DE2548019B2

DE2548019B2 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizelements

Info

Publication number: DE2548019B2
Application number: DE19752548019
Authority: DE
Inventors: Nobuhasu Sandai Sagawa; Yasuo Kagoshima Uchihado
Original assignee: Kyoto Ceramic Co Ltd
Current assignee: Kyoto Ceramic Co Ltd
Priority date: 1974-10-31
Filing date: 1975-10-27
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE2548019A1; JPS5152531A; JPS5616953B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizelements mit einem keramischen Substrat in Plattenform und einer Dicke von 250 bis 500 μπι, einer wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung auf diesem Substrat und einer Oberschicht aus keramischem Material, durch Aufbringen der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung und der Oberschicht auf das Substrat und Brennen des erhaltenen Schichtkörpers zu einem einheitlichen Körper.

Es sind schon verschiedene Arten von Heizelementen bekannt. Eine einfachste und sehr beliebte Vorrichtung ist mit einem Nickelchrom-Draht auf einem isolierenden Körner versehen. Ein solches mit einem Nickelchrom-Draht versehenes Heizelement hat jedoch einen ziemlich hohen elektrischen Stromverbrauch, und du·. Erhitzen des Drahtes ist, weil der Nickelchrom-Draht der Luft ausgesetzt ist, immer mit einer gewissen ; Oxidation verbunden. Diese Erscheinung bewirkt schon in relativ kurzer Zeit, daß die Vorrichtung unbrauchbar wird. Dazu kommt noch, daß bei bestimmten Bedingungen der Anwendungsumgebung der Nickelchrom-Draht einer chemischen Erosion unterworfen ist, wodurch

in ebenfalls die Lebensdauer vermindert wire. Andererseits haben Heizelemente mit einem Nickelchrom-Draht als wärmeerzeugendes Medium den Vorteil, daß sie billig hergestellt werden können und daß sie hierdurch erzeugte Wärmemenge groß genug ist.

ii Jedoch ist die Verwendung dieser Heizelemente mit Störungen, wie zum Beispiel einem Brechen, einer Oxidation und dergleichen, verbunden, wodurch die Vorteile der niedrigen Herstellungskosten wieder aufgewogen werden.

2(i Bei einem weiteren Heizelement wird ein leitendes Harz als wärmeerzeugendes Medium verwendet, in dem die Wärme sich ausbreitet. Jedoch ist die bei solchen Heizelementen erhaltene Wärmemenge aufgrund des relativ niedrigen Wärmewiderstands des Harzes gerin-

>-, ger, wodurch die Anwendbarkeit solcher Vorrichtungen begrenzt wird. Diese Arten von Heizelementen sind auch aufgrund ihrer hohen Herstellungskosten in ihrer Anwendbarkeit begrenzt.

In der DE-AS 1066 267 wird ein elektrischer

to Widerstand aus einem keramischen Körper mit einer aul der Oberfläche haftenden irisierenden Widerstandsschicht aus einem Metalloxid beschrieben. Zur Verbesserung der elektrischen, der thermischen, der chemischen und der mechanischen Beständigkeit solcher

ti elektrischer Widerstände ist bei der Vorrichtung gemäß der DE-AS 10 66 267 die Widerstandsschicht mit einer glasartigen keramischen Emailschicht überzogen. Weiterhin wird in der DE-AS 19 12 216 ein elektrisches Heizelement beschrieben, bei dem das Widerstandsma-

4ii terial eine Mischung aus feinverteiltem Rhuteniumoxid und Glas ist. Hierdurch soll ein elektrisches Heizelement geschaffen werden, welches sich auf sehr hohe Temperaturen heizen läßt, eine hohe Wärmeabgabe pro Flächeneinheit und einen relativ geringen Temperatur-

v> koeffizienten hat und das sich einfach herstellen läßt. Dabei wird als Widerstandsmaterial eine genau definierte Mischung aus feinverteiltem Rhuteniumoxid und Glas verwendet. In der DE-PS 9 14 298 wird ein elektrischer Heizkörper beschrieben, der aus einem im

w wesentlichen metallischen Widerstandselement und einer gesinterten keramischen Hülle besteht. Dieses bekannte Heizelement wird durch eine Druckpreßverformung hergestellt. In der DE-AS 11 93 582 wird ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Wider-

