DE3901545C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Hochtemperatur-Heizelement
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Hochtemperatur-Heizelemente nach der Gattung des Hauptanspruchs
werden bekanntlich in großem Umfang in der Kraftfahrzeugindustrie
zur Herstellung von keramischen Heizvorrichtungen,
insbesondere für Glühkerzen und Glühvorsätze
oder Glühkörper verwendet, um z. B. als Starthilfe das
Anlassen von Dieselmotoren zu erleichtern.
Aus der DE-OS 35 12 483 ist beispielsweise eine keramische
Heizvorrichtung aus einem Heizelement aus einem Sinterkörper
aus einem Gemisch aus MoSi₂-Pulver und Si₃N₄-Pulver,
einem Halteelement aus einem elektrisch isolierenden,
keramischen, gesinterten Körper sowie einer elektrischen
Stromversorgungseinrichtung bekannt. In der bekannten Heizvorrichtung
besteht das Heizelement aus einem gesinterten
Körper aus einem Gemisch aus MoSi₂-Pulver und Si₃N₄-Pulver,
wobei der mittlere Teilchendurchmesser des Si₃N₄-Pulvers
größer ist als der des MoSi₂-Pulvers.
Aus der DE-OS 30 11 297 sind ferner Hochtemperatur-Heizelemente
aus einem Keramikkörper aus Siliciumnitrid, Sialon,
Aluminiumnitrid und Siliciumcarbid mit einem darin eingebetteten
Metallkörper in Form einer Platte oder eines
Fadens bekannt, bei denen das Metall aus Wolfram oder
Molybdän besteht.
Aus der DE-OS 33 35 144 ist ferner ein Einlaßbrenner für
einen Verbrennungsmotor mit einer Heizeinrichtung bekannt,
die aus einem in ein Keramikmaterial eingebetteten Heizwiderstand
aus Wolfram besteht. Das Keramikmaterial kann
beispielsweise aus Siliciumnitrid (Si₃N₄) bestehen.
Aus der US-PS 40 35 613 sind weiterhin zylinderförmige
keramische Heizelemente aus einem hitzeresistenten keramischen
Material wie Aluminiumoxid und Fosterit sowie einem
hierauf aufgebrachten Wärme erzeugenden Widerstandsmuster,
erzeugt aus einer leitfähigen Metallpaste, z. B. Molybdän-
Manganpaste oder Wolframpaste bekannt.
Aus der japanischen Patentveröffentlichung 54-1 09 536 ist
auch bereits eine Keramikheizung für Glühkerzen bekannt, die
aus kreisscheibenförmigen Keramikplättchen und aufgedruckten
Widerstandskörpern aus Molybdän, Wolfram oder Mangan aufgebaut
sind.
Aus der DE-OS 33 07 109 ist schließlich eine Einrichtung
zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume, insbesondere
in Brennkammern von Dieselmotoren, mit einer Einspritzdüse
und einem nachgeschalteten, vom Spritzstrahl des Kraftstoffs be
netzten Glühkörper bekannt, bei der der Glühkörper an der brennraum
seitigen Stirnseite der Einspritzdüse angeordnet ist und einen von
heizbaren Wänden umgebenen Kanal zum Hindurchtreten und teilweisen
Verdampfen des Kraftstoff-Spritzstrahles hat. Der Glühkörper kann
dabei aus Keramik bestehen und das Heizelement durch einen auf die
keramische Oberfläche aufgebrachten metallischen Schichtbelag gebil
det sein.
Aus der DE-OS 36 08 326 sind Formkörper auf der Basis von Aluminium
nitrid bekannt, die zum einen praktisch porenfrei sinterbar sind,
zum anderen aber weitgehend frei sind von Verunreinigungen durch
Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Metallen, welche die Wärmeleit
fähigkeit und/oder die Hochtemperaturfestigkeit durch Verunreini
gungsphasen störend beeinflussen.
Es ist schließlich bekannt, entsprechend der DE-OS 33 42 753 kerami
sche Heizvorrichtungen z. B. für Glühkerzen von Dieselmotoren zwei
teilig aufzubauen, und zwar aus einem keramischen Isolatorteil, über
den die Verbindung zum metallischen Gehäuse erfolgt und aus einem
U-förmigen gesinterten keramischen Heizkörperteil, der am Isolator
teil befestigt ist.
