18, 20 vorgesehen. Die Widerstandsleiterbahnen haben beispielsweise einen elektrischen Widerstand von 100 Ohm bei 0°C.
Auf den Widerstandsleiterbahnen 14, 16 ist eine Abdeckchicht 13 vorgesehen, die die nach oben weisenden Oberflächen der Widerstandsleiterbahnen 14, 16 in ihrem ineinander verschlungenen Bereich gegenüber einem direkten Kontakt mit dem zu bestimmenden Gasgemisch abschirmt. Die Deckschicht ist so angeordnet, dass die Widerstandsleiterbahnen 14, 16 sich nur im Bereich ihrer seitlichen Kanten frei gegenüber liegen. Die Abdeckschicht 13 kann beispielsweise im Hauptbestandteil aus Aluminiumoxid bestehen.
Es ist vorgesehen, dass die Widerstandsleiterbahnen 14, 16 Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweisen, beispielsweise mit einem auf das Gewicht bezogenen Anteil von 150ppm.
Optional können auch die Abdeckschicht 13, die Zwischenschicht 12a und der Träger 5 Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweisen, beispielsweise mit einem auf das Gewicht bezogenen Anteil von 150ppm.
In einem ersten Ausführbeispiel (2) wird ein erfindungsgemäßes Sensorelement 10 mittels folgender Verfahrensschritte hergestellt:

- Bereitstellen 101 eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist;
- Aufbringen 103 zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf einer Oberfläche des Vorträgers, beispielsweise mittels Siebdruck;
- Sintern 105 des Vorträgers zu dem keramischen Träger 5, wobei die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn 14, 16 übergeht;
- Trennen 106 der Widerstandsleiterbahn 14, 16 nach dem Sintern 105 mittels Laserstrahlung in zwei in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende Widerstandsleiterbahnen 14, 16;
- Inkontaktbringen 107 der Widerstandsleiterbahn 14, 16 mit einem Stoff, der Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist, beispielsweise mit einem auf das Gewicht bezogenen Anteil von 0,3%;
- Wärmebehandlung 108 des Sensorelements 10 bei mindestens 500°C, beispielsweise durch externe Beheizung in einem Ofen oder durch Eigenbeheizung.

In einem zweiten Ausführbeispiel (3) wird ein erfindungsgemäßes Sensorelement 10 mittels folgender Verfahrensschritte hergestellt:

- Bereitstellen 101 eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist;
- Aufbringen 103 zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf einer Oberfläche des Vorträgers, beispielsweise mittels Siebdruck, wobei das Material ferner Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist, beispielsweise mit einem auf das Gewicht bezogenen Anteil von 150ppm;
- Sintern 105 des Vorträgers zu dem keramischen Träger 5, wobei die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn 14, 16 übergeht;
- Trennen 106 der Widerstandsleiterbahn 14, 16 nach dem Sintern 105 mittels Laserstrahlung in zwei in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende Widerstandsleiterbahnen 14, 16.

In einem dritten Ausführbeispiel (4) wird ein erfindungsgemäßes Sensorelement 10 mittels folgender Verfahrensschritte hergestellt:

- Bereitstellen 101 eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist;
- Aufbringen 102 zumindest einer Vorzwischenschicht auf den Vorträger, wobei die Vorzwischenschicht aus einem Material besteht, das Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist, beispielsweise mit einem auf das Gewicht bezogenen Anteil von 150ppm;
- Aufbringen 103 zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf der Vorzwischenschicht;
- Sintern 105 des Vorträgers zu dem keramischen Trägers 5, wobei die mindestens eine Vorzwischenschicht in mindestens eine Zwischenschicht 12a übergeht und die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn 14, 16 übergeht;
- Trennen 106 der Widerstandsleiterbahn 14, 16 nach dem Sintern 105 mittels Laserstrahlung in zwei in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende Widerstandsleiterbahnen 14, 16.

In einem vierten Ausführbeispiel (5) wird ein erfindungsgemäßes Sensorelement mittels folgender Verfahrensschritte hergestellt:

- Bereitstellen 101 eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist;
- Aufbringen 103 zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf den Vorträger;
- Aufbringen 104 zumindest einer Vorabdeckschicht auf die Vorwiderstandsleiterbahn, wobei die Vorabdeckschicht aus einem Material besteht, das Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist, beispielsweise mit einem auf das Gewicht bezogenen Anteil von 150ppm;
- Sintern 105 des Vorträgers zu dem keramischen Trägers 5, wobei die mindestens eine Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn 14, 16 übergeht und die mindestens eine Vorabdeckschicht in mindestens eine Abdeckschicht 13 übergeht;
- Trennen 106 der Widerstandsleiterbahn und der Abdeckschicht 13 mittels Laserstrahlung in zwei in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende abgedeckte Widerstandsleiterbahnen 14, 16, die sich nur im Bereich der Trennkante frei gegenüber liegen.

In einem fünften Ausführbeispiel (6) wird ein erfindungsgemäßes Sensorelement 10 mittels folgender Verfahrensschritte hergestellt:

- Bereitstellen 101 eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist und ferner Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist, beispielsweise mit einem auf das Gewicht bezogenen Anteil von 150ppm;
- Aufbringen 103 zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn 14, 16 aus einem edelmetallhaltigen Material auf dem Vorträger;
- Sintern 105 des Vorträgers zu dem keramischen Träger 5, wobei die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn übergeht;
- Trennen 106 der Widerstandsleiterbahn 14, 16 nach dem Sintern 105 mittels Laserstrahlung in zwei in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende Widerstandsleiterbahnen 14, 16.