V) Standsschichten beschrieben, bei dem eine wäßrige Aufschlämmung von leitenden Teilchen und Glas auf einen Trägerkörper aufgebracht, getrocknet und gebranntwird.
Schließlich wird in der JP-OS 47 947/74 ein

w) keramisches Heizelement beschrieben, das eine wärmeerzeugende Widerstandsanordnung aufweist, welche zwischen eine obere und eine untere keramische Schicht eingelegt ist. Die Herstellung dieses bekannten Heizelements erfolgt in drei Stufen, wobei in der ersten Stufe

h^r> eine ungebrannte Keramikschicht hergestellt urd mit einer Paste einer wärmeer/.ciigenden Widerstandsmasse bedruckt wird, in der zweiten Stufe auf die so aufgedruckte Oberfläche der ungebrannten Platte eine

weitere Schicht einer ungebrannten keramischen Platte aufgebracht wird und in der dritten Stufe der laminierte Körper heiß verpreßt und sodann in einem Ofen gebrannt wird. Hierdurch ist es schon gelungen, einige Nachteile der bekannten Heizelemente zu eliminieren. Jedoch hat bei dieser Vorrichtung die Tatsache, daß oberhalb der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung eine ungebrannte keramische Schicht verwendet wird, die Bildung der keramischen Schicht in dünner Schicht erschwert, das dazu geführt hat, daß die keramische Schicht mit einer Dicke von 250 bis 500 μιη hergestellt werden mußte. Hierdurch wurde aber die Wärmeabstrahlung von der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung auf einen bestimmten Wert begrenzt. Der Versuch, bei diesem bekannten Verfahren die Dicke des Heizelements weiter zu reduzieren, hat zu der Bildung von Rissen und Deformationen bei der Herstellung und Laminierung des Heizelements geführt. Weiterhin hat die zum Anschluß an äußere Stromquellen notwendige Bildung von mit leitender Paste gefüllten Löchern in der ungebrannten Platte es schwierig gemacht, die obere und untere ungebrannte Platte in gegenseitig genau ausgerichteter Beziehung aufeinander zu legen. Die Arbeitsstufe der Aufeinanderlegung zu Schichten unter gleichzeitiger richtiger Ausrichtung der mit der leitenden Paste gefüllten Löcher war daher arbeitsaufwendig und bedurfte größter Sorgfalt.

Beim Auflegen der weiteren ungebrannten Platte auf die wärmeerzeugende Widerstandsanordnung war weiterhin die Bildung von kleinsten Löchern auf den Umfang der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung unvermeidbar, was dazu geführt hat, daß das keramische Heizelement wegen der Oxidation der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung eine verminderte Verläßlichkeit und Betriebsdauer hat. Zur Behebung dieses Mangels war es daher notwendig, die ungebrannten Platten nach dem Aufschichten heiß /u pressen, wodurch die Produktionskosten erhöht wurden und selbst bei Verwendung von keramischen Materialien mit gleichem oder ungefähr gleichem thermischen Expansionskoeffizienten die Gefahr einer Rißbildung nicht vollständig ausgeschlossen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen und insbesondere ein keramisches Heizelement zur Verfügung zu stellen, das hinsichtlich seiner Wärmeabstrahlung dem oben beschriebenen Heizelement gemäß der JP-OS47 94/71974 überlegen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Oberschicht als dünnen Film mit 40 bis 70 μιη durch Beschichten mit einer rohen keramischen Paste oder Aufschlämmung aufbringt.