Es ist ferner bekannt, z. B. aus einer Arbeit von N. Iwase und Mit
arbeitern mit dem Titel: "Development of a High Thermal Conductive
AlN Ceramic Substrate Technology" aus dem Toshiba R Center 1,
Toshiba-cho, Komukai Saiwaiku, Kawasaki, Japan 210, Substrate aus
AlN-Keramik, die durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, gute elektri
sche Isolation bis zu hohen Temperaturen, hohe Härte, gute mechani
sche Eigenschaften und gute Temperaturwechselbeständigkeit gekenn
zeichnet sind, in Dickschichttechnik zu bedrucken und dabei Dick
filmplasten einzusetzen, ähnlich wie sie zum Bedrucken von Substraten
aus Al₂O₃-Keramik bekannt sind.
Nachteilig an den bekannten keramischen Heizelementen ist, daß sie
nicht bis zu sehr hohen Temperaturen belastbar sind, daß sie keine
ausreichende Thermoschockbeständigkeit aufweisen, daß die auf das
Keramiksubstrat aufgedruckten Heizleiterschichten nicht gut haften
und/oder daß sie nicht kostengünstig herstellbar sind.
Nachteilig an der Verwendung von Aluminiumnitrid-Keramik zur Her
stellung von Hochtemperatur-Heizelementen ist ferner, daß infolge
der guten Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid durch Wärmeablei
tung vom Heizerbereich in die Randzonen, insbesondere zur Kontaktie
rung (Fassung) hin, eine stark erhöhte Heizleistung erforderlich
ist, um den Heizer auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten.
Außerdem ist
die thermische Belastung der Kontakte und der Heizerfassung erheb
lich.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die Wärmeleitung vom
Heizerbereich in die Randzonen, insbesondere zur Kontaktierung hin,
weitgehend zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch das erfindungs
gemäße Hochtemperatur-Heizelement mit den Merkmalen des Hauptanspru
ches gelöst. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß die Wärmeleit
fähigkeit durch eine geeignete Dotierung deutlich von etwa 150 W/mk
bis auf etwa 10 W/mk abgesenkt werden kann.
Als Dotierionen geeignet sind prinzipiell alle Fremdionen, die in
einem AlN-Gitter vorliegen können, beispielsweise Sauer
stoff-, Bor- und Siliciumionen. Besonders geeignet sind solche, die
eine gute Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten an den von AlN
ermöglichen.
Die Aluminiumnitrid-Substrate, die zur Herstellung eines Hochtempe
ratur-Heizelementes nach der Erfindung verwendet werden können, kön
nen aus handelsüblichen Aluminiumnitrid-Substraten, die außer Alumi
niumnitrid ein bei Sintertemperatur zersetzbares oder verdampfbares
Bindemittel enthalten, ferner sog. grün gepreßten "Aluminium
nitrid-Substraten" und gesinterten Substraten und heiß gepreßten
Stäben bestehen.
Die Dicke und Form der Aluminiumnitrid-Substrate kann verschieden
sein. In vorteilhafter Weise verwendet man als
Substrate Folien. Vorzugsweise liegt die Dicke von Folien
bei 0,3 bis 3 mm, insbesondere bei 0,5 bis 2,0 mm.
Gegebenenfalls können die verwendeten Aluminiumnitrid-
Substrate, abgesehen von Bindemitteln, noch andere Zusätze,
z. B. vergleichsweise geringe Mengen an Sinterhilfsmitteln,
wie z. B. Y₂O₃, enthalten.
Die Einführung von Fremdionen in die Bereiche des Aluminiumnitrid-
Substrates, die thermisch isolieren sollen, d. h.
die Dotierung dieser Bereiche kann in verschiedener Weise
erfolgen.
Eine erste geeignete Methode besteht in einer Ionenimplantation.
Bei dieser Verfahrensweise werden Ionen, z. B.
Si-Ionen in einem elektromagnetischen Feld beschleunigt
und mit hoher Geschwindigkeit durch die AlN-Substratoberfläche
in das Substrat eingeschossen.
