DE19757752A1 - Sintered ceramic-embedded refractory metal heating element - Google Patents

Sintered ceramic-embedded refractory metal heating element

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DE19757752A1
DE19757752A1 DE1997157752 DE19757752A DE19757752A1 DE 19757752 A1 DE19757752 A1 DE 19757752A1 DE 1997157752 DE1997157752 DE 1997157752 DE 19757752 A DE19757752 A DE 19757752A DE 19757752 A1 DE19757752 A1 DE 19757752A1
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Germany
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heating element
heater
ceramic
embedded
sintered body
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Arihito Tanaka
Chihiro Sakurai
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Bosch Corp
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JIDOSHA KIKI CO Ltd TOKIO/TOKYO JP
Jidosha Kiki Co Ltd
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    • H05B2203/027Heaters specially adapted for glow plug igniters

Abstract

A novel ceramic heating device consists of a heating element (11) which is formed of a refractory (melting point >= 2000 deg C) metal-containing material and an inorganic conductive material and which is embedded in a sintered body (14) of insulating ceramic containing silicon nitride, silicon carbide and 0.01-10 vol.% of one or more group IIIa, IVa and Va element nitrides. Preferably, a pair of refractory metal leads (12, 13) is connected to the element (11) and is embedded in the sintered body (14). Also claimed is production of the above ceramic heating device by embedding the heating element (11), connected to a pair of leads (12, 13), in a powder of the insulating ceramic material and then sintering, preferably at >1750 deg C.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine keramische Heizvorrichtung, die aus einem Hochtemperaturheizungs-Sinterkörper gebildet wird, der in einer Glühkerze und dergleichen zur Zündung verschiedener Heizer und Brenner und zum Hilfs-Anlassen eines Diesel-Motors verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.The present invention relates to a ceramic heater comprising a high temperature heating sintered body is formed in a glow plug and the like for the ignition of various heaters and burners and for Auxiliary starting of a diesel engine is used and a manufacturing process the same.

Eine Glühkerze wird beispielsweise als Hilfs-Heizquelle (Vorheizquelle) beim Starten eines Diesel-Motors verwendet. Eine herkömmlicherweise bekannte Glühkerze die­ ses Typs hat im allgemeinen eine Struktur, in der eine Metall-Heizvorrichtung aus Ni-Cr (Nickel-Chrom), Fe-Cr (Eisen-Chrom) oder dergleichen in einem hitzebestän­ digen isolierenden Pulver wie MgO (Magnesia) eingebettet ist, und die in das hitze­ beständige isolierende Pulver eingebettete Metall-Heizvorrichtung mit einem hitze­ beständigen Metall-Mantel bedeckt ist.A glow plug is used, for example, as an auxiliary heating source (preheating source) when starting of a diesel engine. A conventionally known glow plug This type generally has a structure in which a metal heater is made Ni-Cr (nickel-chrome), Fe-Cr (iron-chrome) or the like in a heat resistant insulating powder such as MgO (magnesia) is embedded in the heat resistant insulating powder embedded metal heater with a heat resistant metal sheath is covered.

In einer Glühkerze dieses Typs muß die Anstiegszeit bis zum Erreichen von 800°C verkürzt werden, die Spitzen- und Sättigungstemperaturen müssen höher gesetzt werden und die Nachglühzeit muß verlängert werden, um heutigen Abgas-Bestimmungen zu entsprechen. Um diese Bedingungen zu erreichen, muß im Heiz- Teil des Heizelements ein hochschmelzendes Metall verwendet werden. Der Man­ tel-Teil wird nicht aus einem Metall, sondern aus einer bei einer hohen Temperatur verwendbaren Keramik hergestellt.In a glow plug of this type, the rise time must reach 800 ° C be shortened, the peak and saturation temperatures must be set higher and the afterglow time must be extended to today's To comply with exhaust gas regulations. To achieve these conditions, the heating  Part of the heating element a high-melting metal can be used. The man The tel part is not made from a metal, but from one at a high temperature usable ceramics.

Beispielsweise offenbart die japanische Patentoffenlegung Nr. 55-126989 als kera­ mische Heizvorrichtung, die in der oben erwähnten Glühkerze verwendet wird, die Struktur, in der ein hochschmelzendes Metall wie W (Wolfram) in einer isolierenden Siliciumnitrid-Keramik, die ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Hitze­ schockbeständigkeit aufweist, eingebettet ist.For example, Japanese Patent Laid-Open No. 55-126989 discloses kera mix heater used in the above-mentioned glow plug, the Structure in which a high-melting metal such as W (tungsten) in an insulating Silicon nitride ceramic, the excellent oxidation resistance and heat has shock resistance, is embedded.

In dieser keramischen Heizvorrichtung finden jedoch während des Sinterns Rißbil­ dung, Ablösen und dergleichen statt oder der Widerstand des Heiz-Teils wird insta­ bil, da zwischen dem Metall und der isolierenden Keramik (insbesondere auf der Metallseite) eine Reaktionsschicht wie eine Wolframsilicid-Schicht gebildet wird. Wegen der oben beschriebenen Herstellungsprobleme kann die Temperatur beim Sintern der Keramik nicht so stark erhöht werden, und die Keramik wird unter Ver­ wendung eines Heißpressens gesintert.However, cracking occurs in this ceramic heater during sintering tion, peeling and the like takes place or the resistance of the heating part becomes insta bil, since between the metal and the insulating ceramic (especially on the Metal side) a reaction layer is formed like a tungsten silicide layer. Because of the manufacturing problems described above, the temperature at Sintering of the ceramics can not be increased so much, and the ceramics is under Ver sintered using a hot press.

Selbst beim Heißpreß-Sintern beträgt die maximale Sintertemperatur höchstens 1.750°C. Wenn die Keramik bei einer höheren Temperatur gesintert wird, wird die Bildung einer Reaktionsschicht wie einer Wolframsilicid-Schicht zwischen dem Me­ tall und der isolierenden Keramik bestätigt.Even in hot press sintering, the maximum sintering temperature is at most 1,750 ° C. If the ceramic is sintered at a higher temperature, the Form a reaction layer such as a tungsten silicide layer between the Me tall and the insulating ceramic confirmed.

Es ist schwierig, Keramiken auf Siliciumnitrid-Basis bei 1.750°C oder weniger zu sintern, außer wenn die Menge an Sinterhilfsmitteln erhöht wird oder niedrigschmel­ zende Sinterhilfsmittel ausgewählt werden. Wenn die Menge an Sinterhilfsmitteln erhöht wird oder der niedrigschmelzende Hilfsstoff ausgewählt wird, verschlechtern sich jedoch die Hochtemperatureigenschaften der Keramiken auf Siliciumnitrid-Basis. Ferner kann eine Keramik auf Siliciumnitrid-Basis bei 1.750°C oder weniger nicht vollkommen gesintert werden.It is difficult to get silicon nitride based ceramics at 1,750 ° C or less sintering unless the amount of sintering aid is increased or low melting sintering aids can be selected. If the amount of sintering aids is increased or the low-melting auxiliary is selected, deteriorate however, the high temperature properties of the silicon nitride-based ceramics. Furthermore, a silicon nitride-based ceramic can be used at 1,750 ° C or less not be completely sintered.