Die erfindungsgemäße Lösung muß im Hinblick auf die Lehre der JP-OS 47 947/1974 als nicht neheliegend und überraschend angesehen werden, da bei dem bekannten Verfahren drei Verfahrensstufen, nämlich eine Bedruckungsstufe der ersten ungebrannten Schicht mit einer Paste einer wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung, eine Laminierungsstufe und eine Verpressungsstufe, um die Platten vor dem Brennen miteinander in Kontakt zu bringen, notwendig sind. Überraschenderweise hat sich nun gc/cigt. daß eine derartige Verpressungssüife nicht mehr notwendig ist, wenn man — wie erfindungsgemäß — die Oberschicht, nicht als ungebrannte Platte, sondern als dünnen l-'ilm mit 40 bis 70 (im durch Beschichten oder Aufschlämmen aufbringt In den oben weiterhin genannten Druckschriften werden ausnahmslos Heizelemente beschrieben, die sich hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung oder baulichen Konstruktion von der erfindungsgemäß hergestellten keramischen Heizvorrichtung unterscheiden. Mithin sind auch diese Druckschriften nicht dazu geeignet, den Fachmann zum Gegenstand der vorlegenden Erfindung zu führen.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile realisiert:

Die wärmeerzeugende Anordnung auf dem Substrat wird durch ein Beschichtungsverfahren mit einer dünnen keramischen Überzugsschicht überzogen, so daß das bekannte Heizelement gemäß der vorstehend erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung überlegen ist, indem eine notwendigerweise eine in dicker Schicht gebildete ungebrannte Platte als Material für das obere und untere Substrat verwendet wird, zwischen die eine wärmeerzeugende Widerstandsanordnung eingelegt wird. Weiterhin ermöglicht das Beschichtungsverfahren zur Herstellung der keramischen Über/ugsschicht in dünnen Schichten auf die Laminicrungssr.ife zu verzichten, die hohe Geschicklichkeit erfordert, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es wird hierbei eine Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Heizelement, beschrieben, bei dem die keramische Überzugsschicht aus dem gleichen keramischen Material wie in dem keramischen Substrat oder eine rohe !'latte auf dem keramischen Substrat gebildet wird, ober bei dem die keramische Beschichtungsschicht aus einem keramischen Material mit unterschiedlichen Eigenschaften als das Substrat oder die Platte auf dem Substrat oder der Platte gebildet wird. Im ein/einen neigen die Figuren folgendes:

F i g. I eine perspektivische Ansicht eines keramischen Heizelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem das Substrat und die Über/iigsschicht gesondert vor dem Zusammensintern in einen Körper dargestellt sind;

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Heizelements, welches aus der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration in einen Körper zusammengebrannt oder zusammengesintert worden ist;

F i g. 3 einen entlang der Linie Ill-Ill der F i g. 2 aufgenommenen Querschnitt; und

Fig. 4 Temperaturverlaufskurven eines erfindungsgemäßen Heizelements, bei dem verschiedene keramische Materialien verwendet werden.

In F-" i g. I ist ein keramisches Heizelement gemäß der Erfindung dargestellt. Das Heizelement enthält einen Körper 12 aus einer gebrannten Platte eines wärmebeständigen keramischen Stoffes, eine wärmeerzeugende Widerslandsanordnung 3 für die Bildung von |oulescher Wärme mit ersten und zweiten Enden, ein Paar frei darliegende Anschlüsse 4 und 5, die an die Widerstandsanordnung 3 an deren ersten und zweiten Enden angeschlossen ist, und gegebenenfalls ein Paar von Stromleitungen 7,7, die mit den Anschlüssen 4 und 5 verbunden sind, um der Anordnung 3 Wechselstrom oder Gleichstrom zuzuführen. In den Fig. 1 bis 4 ist insbesondere dargestellt, daß die gebrannte Platte 12 ein keramisches Substrat 2 und eine keramische Überzugsschicht 1 enthält. Die erstere Komponente ist aus einer kei.iniischen ungebrannten Platte und die letztere Komponente aus Aufschlämmung einer wärmebeständigen keramischen Masse erhalten worden. Beide Komponenten sind zu einem gleichförmigen Körper 12

zusammengesintert worden. Die wärmeerzeugende Widerstandsanordnung 3 ist in Form eines dicken Films durch ein bekanntes Druckverfahren auf dein keramischen Substrat 2 gebildet worden. S· > ist zum Beispiel die Anordnung 3 auf dem Substrat 2 durch ein herkömmliches Beschichtungsverfahren, zum Beispiel durch das Seidensiebdruckverfahren, durch Tauch- oder Sprühhcschichten, aufgedruckt worden.