Eine zweite besonders vorteilhafte Methode besteht darin,
zur Herstellung eines Hochtemperatur-Heizelementes ein grün
gepreßtes Aluminiumnitrid-Substratmaterial zu verwenden und
das Substrat dadurch herzustellen, daß man einen Teil des
zu verpressenden Aluminiumnitrid-Substratmaterials ein bei
Sintertemperatur des Substratmaterials Dotierionen lieferndes
Material, d. h. ein Dotiermaterial zusetzt, daß man das
Substrat aus dotiertem und undotiertem Material zusammensetzt
und daß man das zusammengesetzte Substratmaterial
verpreßt und sintert.
Ein besonders geeignetes Dotiermaterial besteht aus
Silicium.
In vorteilhafter Weise setzt man die Dotiermaterialien dem
zu dotierenden Aluminiumnitrid in Konzentrationen von 50 ppm
bis 5% zu.
Vorzugsweise verpreßt man bei Drücken von 10 bis 100 bar.
Das Sintern erfolgt zweckmäßig bei Temperaturen von 1600°C
bis 2000°C. Vorzugsweise arbeitet man bei Temperaturen von
1650 bis 1800°C. Die Sinterdauer beträgt zweckmäßig bis 6,
vorzugsweise 2 bis 4 Stunden.
Eine dritte vorteilhafte Methode der Einführung von Fremdmetallionen
in das Aluminiumnitrid-Substrat besteht darin,
daß man das Dotiermittel, z. B. in Form von Pulver in einer
Paste auf den gewünschten Bereichen der Oberfläche des
Aluminiumnitrid-Substrates, das z. B. in Form einer handelsüblichen
Aluminiumnitridfolie oder eines grün gepreßten
Aluminiumnitrid-Substrats vorliegen kann, abscheidet und
die Dotierionen anschließend durch eine Wärmebehandlung in
das Substratmaterial eindiffundieren läßt. Die Abscheidung
des Dotiermittels kann beispielsweise durch Aufdampfen erfolgen,
oder wie z. B. im Falle von Silicium auch durch Aufdrucken
einer Dickschichtpaste.
Geeignete Dickschichtpasten können aus dem Dotiermaterial
und einem organischen Träger, z. B. 70 Gew.-% Dotiermaterial
und 30 Gew.-% organischen Träger zusammengesetzt sein. Der
organische Träger entspricht dabei den üblicherweise in der
Dickschichttechnik verwendeten Trägern. Die Wärmebehandlung,
durch die die Dotierionen in das Substratmaterial eindiffundieren,
kann z. B. in einer 10- bis 36stündigen Erhitzung des
Materials auf eine Temperatur von etwa 1000 bis 1400°C bestehen.
In vorteilhafter Weise erhitzt man etwa 20 bis 30
Stunden lang auf eine Temperatur von 1100 bis 1300°C. In
vorteilhafter Weise erfolgt die Wärmebehandlung unter einem
Schutzgas, z. B. Argon oder im Vakuum.
Der Heizleiter nebst Heizerzuleitung kann beispielsweise aus
MoMn oder MoSi₂ bestehen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
besteht der Heizleiter nebst Heizerzuleitung aus Molybdändisilizid,
dem gegebenenfalls Stoffe zur Einstellung des
elektrischen Widerstandes und/oder zur verbesserten Anpassung
des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in untergeordneten
Mengen beigemischt sein können, wie z. B. Aluminiumoxid und
Aluminiumnitrid.
Die Herstellung eines Hochtemperatur-Heizelementes nach der
Erfindung kann somit in vorteilhafter Weise dadurch erfolgen,
daß man die Bereiche eines Aluminiumnitrid-Substrates, die
thermisch isolieren sollen, nach einer der angegebenen Methoden
mit Fremdionen dotiert, daß man, vorzugsweise in Dickschichttechnik,
auf die dotierten Bereiche eine Heizerzuleitung
bzw. auf die nicht dotierten Bereiche einen Heizleiter
aufdruckt und daß man das bedruckte Substrat unter einem Schutzgas
sintert und danach altert. In zweckmäßiger Weise sintert
man dabei bei Temperaturen von 1500 bis 1800°C, insbesondere
von 1600 bis 1800°C.