Um die Bildung einer Reaktionsschicht wie der obigen Wolframsilicid-Schicht zu verhindern, offenbart die japanische Patentoffenlegung Nr. 61-179084 die Struktur, in der die Oberfläche eines Widerstands-Heizelements aus W (Wolfram) oder Mo (Molybdän) mit einer oxidfreien Keramik bedeckt ist. To form a reaction layer such as the above tungsten silicide layer prevent, Japanese Patent Laid-Open No. 61-179084 discloses the structure in which the surface of a resistance heating element made of W (tungsten) or Mo (Molybdenum) is covered with an oxide-free ceramic.  

Diese Struktur erfordert jedoch einen zusätzlichen Schritt des Bedeckens der Ober­ fläche des Widerstands-Heizelements mit der oxidfreien Keramik, was zu hohen Herstellungskosten führt. Außerdem ist es schwierig zu erreichen, daß die Oberflä­ che des spiralförmigen W einheitlich mit einem oxidfreien Keramik bedeckt ist.However, this structure requires an additional step of covering the upper area of the resistance heating element with the oxide-free ceramic, resulting in high Manufacturing costs leads. It is also difficult to achieve that the surface surface of the spiral W is uniformly covered with an oxide-free ceramic.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die keramische Heizvorrichtung, bei der eine Reaktionsschicht auf einem hochschmelzenden Metall verhindert werden kann und der Widerstand eines hochschmelzenden Metalls stabil gehalten wird, und ein Verfahren zur Herstellung derselben zu liefern.It is an object of the present invention to provide the ceramic heater in which a reaction layer on a high-melting metal can be prevented and the resistance of a refractory metal is kept stable, and a To provide methods of making the same.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine keramische Heizvorrich­ tung, die leicht bei geringen Kosten hergestellt werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung derselben zu liefern.It is another object of the present invention to provide a ceramic heater device that can be easily manufactured at low cost, and a method for Manufacture to deliver same.

Um die obigen Ziele zu erreichen, wird gemäß der Erfindung eine keramische Heiz­ vorrichtung geliefert, die ein Heizelement, das aus einem Material, das ein hoch­ schmelzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.000°C oder mehr enthält, und einem Material, das einen anorganischen Leiter einschließt, gebildet wird, und einen gesinterten Körper aus einer isolierenden Keramik, die eines von Siliciumnitrid- und Siliciumcarbid-Materialien enthält, wobei das Heizelement in dem gesinterten Körper eingebettet ist, umfaßt, wobei die isolierende Keramik wenigstens eine Art von Nitri­ den der Gruppen IIIA, IVA und VA in einem Periodensystem der Elemente in einem Verhältnis von 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-% enthält.In order to achieve the above objects, according to the invention, a ceramic heater Device supplied with a heating element made of a material that is high contains melting metal with a melting point of 2,000 ° C or more, and a material including an inorganic conductor is formed, and one sintered body made of an insulating ceramic, one of silicon nitride and Contains silicon carbide materials, with the heating element in the sintered body is embedded, the insulating ceramic comprising at least one type of nitride that of groups IIIA, IVA and VA in a periodic table of the elements in one Ratio of 0.01 vol .-% to 10 vol .-% contains.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine keramische Heizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 1 is a sectional view showing a ceramic heater according to an embodiment of the present invention;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Struktur der keramischen Heizvor­ richtung in Fig. 1 zeigt; Fig. 2 is a sectional view showing another structure of the ceramic Heizvor direction in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Explosionsansicht, die noch eine weitere Struktur der keramischen Heizvorrichtung in Fig. 1 zeigt; FIG. 3 is an exploded view showing yet another structure of the ceramic heater in FIG. 1;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die noch eine weitere Struktur der keramischen Heiz­ vorrichtung in Fig. 1 zeigt; und Fig. 4 is a sectional view showing still another structure of the ceramic heater in Fig. 1; and

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die noch eine weitere Struktur der keramischen Heiz­ vorrichtung in Fig. 1 zeigt. Fig. 5 is a sectional view showing still another structure of the ceramic heater in Fig. 1.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformDescription of the preferred embodiment

Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführ­ lich beschrieben.The present invention will be carried out with reference to the accompanying drawings Lich described.

Fig. 1 zeigt eine keramische Heizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung. In Fig. 1 besteht eine keramische Heizvorrichtung 10 aus ei­ nem Heizelement 11 aus einem hochschmelzenden Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.000°C oder mehr, Leitungen 12 und 13, die mit den beiden Enden des Heiz­ elements 11 verbunden sind und aus einem hochschmelzenden Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.000°C oder mehr hergestellt sind, und einem gesinterten Kör­ per 14 aus einer isolierenden Keramik auf Siliciumnitrid- oder Siliciumcarbid-Basis. Das Heizelement 11 und die Leitungen 12 und 13 sind in dem gesinterten Körper 14 aus der isolierenden Keramik eingebettet. Die in Fig. 1 gezeigte Struktur ist eine ke­ ramische Heizvorrichtung in einer Glühkerze, die beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegung Nr. 61-115857 offenbart ist, und eine ausführliche Beschreibung davon wird weggelassen. Fig. 1 shows a ceramic heater according to an embodiment of the prior invention. In Fig. 1, there is a ceramic heater 10 from egg NEM heating element 11 made of a high-melting metal with a melting point of 2,000 ° C or more, lines 12 and 13 which are connected to the two ends of the heating elements 11 and made of a high-melting metal a melting point of 2,000 ° C or more, and a sintered body by 14 made of an insulating ceramic based on silicon nitride or silicon carbide. The heating element 11 and the lines 12 and 13 are embedded in the sintered body 14 made of the insulating ceramic. The structure shown in FIG. 1 is a ceramic heater in a glow plug disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-115857, and a detailed description thereof is omitted.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, ein hochschmel­ zendes Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.000°C oder mehr als das Heizele­ ment 11 und die Leitungen 12 und 13 verwendet, und das Heizelement 11 und die Leitungen 12 und 13 sind in dem gesinterten Körper 14 aus einer isolierenden Ke­ ramik auf Siliciumnitrid- oder Siliciumcarbid-Basis eingebettet, wodurch die kerami­ sche Heizvorrichtung 10 hergestellt wird. Bei der Herstellung ist wenigstens eine Art von Nitriden der Gruppen IIIA, IVA und VA des Periodensystems der Elemente in einem isolierenden Keramikpulver auf Siliciumnitrid- oder Siliciumcarbid-Basis in einem Anteil von 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-% enthalten, und wird bei einer Temperatur höher als beispielsweise 1.750°C gesintert. Unter diesen Sinterbedingungen kann eine Reaktionsschicht auf dem hochschmelzenden Metall bis auf eine Querschnitts­ dicke von 20 µm oder weniger (0 bis 20 µm) reduziert werden. Die Reaktionsschicht ist erwünschtermaßen 0 µm, d. h. wird nicht gebildet. Jedoch wirft die Reaktions­ schicht mit einer Dicke von 20 µm oder weniger keinerlei Probleme in der prakti­ schen Verwendung auf.According to the present invention, a hochschmel shielded tungsten halogen metal as described above, having a melting point of 2,000 ° C or more element than the Heizele 11 and the lines 12 and 13 are used, and the heating element 11 and the lines 12 and 13 are in the sintered Body 14 made of an insulating ceramics based on silicon nitride or silicon carbide embedded, whereby the ceramic heater 10 is produced. During production, at least one type of nitride from groups IIIA, IVA and VA of the periodic table of the elements is contained in an insulating ceramic powder based on silicon nitride or silicon carbide in a proportion of 0.01% by volume to 10% by volume, and is sintered at a temperature higher than, for example, 1,750 ° C. Under these sintering conditions, a reaction layer on the high-melting metal can be reduced to a cross-sectional thickness of 20 μm or less (0 to 20 μm). The reaction layer is desirably 0 µm, ie it is not formed. However, the reaction layer with a thickness of 20 µm or less does not pose any problems in practical use.