Die Anordnung ist sodann hermetisch innerhalb des Körpers 12 eingeschlossen worden, so daß sie zwischen das keramische Substrat 2 und die keramische Beschichtungsschicht 1 eingelegt worden ist. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlüsse 4 und 5 auf einem abgestuften und freigegelcgten Bereich 6 vorgesehen, der zwischen dem Substrat 2 und angrenzend an die IJberzugsschicht 1 angeordnet ist. Die Leitungen 7, 7 sind an die Anschlüsse 4 und 5 durch Löten oder durch Verbinden angeschlossen, so daß eine elektrische Verbindung gewährleistet wird. Fine ungebrannte Platte des wärmebeständigen keramischen Stoffes wird vorzugsweise für das Substrat 2 verwendet. Die ungebrannte Platte stellt ein Gemisch aus einem wärmebeständigen keramischen Rohmaterial wie Aluminiumoxid (AI₂Oi) und Berylliumoxid (BeO). einem Kornwachstums-Kontrollmiltei wie MgO. einem Sinterungsbeschleuniger wie CaO. SiO; etc.. einem organischen Bindemittel wie Polyvinylalkohol, einem Harz der Acrylsäurereihe und einem Flußmittel wie Toluol, Wasser etc.. dar. Dieses Gemisch wird sodann in einem Mischer unter Kontrolle der Viskosität aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wird zu einem Band in der Form einer ungehärteten Platte mit der gewünschten Dicke verformt. Durch Erhitzen wird das Wasser der Aufschlämmung entfernt und es wird eine stabile Platte erhalten. Die keramische Uberzugsschicht 1 wird in einer solchen Weise gebildet, daß eine Aufschlämmung oder Paste mit der gleichen Zusammensetzung wie oben, deren Viskosität jedoch kontrolliert ist. daß sie für einen Beschichtungsprozeß verwendet werden kann und auf das keramische Substrat als dünner Film durch das Seidensiebdruckverfahren, den Sprüh- oder Tauchprozeß nach dem Anbringen der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung 3 aufgebracht wird. Die auf diese Weise durch den Beschichtungsprozeß erhaltene Uberzugsschichl 1 hat eine extrem geringe Dicke in der Gegend von 40 bis 70 μ. wodurch in vorteilhafter Weise eine hohe Wärmeabstrahlung von der Schicht 1 erhalten wird.

Als Materialien für das keramische Substrat 2 und die keramische Überzugsschicht 1 können die gleichen keramischen Materialien oder unterschiedliche wärmebeständige keramische Materialien verwendet werden, wenn sowohl das Substrat 2 und die Überzugsschicht 1 den gleichen oder nahe beieinanderliegcnde thermische Ausdehnungskoeffizienten und Sinterungsbedingungen (Temperatur und Druck) haben.

Beispiele für Kombinationen von unterschiedlichen keramischen Materialien, wie sie oben genannt wurden, sind Aluminiumoxidkeramiken-Berylliumoxidkeramiken. Kordieritkeramiken-Zirkonkeramiken. Kordieritkeramiken-Muliitkeramiken oder Kordieritkeramiken-Celsian-Keramiken oder Zirkonkeramiken-Mullitkeramiken. Die unterschiedlichen Keramiken können sich ferner hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit unterscheiden, wobei die Keramik mit der besseren Wärmeleitfähigkeit zur Herstellung der Uberzugsschicht geeignet ist, für die mehr Wärmeabstrahlung gewünscht wird, und die andere Keramik mit der geringeren Wärmeleitfähigkeit für diis Substrat geeignet ist, für das eine geringere Wärmeabstrahlung erwartet wird, so daß eine relativ heiße Seile und eine relativ kühle Seite gebildet wird.