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 102005053120 A1 [0001]

Claims

Keramisches Sensorelement für einen Abgassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Abgases, insbesondere für einen Partikelsensor zur Überwachung eines Abgas-Partikelfilters, mit einem keramischen Träger (5) und mit mindestens einer auf dem keramischen Träger (5) angeordneten und zumindest teilweise dem Abgas unmittelbar ausgesetzten Widerstandsleiterbahn (14, 16) zur Bestimmung einer Temperatur des keramischen Sensorelements (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsleiterbahn (14, 16) Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist.
Keramisches Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch der keramische Träger (5) Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist.
Keramisches Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine Zwischenschicht (12a), die zwischen dem keramischen Träger (5) und der Widerstandsleiterbahn (14, 16) angeordnet ist, Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist.
Keramisches Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine Abdeckschicht (13), die auf der von dem Träger (5) abgewandten Seite auf der Widerstandsleiterbahn (14, 16) angeordnet ist, Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist.
Keramisches Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine auf dem keramischen Träger (5) angeordnete und zumindest teilweise dem Abgas unmittelbar ausgesetzte Widerstandsleiterbahn (14, 16) durch zwei parallel in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende Widerstandsleiterbahnen (14, 16) gebildet werden, sodass ein elektrischer Widerstandswert zwischen den Widerstandsleiterbahnen ein Maß für eine auf dem keramischen Sensorelement (10) deponierte Rußmenge darstellt.
Keramisches Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des keramischen Trägers (5) eine weitere Widerstandsleiterbahn (40) zur Beheizung des keramischen Sensorelements (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Sensorelements (10) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, mittels folgender Verfahrensschritte: - Bereitstellen (101) eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist; - Aufbringen (103) zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf einer Oberfläche des Vorträgers, beispielsweise mittels Siebdruck; - Sintern (105) des Vorträgers zu dem keramischen Träger (5), wobei die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn (14, 16) übergeht; - Inkontaktbringen (107) der Widerstandsleiterbahn (14, 16) mit einem Stoff, der Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Inkontaktbringen (107) der Widerstandsleiterbahn (14, 16) mit einem Stoff, der Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist, eine Wärmebehandlung (108) des Sensorelements (10) bei mindestens 500°C, beispielsweise durch externe Beheizung in einem Ofen oder durch Eigenbeheizung, erfolgt und/oder dass das keramische Sensorelement (10) in einem ersten Betrieb einer Temperatur von mindestens 500°C aussetzbar ist und/oder ausgesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Sensorelements (10) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, mittels folgender Verfahrensschritte: - Bereitstellen (101) eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist; - Aufbringen (103) zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf einer Oberfläche des Vorträgers, beispielsweise mittels Siebdruck, wobei das Material ferner Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist; - Sintern (105) des Vorträgers zu dem keramischen Trägers (5), wobei die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn (14, 16) übergeht.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass edelmetallhaltigen Material mindestens 20ppm einer Yttriumverbindung und/oder mindestens 20ppm Titandioxid, und/oder mindestens 100ppm einer Siliziumverbindung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Sensorelements (10) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, mittels folgender Verfahrensschritte: - Bereitstellen (101) eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist, und die ferner Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist; - Aufbringen (103) zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf einer Oberfläche des Vorträgers, beispielsweise mittels Siebdruck, wobei das Material ferner Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist; - Sintern (105) des Vorträgers zu dem keramischen Träger (5), wobei die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn (14, 16) übergeht.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Sensorelements (10) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, mittels folgender Verfahrensschritte: - Bereitstellen (101) eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist; - Aufbringen (102) zumindest einer Vorzwischenschicht auf den Vorträger, wobei die Vorzwischenschicht aus einem Material besteht, das Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist; - Aufbringen (103) zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf der Vorzwischenschicht; - Sintern (105) des Vorträgers zu dem keramischen Träger (5), wobei die mindestens eine Vorzwischenschicht in mindestens eine Zwischenschicht (12a) übergeht und die Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn (14, 16) übergeht.
Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsleiterbahn (14, 16) nach dem Sintern (105) mittels Laserstrahlung in zwei in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende Widerstandsleiterbahnen getrennt (106) wird, insbesondere mittels gepulster Laserstrahlung.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Sensorelements (10) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, mittels folgender Verfahrensschritte: - Bereitstellen (101) eines Vorträgers aus einer ungesinterten Keramik, die beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufweist. - Aufbringen (103) zumindest einer Vorwiderstandsleiterbahn aus einem edelmetallhaltigen Material auf den Vorträger - Aufbringen (104) zumindest einer Vorabdeckschicht auf die Vorwiderstandsleiterbahn, wobei die Vorabdeckschicht aus einem Material besteht, das Yttrium, Silizium und/oder Titan und/oder eine Yttriumverbindung, eine Siliziumverbindung und/oder eine Titanverbindung, insbesondere Titandioxid, aufweist. - Sintern (105) des Vorträgers zu dem keramischen Träger (5), wobei die mindestens eine Vorwiderstandsleiterbahn in die mindestens eine Widerstandsleiterbahn (14, 16) übergeht und die mindestens eine Vorabdeckschicht in mindestens eine Abdeckschicht (13) übergeht.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsleiterbahn (14, 16) und die Abdeckschicht (13) nach dem Sintern (105) mittels Laserstrahlung in zwei in einem Abstand von 20µm - 100µm in Schlaufen parallel zueinander verlaufende abgedeckte Widerstandsleiterbahnen (14, 16) getrennt wird, die sich nur im Bereich der Trennkante frei gegenüber liegen, insbesondere mittels gepulster Laserstrahlung.