Dieser Punkt wird unten ausführlicher erläutert. Das heißt, das Metall, das das Hei­ zelement 11 und die Leitungen 12 und 13 bildet, muß ein hochschmelzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.000°C oder mehr und vorzugsweise 2.200°C oder mehr sein, um das Heizelement 11 dazu zu veranlassen, während des Erhitzens durch die Heizvorrichtung Hitze von 1.400°C oder mehr zu erzeugen, und um die Sintertemperatur höher als 1.750°C zu setzen. Beispiele dieses hochschmelzenden Metalls sind W, Mo, Nb (Niob), Hf (Hafnium) und Ir (Iridium). Der Schmelzpunkt von W beträgt 3.400°C, und der von Mo beträgt 2.617°C.This point is explained in more detail below. That is, the metal constituting the heating element 11 and the leads 12 and 13 must be a refractory metal having a melting point of 2,000 ° C or more, and preferably 2,200 ° C or more, in order to cause the heating element 11 to while of heating by the heater to generate heat of 1,400 ° C or more, and to set the sintering temperature higher than 1,750 ° C. Examples of this refractory metal are W, Mo, Nb (niobium), Hf (hafnium) and Ir (iridium). The melting point of W is 3,400 ° C and that of Mo is 2,617 ° C.

Der gesinterte Körper auf Siliciumnitrid-Basis wird in diesem Fall aus einer isolieren­ den Keramik hergestellt, die Siliciumnitrid (Si3N4) als Hauptkomponente enthält, d. h. einer Keramik auf Siliciumnitrid-Basis, die sogenannte Sinterhilfsmittel enthält. Silici­ umnitrid enthält eine unvermeidliche Verunreinigung wie Sauerstoff, die im Herstel­ lungsprozeß oder dergleichen beigemischt wurde. Vorzugsweise verwendetes Sili­ ciumnitrid weist unter dem Gesichtspunkt von Sintereigenschaften, Migration und dergleichen eine hohe Reinheit auf. Bekannte Sinterhilfsmittel-Systeme die durch ein Yttriumoxid-Aluminiumoxid-System, ein Yttriumoxid-System oder ein Ytterbiu­ moxid-System repräsentiert werden, können verwendet werden. Bezüglich der Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit und der Hochtemperaturfestigkeit werden vorzugsweise Sinterhilfsmittel auf Yttriumoxid- oder Ytterbiumoxid-Basis verwendet.In this case, the sintered body based on silicon nitride is produced from an insulating ceramic which contains silicon nitride (Si 3 N 4 ) as the main component, ie a ceramic based on silicon nitride which contains so-called sintering aids. Silicon nitride contains an inevitable impurity such as oxygen, which has been mixed in the manufacturing process or the like. Preferably used silicon nitride has a high purity from the viewpoint of sintering properties, migration and the like. Known sintering aid systems which are represented by an yttrium oxide-aluminum oxide system, an yttrium oxide system or an ytterium oxide system can be used. With regard to the high-temperature oxidation resistance and the high-temperature strength, sintering aids based on yttrium oxide or ytterbium oxide are preferably used.

Siliciumnitrid zersetzt sich (sublimiert) bei etwa 2.000°C. Die oben erwähnte Sin­ tertemperatur beträgt 1.750°C oder mehr, welche niedriger sein muß als die Subli­ mationstemperatur. Selbstverständlich muß die Sintertemperatur niedriger sein als die Schmelztemperatur eines verwendeten Metalls.Silicon nitride decomposes (sublimed) at around 2,000 ° C. The Sin mentioned above The temperature is 1,750 ° C or more, which must be lower than the Subli mation temperature. Of course, the sintering temperature must be lower than the melting temperature of a metal used.

Der gesinterte Körper auf Siliciumcarbid-Basis wird in diesem Fall aus einer isolie­ renden Keramik hergestellt, die Siliciumcarbid (SiC) als Hauptkomponente enthält, d. h. eine Keramik auf Siliciumcarbid-Basis, die sogenannte Sinterhilfsmittel enthält. Vorzugsweise verwendetes Siliciumcarbid weist unter dem Gesichtspunkt von Sin­ tereigenschaften, Migration und dergleichen eine hohe Reinheit auf. Bekannte Sin­ terhilfsmittel-Systeme, die durch ein Aluminiumoxid-System oder ein Bor-Kohlen­ stoff-System repräsentiert werden, können verwendet werden.In this case, the sintered body based on silicon carbide is isolated from an isolie ceramics that contain silicon carbide (SiC) as the main component, d. H. a ceramic based on silicon carbide, which contains so-called sintering aids. Silicon carbide preferably used has from the point of view of Sin  tere properties, migration and the like a high purity. Known Sin Auxiliary systems by an alumina system or a boron carbon system can be used.

Von Siliciumcarbid ist bekannt, daß es sich bei etwa 2.400°C zersetzt (sublimiert). Die Sintertemperatur wird vorzugsweise niedriger eingestellt als die Zersetzungs­ temperatur, z. B. auf etwa 2.100 bis 2.200°C. Ebenfalls muß gleichzeitig die Sinter­ temperatur niedriger sein als der Schmelzpunkt des Metalls.Silicon carbide is known to decompose (sublime) at about 2,400 ° C. The sintering temperature is preferably set lower than the decomposition temperature, e.g. B. to about 2,100 to 2,200 ° C. The sinter must also be carried out at the same time temperature should be lower than the melting point of the metal.

Der jetzige Anmelder stellte fest, daß, selbst wenn eine Keramik bei einer Tempe­ ratur von mehr als 1.750°C gesintert wurde, durch Enthaltensein eines Nitrids der Gruppe IIIA, IVA oder VA im Periodensystem der Elemente in einer isolierenden Keramik auf Siliciumnitrid- oder Siliciumcarbid-Basis in einem Anteil von 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-% eine Reaktionsschicht auf einem hochschmelzenden Metall auf eine Querschnittsdicke von 20 µm oder weniger reduziert werden kann. Die vorliegende Erfindung nutzt dies, um die keramische Heizvorrichtung 10 herzustellen, bei der das hochschmelzende Metall in der isolierenden Keramik eingebettet ist.The present applicant found that even when a ceramic was sintered at a temperature greater than 1750 ° C, by including a Group IIIA, IVA or VA nitride in the periodic table of the elements in an insulating ceramic on silicon nitride or silicon carbide Based on a proportion of 0.01 vol.% To 10 vol.%, A reaction layer on a high-melting metal can be reduced to a cross-sectional thickness of 20 μm or less. The present invention uses this to manufacture the ceramic heater 10 in which the refractory metal is embedded in the insulating ceramic.