Das für die Herstellung der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung 3 vorgesehene Material sollte unter Bezugnahme auf die Sintcrungsbcdingungen der oben genannten keramischen Materialien und hinsichtlich der Verwendung des Materials als Heizelement ausgewählt werden. Im allgemeinen wird eine mctallhallige Masse mit hohem Widerstand, die aber leitend ist. verwendet. Bevorzugte Metalle sind Wolfram (W). Molybdän (Mo) und Legierungen aus Molybdän und Mangan (Mo-Mn), Platin (Pt) und Gemische davon. Die zur Herstellung der Anordnung 3 verwendete Masse sollte auch so ausgewählt werden, daß eine wärmeerzeugende Widerstandsanordnung 3 mit der gewünschten Wärmebeständigkeit der Paste per se erhallen wird. Die Abmessungen hinsichtlich der Dicke, Breite. Gesamtlänge und Konfiguration, zum Beispiel als Spiral-, Kammform oder dergl., der Anordnung 3 sollten ebenfalls in Erwägung gezogen werden. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird eine Anordnung mit kammarligen Vorsprüngen verwendet. Die Anschlüsse 4 und 5 für die Verbindung mit den Leitungen 7, 7 können an den Enden der Anordnung 3 gedruckt sein, wobei die gleiche Paste verwendet werden kann, oder es kann sich um metallische Anschlußteile handeln, die durch eine Lötlegierung oder dcrgl. damit verbunden sind. Die Anschlüsse 4 und 5 sind frei daliegend bzw. freigelegt, damit Befestigungsteile für einen elektrischen Anschluß des Heizelements 8, wie es in F i g. 2 gezeigt wird, erhalten werden. Eine sich nach außen erstreckende abgestufte Gegend bzw. Fläche 6 kann zwischen der keramischen Überzugsschicht 1 und dem keramischen Substrat 2 ausgebildet sein, um die Anschlüsse 4 und 5 freizulegen und zu tragen.

Um das keramische Substrat 2 und die keramische Uberzugsschichl 1 zu einem gleichförmigen Körper zu kombinieren, werden das Substrat 2 und die Überzugsschicht 1 bei Sinterungstemperatur und unter Anwendung einer .Sinterungsatmosphäre der keramischen Materialien erhitzt. Hierdurch werden die keramische Überzugsschicht 1 und das keramische Substrat 2 zu einem gleichförmigen Körper zusammengesintert. Bei diesen Bedingungen wird die wärmeerzeugende Widerstandsanordnung 3 hermetisch innerhalb der Dicke des Körpers 12 aus der gebrannten Platte abgeschlossen. Da die Widerstandsanordnung 3 in einem gleichförmigen Körper des keramischen Materials eingeschlossen ist. ist sie nicht langer (1) Sauerstoff oder (2) anderen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Hinzu kommt noch, da sie in dem Körper befestigt worden ist. daß die Bruchgefahr verringert oder vermieden wird. Hierauf wird ein Paar Stromleitungen 7, 7. die in Fig.2 als Leiterdrähte 7, 7 gezeigt sind, an die Anschlüsse 4, 5 durch Anlöten oder dergl. angeschlossen.

Nachfolgend wird der Betrieb des erfindungsgemäßen keramischen Heizelements mit der obigen Konstruktion beschrieben. Es wird eine Quelle für Gleichoder Wechselstrom angeschlossen und nach dem Anlegen einer gewünschten Spannung an die wärmeerzeugende Widerstandsanordnung 3 wird durch die Anordnung )oule'sche Wärme erzeugt, deren Menge dem Widerstandswert der Anordnung 3 proportional ist. Die auf diese Weise in der Widerstandsanordnung 3 bei Bedingungen eines vollständigen Luftausschlusses

erzeugte Wärme wird sofort zu dem Körper 12 aus der gebrannten keramischen Platte geleitet, wodurch sie sich gleichförmig in dem gesamten Heizelement 8 verbreitet.