Man ist der Auffassung,daß der oben beschriebene Vorteil erhalten wird, weil das Nitrid der Gruppe IIIA, IVA oder VA Zersetzung (Sublimation) von Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid verhindert und Reaktion mit dem hochschmelzenden Metall, d. h. Sili­ cifizierung, verhindert.It is believed that the advantage described above is obtained because the Group IIIA, IVA or VA nitride decomposition (sublimation) of silicon nitride or Prevents silicon carbide and reacts with the refractory metal, i. H. Sili cification, prevented.

Beispiele für die Nitride der Gruppen IIIA, IVA und VA sind NdN, YN, TiN, ZrN, NbN und TaN. Eine oder mehrere Arten von Nitriden können aus diesen Beispielen be­ liebig ausgewählt werden. Laut Experiment konnte TaN die dünnste Reaktions­ schicht auf einem hochschmelzenden Metall bilden.Examples of the group IIIA, IVA and VA nitrides are NdN, YN, TiN, ZrN, NbN and TaN. One or more types of nitrides can be obtained from these examples be chosen as you like. According to the experiment, TaN was able to have the thinnest reaction form a layer on a high-melting metal.

Wenn der Gehalt des Nitrids der Gruppe IIIA, IVA oder VA niedriger ist als 0,01 Vol.­ %, wird die Reaktionsschicht dicker als 20 µm. Resultate verschiedener Experi­ mente zeigten, daß, wenn die Reaktionsschicht dicker als 20 µm wird, in dem aus der isolierenden Keramik hergestellten gesinterten Körper Mikrorisse auftreten. Wenn dieser gesinterte Körper als keramische Heizvorrichtung verwendet wird, wird die Haltbarkeit sehr gering.If the Group IIIA, IVA or VA nitride content is less than 0.01 vol. %, the reaction layer becomes thicker than 20 µm. Results of various experiments elements showed that when the reaction layer becomes thicker than 20 µm, in the The sintered body produced from the insulating ceramic shows microcracks. When this sintered body is used as a ceramic heater the durability is very low.

Wenn der Gehalt des Nitrids höher als 10 Vol.-% oder mehr ist, nimmt die Oxidati­ onsbeständigkeit des gesinterten Körpers selbst ab. Wenn dieser gesinterte Körper als keramische Heizvorrichtung verwendet wird, wird die Haltbarkeit gering. Bezüg­ lich der Oxidationsbeständigkeit wurde 144 Stunden lang ein Oxidationsversuch in der Atmosphäre bei 1.400°C durchgeführt, wobei gefunden wurde, daß die Eigen­ schaften der keramischen Heizvorrichtung unvorteilhaft waren, wenn die Gewichts­ zunahme durch Oxidation größer als 1,5 mg/cm2 war.If the content of the nitride is more than 10% by volume or more, the oxidation resistance of the sintered body itself decreases. When this sintered body is used as a ceramic heater, the durability becomes poor. Regarding the oxidation resistance, an oxidation test was carried out in the atmosphere at 1400 ° C for 144 hours, and it was found that the properties of the ceramic heater were disadvantageous when the weight gain by oxidation was larger than 1.5 mg / cm 2 .

Diesen Ergebnisse zufolge muß der Gehalt 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-% betragen. Unter Berücksichtigung der Oxidationsbeständigkeit und der Hochtemperaturfestig­ keit beträgt der Gehalt vorzugsweise etwa 1 Vol.-%.According to these results, the content must be 0.01 vol% to 10 vol%. Taking into account the oxidation resistance and the high temperature resistance The content is preferably about 1% by volume.

Genauer, wenn das Nitrid der Gruppe IIIA, IVA oder VA im Periodensystem der Elemente in der isolierenden Keramik auf Siliciumnitrid- oder Siliciumcarbid-Basis in einem Anteil von 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-% enthalten ist, kann die Reaktionsschicht auf dem hochschmelzenden Metall auf 20 µm oder weniger Querschnittsdicke redu­ ziert werden. Dementsprechend wird der Widerstand des Heizelements 11 und der Leitungen 12 und 13 aus dem hochschmelzenden Metall stabilisiert, und der gesin­ terte Körper 14 bricht nicht, was zu einer langen Betriebsdauer der keramischen Heizvorrichtung 10 führt. Dies kann so aufgefaßt werden, daß das Nitrid der Gruppe IIIA, IVA oder VA Zersetzung von Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid verhindert und Reaktion mit dem hochschmelzenden Metall, d. h. Silicifizierung, verhindert.More specifically, when the group IIIA, IVA or VA nitride is contained in the periodic table of the elements in the insulating ceramic based on silicon nitride or silicon carbide in a proportion of 0.01% by volume to 10% by volume, the reaction layer can be reduced to 20 µm or less cross-sectional thickness on the refractory metal. Accordingly, the resistance of the heating element 11 and the lines 12 and 13 made of the refractory metal is stabilized, and the sintered body 14 does not break, resulting in a long service life of the ceramic heater 10 . This can be understood to mean that the Group IIIA, IVA or VA nitride prevents decomposition of silicon nitride or silicon carbide and prevents reaction with the refractory metal, ie silicification.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können, da die Keramik bei einer Temperatur höher als 1.750°C gesintert werden kann, Sinterhilfsmittel auf Yttrium- und Ytterbi­ um-Basis, die bei etwa 1.700°C schwer zu sintern sind, in dem gesinterten Körper auf Siliciumnitrid-Basis verwendet werden. Deshalb kann die keramische Heizvor­ richtung 10, die ausgezeichnete Hochtemperatureigenschaften und Oxidationsbe­ ständigkeit aufweist, durch Sintern erhalten werden. In dem gesinterten Körper auf Siliciumcarbid-Basis kann ein hochschmelzendes Metall herkömmlicherweise nicht eingebettet und gesintert werden. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch, da Reaktion mit dem hochschmelzenden Metall verhindert werden kann, das Silicium­ carbid-Material bei einer hohen Temperatur gesintert werden.According to the present invention, since the ceramic can be sintered at a temperature higher than 1750 ° C, sintering aids based on yttrium and ytterbi um, which are difficult to sinter at about 1700 ° C, can be contained in the sintered body based on silicon nitride be used. Therefore, the ceramic heater 10 , which has excellent high temperature properties and oxidation resistance, can be obtained by sintering. Conventionally, a high-melting metal cannot be embedded and sintered in the silicon carbide-based sintered body. In the present invention, however, since reaction with the refractory metal can be prevented, the silicon carbide material can be sintered at a high temperature.

Die Sintertemperatur der isolierenden Keramik muß eine Temperatur sein, die höher als 1.750°C ist, Zersetzung (Sublimation) von Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid ver­ hindert und niedriger als der Schmelzpunkt des hochschmelzenden Metalls ist. The sintering temperature of the insulating ceramic must be a temperature that is higher than 1,750 ° C, decomposition (sublimation) of silicon nitride or silicon carbide ver prevents and is lower than the melting point of the refractory metal.  

Es ist zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Die Gestalt, Struktur und dergleichen der Glühker­ ze, die nicht vollständig dargelegt ist, und diejenigen von jedem Teil der in der Glüh­ kerze verwendeten keramischen Heizvorrichtung können geeignet modifiziert und verändert werden.It should be noted that the present invention is not limited to that described above Embodiment is limited. The shape, structure and the like of the glow plug ze, which is not fully set out, and those of each part in the glow Ceramic heater used can be suitably modified and to be changed.

Beispielsweise kann die keramische Heizvorrichtung eine herkömmliche Gestalt und Struktur haben, die weithin bekannt ist. Fig. 2 zeigt die keramische Heizvorrichtung 10, bei der ein U-förmiges Heizelement 11' aus einem Material, das ein anorgani­ sches leitendes Material einschließt, in dem distalen Ende eingebettet ist, und die Leitungen 12 und 13 aus hochschmelzendem Metall, die von den beiden Enden des Heizelements 11' ausgehen, in dem gesinterten Körper 14 aus einer isolierenden Keramik eingebettet sind. In diesem Fall kann der gleiche Effekt wie der der kerami­ schen Heizvorrichtung in Fig. 1 erhalten werden, indem die Leitungen 12 und 13 aus einem hochschmelzenden Metall gebildet werden.For example, the ceramic heater may have a conventional shape and structure that is well known. Fig. 2 shows the ceramic heater 10 , in which a U-shaped heating element 11 'made of a material including an inorganic conductive material is embedded in the distal end, and the lines 12 and 13 made of refractory metal, which of the go out at both ends of the heating element 11 ', in which sintered body 14 are embedded from an insulating ceramic. In this case, the same effect as that of the ceramic heater in Fig. 1 can be obtained by forming the leads 12 and 13 from a refractory metal.

Fig. 3 zeigt die keramische Heizvorrichtung einer Glühkerze, die beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 59-230285 offenbart ist. In diesem Fall wird die keramische Heizvorrichtung gebildet, indem das Heizelement 11 und die Leitun­ gen 12 und 13 aus einem hochschmelzenden Metall zwischen geglühten (halb­ gesinterten) Körper 14a und 14b aus einem Keramikpulver "sandwichartig" eingelegt und die ganze Struktur gesintert wird. Selbst in der keramischen Heizvorrichtung 10 mit dieser Struktur kann der gleiche Effekt wie der der keramischen Heizvorrichtung in Fig. 1 erhalten werden. Fig. 3 shows the ceramic heater of a glow plug, which is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 59-230285. In this case, the ceramic heater is formed by sandwiching the heating element 11 and the lines 12 and 13 made of a high-melting metal between annealed (semi-sintered) bodies 14 a and 14 b made of a ceramic powder and sintering the entire structure. Even in the ceramic heater 10 having this structure, the same effect as that of the ceramic heater in Fig. 1 can be obtained.

Fig. 4 zeigt die keramische Heizvorrichtung 10, bei der Kontroll-Heizelemente 15 und 16 zur Kontrolle der Temperatur des Heizelements 11 aus einem hochschmel­ zenden Metall zwischen das Heizelement 11 und die Leitungen 12 und 13 aus ei­ nem hochschmelzenden Metall angeschlossen sind. Die erhaltene Struktur wurde in dem gesinterten Körper 14 aus einer isolierenden Keramik eingebettet. Die kerami­ sche Heizvorrichtung 10 mit dieser Struktur ist beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 58-110919 offenbart. Der gleiche Effekt wie der der kerami­ schen Heizvorrichtung in Fig. 1 kann erhalten werden. Fig. 4 shows the ceramic heater 10 , are connected to the control heating elements 15 and 16 for controlling the temperature of the heating element 11 made of a high-melting metal between the heating element 11 and the lines 12 and 13 made of a high-melting metal. The structure obtained was embedded in the sintered body 14 made of an insulating ceramic. The ceramic heater 10 having this structure is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 58-110919. The same effect as that of the ceramic heater in Fig. 1 can be obtained.

Fig. 5 zeigt die keramische Heizvorrichtung 10 mit der gleichen Struktur wie die in Fig. 4, die beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 4-257615 offen­ bart ist. Die in Fig. 5 gezeigte keramische Heizvorrichtung hat ebenfalls den glei­ chen Effekt wie den der keramischen Heizvorrichtung in Fig. 1. Fig. 5 shows the ceramic heater 10 having the same structure as that in Fig. 4, which is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-257615. The ceramic heater shown in FIG. 5 also has the same effect as that of the ceramic heater in FIG. 1.

Beispiel 1example 1

Tabelle 1 zeigt ein Beispiel, in dem isolierende Keramiken auf Siliciumnitrid-Basis unter Verwendung eines Heißpressens gesintert wurden. Table 1 shows an example in which insulating ceramics based on silicon nitride were sintered using a hot press.  

Tabelle 1Table 1

Tabelle 1 zeigt das Beispiel, bei dem die Typen und Mengen der Sinterhilfsmittel verändert wurden, und wenigstens eine Art von Nitriden der Gruppen IIIA, IVA und VA des Periodensystems der Elemente verwendet wurde. Tabelle 1 zeigt auch die Dicken von Reaktionsschichten auf hochschmelzenden Metallen zu diesem Zeit­ punkt und die Oxidations-Gewichtszunahmen pro Flächeneinheit bei einem 144 h langen Oxidationsversuch in der Luft bei 1.400°C. Die relativen Dichten wurden durch das Archimedes-Verfahren nach Entfernen der eingebetteten hochschmel­ zenden Metalle ermittelt.Table 1 shows the example in which the types and amounts of sintering aids have been modified, and at least one type of group IIIA, IVA and nitrides VA of the Periodic Table of the Elements was used. Table 1 also shows that Thickness of reaction layers on refractory metals at that time point and the oxidation weight increases per unit area at a 144 h long oxidation test in the air at 1,400 ° C. The relative densities were through the Archimedes process after removing the embedded melt metals found.

Beispiel 2Example 2

Tabelle 2 zeigt ein Beispiel, bei dem isolierende Keramiken auf Siliciumcarbid-Basis unter Verwendung eines Heißpressens gesintert wurden. Table 2 shows an example in which insulating ceramics based on silicon carbide were sintered using a hot press.  