Die Erfindung wird in Beispielen erläutert. ^r>

Beispiel 1

Ein keramisches Substrat aus einer keramischen Aluminiumoxid-Grünplatte mit den Abmessungen nach in dem Brennen von 50 χ 50 χ 0,5 mm wird hergestellt. Auf das keramische Substrat 2 wird die Anordnung 3 (mit Einschluß der Anschlüsse 4, 5) gemäß F i g. 1 unter Verwendung einer Wolframpaste bis zu einer Dicke von 30 μ aufgedruckt. Danach wird eine keramische AIu- ι j miniumoxidpasie, die ein keramisches Aluminiumoxiumaterial, Polyvinylalkohol und Toluol enthält, über das keramische Substrat 2 auf die wärmeerzeugende Anordnung 3 aufgeschichtet, wodurch eine dünne keramische Aluminiumoxidüberzugsschicht bis zu einer Dicke von 50 μ gebildet wird. Das auf diese Weise beschichtete Substrat 2 wird in einer reduzierenden Atmosphäre in einem Ofen auf 1630⁰C erhitzt, um die kombinierten Materialien 1, 2 und 3 zu einem Körper zusammenzusintern. Die Anschlüsse 4, 5 werden durch ?s Löten mit Silber an ein Paar Leitungen 7, 7 aus einer Fe-Ni-Co-Legierung angeschlossen. Auf diese Weise wird das in F i g. 2 dargestellte keramische Heizelement 8 erhalten. Es wird festgestellt, daß in dem bei diesem Verfahren erhaltenen Heizelement keine Rißbildung 1« vorliegt.

An das auf diese Weise erhaltene Heizelement wird ein Wechselstrom mit 50 V angelegt. Es wird die in F i g. 4{b) dargestellte Oberfiächentemperaturkurve erhalten. (Die Messung der Oberflächentemperatur erfolgt in der Mitte der keramischen Überzugsschicht.) Die Oberflächentemperatur nimmt in einer Minute bis auf 425° C zu. Es werden weitere Tests unter Zuführung von Wechselstrom mit 50 V an das Heizelement dieses Beispiels einerseits kontinuierlich über einen Zeitraum von 20 Stunden und andererseits intermittierend siebenmal alle sieben Minuten durchgeführt. Bei beiden Tests werden keine Abnormalitäten festgestellt.

Beispiel 2

Anstelle der rohen Platte wird ein gebranntes keramisches Substrat mit Abmessungen von 50 χ 50 χ 0,5 mm verwendet und es wird wie in Beispiel 1 verfahren, mit der Ausnahme, daß die Sinterungstemperatur auf 1510⁰C vermindert wird. Auf diese Weise wird ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Heizelement erhalten. Die keramische Oberzugsschiclit t und das gebrannte Substrat 2 waren äußerst gut zu einem Körper zusammengesintert und es hatten sich keine Risse gebildet Beim Anlegen von 50 V Wechselstrom an das auf diese Weise erhaltene Heizelement wurde praktisch die gleiche Temperaturkurve (nicht gezeigt) wie in Beispiel 1 erhalten.

Beispiel 3

Die keramische Aluminiumoxidpaste des Beispiels I wird durch eine keramische Berylliomoxidpaste ersetzt, welche 99,5% Berylliumoxid (BeO), ein Acrylsäureharz und Wasser enthält. Die Gestalt und die Dimensionen sind wie in Beispiel I. Wie in Beispiel 1 werden die kombinierten Materialien, nämlich das keramische Substrat 2, die wärmeerzeugende Widerstandsanordnung 3 und die keramische Berylliumoxidüberzugsschicht in der reduzierenden Atmosphäre auf 1640°C erhitzt, so daß die Komponenten zu einem Körper zusammensintern. Auf diese Weise wird ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Heizelements erhalten. Auch bei diesem Heizelement wird keine Rißbildung festgestellt. An das Heizelement wird ein Wechselstrom mit 50 V angelegt und seine Oberflächentemperatur beträgt, wie in Fig.4(c) gezeigt wird, innerhalb einer Minute 475°C. Die Temperatur verändert sich selbst nach kontinuierlicher Zuführung von Wechselstrom nicht.