Tabelle 2Table 2

In Beispiel 2 wurden die Typen und Mengen an Sinterhilfen verändert, und Nitride der Gruppen IIIA, IVA und VA im Periodensystem der Elemente wurden verwendet. Tabelle 2 zeigt die Dicken der Reaktionsschichten auf hochschmelzenden Metallen zu diesem Zeitpunkt und die Oxidations-Gewichtszunahmen pro Flächeneinheit bei einem 144 h langen Oxidationsversuch in der Atmosphäre bei 1.400°C.In example 2, the types and amounts of sintering aids and nitrides were changed of Groups IIIA, IVA and VA in the Periodic Table of the Elements were used. Table 2 shows the thicknesses of the reaction layers on refractory metals at this time and the oxidation weight increases per unit area a 144 h long oxidation test in the atmosphere at 1400 ° C.

Beispiel 3Example 3

230 g Siliciumnitrid, 20 g Yttriumoxid, 10,5 g TaN und eine Siliciumnitrid-Kugel wur­ den in ein Siliciumnitrid-Gefäß gegeben und unter Verwendung von Aceton 24 h lang gemischt. Eine durch Mischen gebildete Aufschlämmung wurde 24 h lang bei Raumtemperatur getrocknet und in einem Mörser zerkleinert, um ein TaN enthalten­ des Keramikpulver auf Siliciumnitrid-Basis zu erhalten. Unter Verwendung dieses Pulvers wurde durch eine einachsige Presse ein säulenförmiger Roh-Körper herge­ stellt, um eine W-Wendel (Wolfram-Wendel) mit einer Reinheit von 99,95% und ei­ nem Durchmesser von 0,2 mm in der Mitte einzubetten. Gasdruck-Sintern wurde bei 1.650°C bis 1.950°C, einer Schrittweite von 50°C und einem Druck von 0,93 MPa ausgeführt. Tabelle 3 zeigt die Dichten in dem gesinterten Körper, die Dicken der Reaktionsschichten auf der W-Wendel und die Oxidations-Gewichtszunahmen pro Flächeneinheit bei einem 144 h langen Oxidationsversuch in der Atmosphäre bei 1.400°C.230 g silicon nitride, 20 g yttrium oxide, 10.5 g TaN and a silicon nitride ball were placed in a silicon nitride jar and using acetone for 24 h long mixed. A slurry formed by mixing was applied for 24 hours Dried to room temperature and ground in a mortar to contain a TaN of the ceramic powder based on silicon nitride. Using this A columnar raw body was obtained from the powder by a uniaxial press provides a W-coil (tungsten-coil) with a purity of 99.95% and egg Embed a diameter of 0.2 mm in the middle. Gas pressure sintering was used 1,650 ° C to 1,950 ° C, a step size of 50 ° C and a pressure of 0.93 MPa executed. Table 3 shows the densities in the sintered body, the thicknesses of the Reaction layers on the W coil and the oxidation weight increases pro Unit area during a 144 h long oxidation test in the atmosphere 1,400 ° C.

Tabelle 3Table 3

Beispiel 4Example 4

Ähnlich Beispiel 3 wurde ein TaN enthaltendes Keramikpulver auf Siliciumnitrid-Basis hergestellt. Ein W-Draht mit einer Reinheit von 99,95% und einem Durchmes­ ser von 0,2 mm wurde an ein U-förmiges Heizelement (gesinterter Körper), das 33 Vol.-% TiN und den Rest aus Keramik auf Siliciumnitrid-Basis enthielt, verbunden. Die erhaltene Struktur wurde durch eine einachsige Presse in das hergestellte Pul­ ver eingebettet, um drei säulenartige Roh-Körper zu bilden. Danach wurde ein druckloses Sintern bei 1.850°C ausgeführt. Die relativen Dichten betrugen 97,9%, 97,4% beziehungsweise 98,1%.Similar to Example 3, a silicon nitride-based ceramic powder containing TaN became produced. A W wire with a purity of 99.95% and a diameter water of 0.2 mm was attached to a U-shaped heating element (sintered body), the 33 Vol .-% TiN and the rest of ceramic based on silicon nitride, connected. The structure obtained was transferred to the pulp produced by a uniaxial press  embedded to form three columnar raw bodies. After that was a pressureless sintering at 1,850 ° C. The relative densities were 97.9%, 97.4% and 98.1%, respectively.

Ein gesinterter Körper mit einer relativen Dichte von 97,9% durchlief einen 144 h langen Oxidationsversuch in der Atmosphäre bei 1.400°C. Die Oxidations-Gewichtszunahme zu diesem Zeitpunkt betrug 0,7 mg/cm2. Ein gesinterter Körper mit einer relativen Dichte von 97,4% wurde geschnitten, in ein Harz eingebettet und poliert. Die Dicke einer Reaktionsschicht wurde mittels eines Rasterelektronenmi­ kroskops (scanning electron microscope, SEM) mit einem Energiedispersions- Röntgenstrahlanalysator (energy dispersion X-ray analyzer, EDX) beobachtet. An­ hand der Analyse des EDX wurde ein Abschnitt, in dem sowohl W als auch Si vor­ handen waren, als eine Reaktionsschicht definiert. Die Dicke betrug einheitlich 8 µm. Ein gesinterter Körper mit einer relativen Dichte von 98,1% wurde bearbeitet, um einen Leitungs-Abschnitt zu bilden. Ein Metall-Gehäuse wurde an den gesinter­ ten Körper befestigt, um eine Glühkerze herzustellen. Als Merkmale der Glühkerze betrug die Anstiegszeit auf 800°C 3,3 s, und die Sättigungstemperatur betrug 1.430°C.A sintered body with a relative density of 97.9% underwent a 144 h long oxidation test in the atmosphere at 1,400 ° C. The oxidation weight gain at this time was 0.7 mg / cm 2 . A sintered body with a specific gravity of 97.4% was cut, embedded in a resin and polished. The thickness of a reaction layer was observed using a scanning electron microscope (SEM) with an energy dispersion X-ray analyzer (EDX). Based on the analysis of the EDX, a section in which both W and Si were present was defined as a reaction layer. The thickness was a uniform 8 µm. A sintered body with a specific gravity of 98.1% was processed to form a lead section. A metal case was attached to the sintered body to make a glow plug. As characteristics of the glow plug, the rise time to 800 ° C was 3.3 s and the saturation temperature was 1430 ° C.

Beispiel 5Example 5

230 g Siliciumnitrid, 15 g Yttriumoxid, 10 g TaN und eine Siliciumnitrid-Kugel wurden in ein Siliciumnitrid-Gefäß gegeben und unter Verwendung von Isopropylalkohol 24 h lang gemischt. Eine durch Mischen gebildete Aufschlämmung wurde 24 h lang bei Raumtemperatur getrocknet und in einem Mörser zerkleinert, um ein TaN enthalten­ des Keramikpulver auf Siliciumnitrid-Basis herzustellen. Unter Verwendung dieses Pulvers wurde durch eine einachsige Presse ein säulenförmiger Roh-Körper herge­ stellt, um eine W-Wendel mit einer Reinheit von 99,95% und einem Durchmesser von 0,2 mm in der Mitte einzubetten. Die resultierende Struktur wurde bei 1.850°C heißgepreßt.230 g silicon nitride, 15 g yttrium oxide, 10 g TaN and a silicon nitride ball were placed in a silicon nitride jar and using isopropyl alcohol 24 mixed for h. A slurry formed by mixing was applied for 24 hours Dried to room temperature and ground in a mortar to contain a TaN of the ceramic powder based on silicon nitride. Using this A columnar raw body was obtained from the powder by a uniaxial press represents a W coil with a purity of 99.95% and a diameter of 0.2 mm in the middle. The resulting structure was at 1,850 ° C hot pressed.

Die gleiche Bewertung wie in Beispiel 4 wurde durchgeführt. Die Dicke einer Reakti­ onsschicht war 8 µm, und die Oxidations-Gewichtszunahme bei einem 144 h langen Oxidationsversuch in der Atmosphäre bei 1.400°C betrug 0,5 mg/cm2. Unter Ver­ wendung dieses gesinterten Körpers wurde eine Glühkerze hergestellt. Als Merk­ male der Glühkerze betrug die Anstiegszeit auf 800°C 3,0 s, und die Sättigungs­ temperatur betrug 1.450°C.The same evaluation as in Example 4 was carried out. The thickness of a reaction layer was 8 μm, and the oxidation weight gain in a 144 h long oxidation test in the atmosphere at 1400 ° C. was 0.5 mg / cm 2 . A glow plug was manufactured using this sintered body. As a feature of the glow plug, the rise time to 800 ° C was 3.0 s, and the saturation temperature was 1,450 ° C.

Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein hoch­ schmelzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.000°C oder mehr oder Materi­ al, das einen anorganischen Leiter einschließt, als das Material des Heizelements verwendet. Ein hochschmelzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.000°C oder mehr wird als das Leitungsmaterial verwendet. Beim Einbetten des Heizele­ ments und der Leitung in einen gesinterten Körper aus einer isolierenden Keramik auf Siliciumnitrid- oder Siliciumcarbid-Basis ist in dem isolierenden Keramikpulver auf Siliciumnitrid- oder Siliciumcarbid-Basis wenigstens eine Art von Nitriden der Gruppen IIIA, IVA und VA des Periodensystems der Elemente in einem Anteil von 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-% enthalten. Die erhaltene Struktur wird bei einer Tempera­ tur höher als 1.750°C (z. B. etwa 1.800°C für Siliciumnitrid und etwa 2.100°C bis 2.200°C für Siliciumcarbid) gesintert. Als Ergebnis kann eine Reaktionsschicht auf dem hochschmelzendes Metall bis zu einer Dicke von 20 µm oder weniger (0 bis 20 µm) gebildet werden. Aus diesem Grund können die folgenden ausgezeichneten Effekte erreicht werden.As described above, according to the present invention, a becomes high melting metal with a melting point of 2,000 ° C or more or materi al, which includes an inorganic conductor as the material of the heating element used. A high-melting metal with a melting point of 2,000 ° C or more is used as the wiring material. When embedding the heater and the line in a sintered body made of an insulating ceramic silicon nitride or silicon carbide-based is in the insulating ceramic powder based on silicon nitride or silicon carbide at least one type of nitrides Groups IIIA, IVA and VA of the Periodic Table of the Elements in a proportion of Contain 0.01 vol .-% to 10 vol .-%. The structure obtained is at a tempera higher than 1,750 ° C (e.g. about 1,800 ° C for silicon nitride and about 2,100 ° C to 2,200 ° C for silicon carbide) sintered. As a result, a reaction layer can build up the refractory metal to a thickness of 20 µm or less (0 to 20 µm) are formed. Because of this, the following can be excellent Effects are achieved.

Das heißt, Zersetzung von Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid kann beim Sintern einer keramischen Heizvorrichtung verhindert werden, Reaktion mit dem hochschmelzen­ den Metall wie Silicifizierung (Bildung einer Reaktionsschicht wie einer Wolframsili­ cid-Schicht) kann verhindert werden, und die Reaktionsschicht auf dem hoch­ schmelzenden Metall kann auf eine Querschnittsdicke von 20 µm oder weniger re­ duziert werden. Deshalb kann der Widerstand des Heizelements und der Leitung, die jeweils aus dem hochschmelzenden Metall hergestellt sind, stabilisiert werden. Da die isolierende Keramik nicht bricht, kann die Betriebsdauer des Heizelements verlängert sein.That is, decomposition of silicon nitride or silicon carbide can occur during sintering Ceramic heater can be prevented from reacting with the melting the metal like silicification (formation of a reaction layer like a tungsten sili cid layer) can be prevented, and the reaction layer on the high melting metal can re to a cross-sectional thickness of 20 microns or less be reduced. Therefore the resistance of the heating element and the line, which are each made of the high-melting metal, are stabilized. Since the insulating ceramic does not break, the operating time of the heating element can be extended be extended.

Da die keramische Heizvorrichtung bei einer Temperatur von mehr als 1.750°C gesintert werden kann, wie oben beschrieben, kann in dem gesinterten Körper aus beispielsweise einer isolierenden Keramik auf Siliciumnitrid-Basis ein Yttriumoxid-System oder ein Ytterbiumoxid-System als schwer zu sinternde Sinterhilfsmittel ver­ wendet werden. Dementsprechend kann ein aus dem gesinterten Körper gebildetes Heizelement erhalten werden, das hinsichtlich Hochtemperatureigenschaften und Oxidationsbeständigkeit ausgezeichnet ist. In einen gesinterten Körper aus einer isolierenden Keramik auf Siliciumcarbid-Basis kann das hochschmelzende Metall nicht auf herkömmliche Weise eingebettet und bei mehr als 1.750°C gesintert wer­ den. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch, da Reaktion mit dem hoch­ schmelzenden Metall verhindert werden kann, die Keramik auf Siliciumcarbid-Basis bei hoher Temperatur gesintert werden.Because the ceramic heater at a temperature of more than 1,750 ° C can be sintered, as described above, can be made in the sintered body for example, an insulating ceramic based on silicon nitride, an yttrium oxide system or an ytterbium oxide system as a sintering aid which is difficult to sinter  be applied. Accordingly, one formed from the sintered body Heating element can be obtained, the high temperature properties and Resistance to oxidation is excellent. In a sintered body from one insulating ceramic based on silicon carbide can be the high-melting metal not embedded in the conventional way and sintered at more than 1,750 ° C the. According to the present invention, however, since reaction with the high melting metal can be prevented, the ceramic based on silicon carbide be sintered at high temperature.

Insbesondere kann, wie für einen aus einer isolierenden Keramik hergestellten gesinterten keramischen Körper, die Bildung einer Reaktionsschicht wie einer Wolf­ ramsilicid-Schicht an einem eingebetteten Abschnitt eines hochschmelzenden Me­ talls verhindert werden, der Widerstand kann stabil gehalten werden, und die Sin­ tertemperatur kann höher eingestellt werden. Aus diesem Grund können Sinter­ hilfsmittel, die bei 1.700°C nicht auf herkömmliche Weise gesintert werden können, verwendet werden, und die Menge der Sinterhilfsmittel kann verringert werden. Ein Heizelement aus einer Keramik auf Siliciumcarbid-Basis mit einer hohen Sintertem­ peratur kann ebenfalls hergestellt werden. Außerdem kann druckloses Sintern oder Gasdruck-Sintern durchgeführt werden.In particular, as for one made from an insulating ceramic sintered ceramic body, forming a reaction layer like a wolf ramsilicid layer on an embedded portion of a high-melting Me talls can be prevented, the resistance can be kept stable, and the sin temperature can be set higher. Because of this, sinters tools that cannot be sintered in a conventional manner at 1,700 ° C, can be used, and the amount of sintering aids can be reduced. A Heating element made of a ceramic based on silicon carbide with a high sintering temperature temperature can also be produced. In addition, pressureless sintering or Gas pressure sintering can be carried out.