Vergleichsbeispiel

Die rohe Überzugsschicht 1 des Beispiels 1 wird durch eine ungebrannte Platte einer Aluminiumoxidkeramik mit einer Dicke von 0,5 mm ersetzt. Die untere ungebrannte Platte 2, auf der sich die wärmeerzeugende Widerstandsanordnung 3 mit einer Dicke von 30 μ befindet und die obere ungebrannte Platte 1 werden so laminiert, daß die Anordnung 3 zwischen die beiden Platten 1, 2 eingelegt ist. Das Laminat wird sodann in einen Ofen eingebracht und dort in einer reduzierenden Atmosphäre auf 1300⁰C erhitzt, so daß die ungebrannten Platten 1, 2 zu einem Körper zusammensintern. Die Anschlüsse 4 und 5 werden mit einem Paar Leitungen 7, 7 aus einer Fe-Ni-Co-Legierung mittels einer Lötverbindung verbunden, wodurch ein keramisches Heizelement erhalten wird.

Beim Anlegen von 50 V Wechselstrom an die Anordnung 3 steigt die Oberflächentemperatur innerhalb 1 Minute auf 350⁰C, wie aus der Oberfiächentemperaturkurve der F i g. 4(a) hervorgeht.

In Fig.4 sind die Wärmeerzeugungseigenschaften beim Anlegen von 50 V Wechselstrom an die in den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen Heizelemente und an eine Vergleichsprobe zusammengestellt. In dieser Figur zeigt die Kurve (a) die Wärmeerzeugungseigenschaften nach dem Stand der Technik und die Kurven (b) und (c) zeigen die Wärmeerzeugungseigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kurven (c) und (b) zeigen einen rascheren Temperaturanstieg als bei der Vergleichsprobe. Auf der Seite der Überzugsschicht wird eine bessere thermische Abstrahlung beobachtet. Insbesondere die Tatsache, daß die Kurve (c) höher als die Kurve (b) ansteigt, erläutert die besseren Wärmeerzeugungseigenschaften gemäß Kurve (c) gegenüber denjenigen der Kurve (b) Der Grund dafür liegt darin, daß in der Überzugsschicht eine Berylliumkeramik verwendet wurde, die hinsichtlich der Wärmestrahlung der Aluminiumoxidkeramik überlegen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizelements mit einem keramischen Substrat in Plattenform und einer Dicke von 250 bis 500 μπι, einer wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung auf diesem Substrat und einer Oberschicht aus keramischem Material, durch Aufbringen der wärmeerzeugenden Widerstandsanordnung und der Oberschicht auf das Substrat und Brennen des erhaltenen Schichtkörpers zu einem einheitlichen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberschicht aus dünnen Film mit 40 bis 70 μίτι durch Beschichten mit einer rohen keramischen Paste oder Aufschlämmung aufbringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das keramische Substrat und die keramische Überzugsschicht aus dem gleichen, wärmebeständigen, keramischen Material herstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das keramische Substrat und die keramische Überzugsschicht aus den gleichem keramischen Materialien aus der Gruppe AIuminiumoxidkerainiken, Berylliumoxidkeramiken, Kordieritkeramiken, Zirkonkeramiken, Mullitkeramiken und Celsiankeramiken herstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das keramische Substrat und die keramische Überzugsschicht aus verschiedenen keramischen Materialien aus der Gruppe Aluminiumoxidkeramiken, Berylliumoxidkeramiken, Kordieritkeramiken, Zirkonkeramiken, Mullitkeramiken und Celsiankeramiken herstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramiken der Überzugsschicht und des Substrats sich voneinander hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit unterscheiden und daß man für die keramische Überzugsschicht das keramische Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das keramische Substrat und die keramische Überzugsschicht aus unterschiedlichen Keramiken aus der Gruppe Aluminiumoxidkeramiken-Berylliumoxidkeramiken, Kordieritkeramiken-Zirkonkeramiken, Kordieritkeramiken-Mullitkeramiken, Kordieritkeramiken-Celsiankeramiken und Zirkonkeramiken-Mullitkeramiken herstellt.