Claims (8)

1. Keramische Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
ein Heizelement (11, 11'), das aus einem Material, das ein hochschmelzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von nicht weniger als 2.000°C enthält, und ei­ nem anorganischen leitfähigen Material gebildet wird; und
einen gesinterten Körper (14) aus einer isolierenden Keramik, die eines von Si­ liciumnitrid- und Siliciumcarbid-Materialien enthält, wobei besagtes Heizele­ ment in besagtem gesintertem Körper eingebettet ist,
wobei die isolierende Keramik wenigstens eine Sorte von Nitriden der Gruppen IIIA, IVA und VA in einem Periodensystem der Elemente in einem Anteil von 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-% enthält.
1. Ceramic heater, characterized in that it comprises:
a heating element ( 11 , 11 ') formed from a material containing a refractory metal having a melting point of not less than 2,000 ° C and an inorganic conductive material; and
a sintered body ( 14 ) made of an insulating ceramic containing one of silicon nitride and silicon carbide materials, said heating element being embedded in said sintered body,
wherein the insulating ceramic contains at least one type of nitrides of groups IIIA, IVA and VA in a periodic table of the elements in a proportion of 0.01 vol.% to 10 vol.%.
2. Heizvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei dem besagte keramische Heizvor­ richtung durch Sintern eines Pulvers der isolierenden Keramik, in der besagtes Heizelement eingebettet ist, bei einer Temperatur höher als 1.750°C gebildet wird.2. A heater according to claim 1, wherein said ceramic heater direction by sintering a powder of the insulating ceramic, in which said Heating element is embedded, formed at a temperature higher than 1,750 ° C becomes. 3. Heizvorrichtung gemäß Anspruch 1, die weiterhin umfaßt:
ein Paar Leitungen (12, 13), die mit zwei Endabschnitten besagten Heizele­ ments verbunden sind und aus einem hochschmelzenden Metall mit einem Schmelzpunkt von nicht weniger als 2.000°C hergestellt sind, und wobei besagtes Heizelement und besagte Leitungen in besagtem gesintertem Körper eingebettet sind.
3. The heater of claim 1, further comprising:
a pair of leads ( 12 , 13 ) connected to two end portions of said heating elements and made of a refractory metal having a melting point of not less than 2,000 ° C, and wherein said heating element and said leads are embedded in said sintered body.
4. Heizvorrichtung gemäß Anspruch 3, die weiterhin umfaßt:
ein Paar Kontroll-Heizelemente (15, 16), die zwischen besagtem Heizelement und Endabschnitten besagter Leitungen angeschlossen sind und aus einem hochschmelzendem Metall mit einem Schmelzpunkt von nicht weniger als 2.000°C hergestellt sind, um eine Temperatur besagten Heizelements zu kontrollieren, und
wobei besagtes Heizelement, besagte Kontroll-Heizelemente und besagte Leitungen in besagtem gesintertem Körper eingebettet sind.
4. The heater of claim 3, further comprising:
a pair of control heaters ( 15 , 16 ) connected between said heater and end portions of said conduits and made of a refractory metal having a melting point of not less than 2,000 ° C to control a temperature of said heater, and
said heating element, said control heating elements and said lines are embedded in said sintered body.
5. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er die Schritte umfaßt von:
Bilden wenigstens eines Heizelements (11, 11') unter Verwendung eines Materials, das ein hochschmelzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von nicht weniger als 2.000°C enthält, und eines anorganischen leitfähigen Mate­ rials,
Einbetten besagten Heizelements und eines Paars von Leitungen (12, 13), die mit zwei Enden besagten Heizelements verbunden sind, in ein isolieren­ des Keramik-Pulver, das eines von Siliciumnitrid- und
Siliciumcarbid-Materialien enthält, wobei das isolierende Keramik-Pulver wenigstens eine Sorte von Nitriden der Gruppen IIIA, IVA und VA in einem Periodensystem der Elemente in einem Anteil von 0,01 Vol-% bis 10 Vol.-% enthält; und Sintern des isolierenden Keramik-Pulvers, in dem besagtes Heizelement und besagte Leitungen eingebettet sind.
5. A method of manufacturing a ceramic heater, characterized in that it comprises the steps of:
Forming at least one heating element ( 11 , 11 ') using a material containing a high-melting metal with a melting point of not less than 2,000 ° C. and an inorganic conductive material,
Embedding said heating element and a pair of leads ( 12 , 13 ) connected to two ends of said heating element in an insulator of the ceramic powder, one of silicon nitride and
Contains silicon carbide materials, wherein the insulating ceramic powder contains at least one type of nitrides of groups IIIA, IVA and VA in a periodic table of the elements in a proportion of 0.01 vol% to 10 vol%; and sintering the insulating ceramic powder in which said heating element and said lines are embedded.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem der Schritt des Einbettens besagten Heiz-Teils und besagter Leitungen die Schritte umfaßt von:
Enthaltensein von wenigstens einer Art von Nitriden der Gruppen IIIA, IVA und VA des Periodensystem der Elemente in dem isolierenden Keramik-Pulver in einem Anteil von 0,01 Vol.-% bis 10 Vol.-%; und
Einbetten besagten Heizelements und besagter Leitungen in das das Nitrid enthaltende isolierende Keramik-Pulver.
6. The method of claim 5, wherein the step of embedding said heater and conduits comprises the steps of:
Containing at least one kind of group IIIA, IVA and VA nitrides of the periodic table of the elements in the insulating ceramic powder in a proportion of 0.01 vol% to 10 vol%; and
Embedding said heating element and said lines in the insulating ceramic powder containing the nitride.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem der Schritt des Sinterns des isolieren­ den Keramik-Pulvers den Schritt des Sinterns des isolierenden Keramik-Pulvers, in dem besagtes Heizelement und besagte Leitungen eingebettet sind, bei einer Temperatur höher als 1.750°C umfaßt.7. The method of claim 5, wherein the step of sintering the isolate the ceramic powder the step of sintering the insulating Ceramic powder, embedded in said heating element and said lines are included, at a temperature higher than 1,750 ° C. 8. Verfahren gemäß Anspruch 5, das weiterhin den Schritt des Bildens besagter Leitungen aus einem hochschmelzenden Metall mit einem Schmelzpunkt von nicht weniger als 2.000°C umfaßt.The method of claim 5, further comprising the step of forming Lines made of a high-melting metal with a melting point of not less than 2,000 ° C.
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