Die Herstellung eines Hochtemperatur-Heizerelementes nach der
Erfindung kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform,
z. B. aber auch dadurch erfolgen, daß man auf ein
Substrat aus Aluminiumnitrid mit dotierten Bereichen, wie
angegeben, in Dickschichttechnik einen Heizleiter mit einer
Heizerzuleitung aufdruckt, daß man auf das bedruckte Substrat
aus Aluminiumnitrid ein weiteres Substrat aus Aluminiumnitrid
aufbringt, das in vorteilhafter Weise in den mit der Heizerzuleitung
in Kontakt kommenden Bereichen entsprechend dotiert ist,
und daß man die zu einem Sandwich zusammengefügten Substrate mit dem
eingebetteten Heizleiter und der Heizerzuleitung sintert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ver
fährt man in der Weise, daß man die thermisch zu isolierenden Bereiche
dadurch dotiert, daß man der zur Ausbildung der Heizerzuleitung
verwendeten Paste Dotiermaterial zusetzt und die Dotierionen aus der
aufgetragenen Paste während des Sinterprozesses in das Aluminium
nitrid-Substrat eindiffundieren läßt.
Den zur Erzeugung der Heizleiter nebst Heizerzuleitung in Dick
schichttechnik verwendeten Pasten, z. B. Molybdändisilizidpasten,
können gegebenenfalls Stoffe zur Einstellung des elektrischen Wider
standes und/oder zur verbesserten Anpassung des thermischen Ausdeh
nungskoeffizienten zugesetzt werden.
Ein Hochtemperatur-Heizelement nach der Erfindung mit einem Molyb
dändisilizid-Heizleiter hat den besonderen Vorteil, daß es aufgrund
des vergleichsweise billigen Heizleitermaterials kostengünstig her
stellbar ist, daß es bis zu sehr hohen Temperaturen (ca. 1400°C)
belastbar ist, daß das Molybdändisilizid auf dem Aluminium
nitrid-Substrat beträchtlich besser haftet als auf Siliciumnitrid,
daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung durch gute Wärmeleitung
des Substrates erreicht wird und daß es eine hohe Thermoschock
beständigkeit aufweist. Die wesentlich verbesserte Haftung des MoSi₂
auf AlN- gegenüber Si₃N₄-Substraten konnte durch mechanische
Abschabeversuche herausgestellt werden.
Ein erfindungsgemäßes Hochtemperatur-Heizelement läßt sich zur Her
stellung von keramischen Heizvorrichtungen der verschiedensten
Typen und für die verschiedensten Anwendungszwecke verwenden. Von
besonderer Bedeutung ist es für die
Kraftfahrzeugindustrie, wo das Heizelement zur Herstellung
von Glühkerzen, Glühvorsätzen und Glühkörpern sowie Einlaßbrennern
eingesetzt werden kann, um beispielsweise das Anlassen
von Dieselmotoren zu erleichtern. Dies bedeutet, daß
ein erfindungsgemäßes Hochtemperatur-Heizelement in ein
Halteelement üblicher bekannter Bauart eingebaut sowie an
eine übliche bekannte Stromversorgungsvorrichtung angeschlossen
werden kann.
Vorzugsweise erfolgt die Herstellung eines erfindungsgemäßen
Hochtemperatur-Heizelementes maschinell im Mehrfachnutzen.
In vorteilhafter Weise liegt die Breite eines Heizelementes
bei 3 bis 10 mm, und die Länge bei 10 bis 50 mm.
Beim Einsatz in einer Glühstiftkerze wird das erfindungsgemäße
Heizelement vorzugsweise als rotationssymmetrischer
Körper ausgeführt, wobei die Leiterbahn, z. B. Molybdändisilizid-
Leiterbahn auf einen massiven Aluminiumnitrid-Stift,
z. B. aus heißgepreßtem Aluminiumnitrid, oder auf eine Folie,
die zu einem massiven Stift aufgerollt wurde, aufgedruckt
wird.
Im Falle einer Glühstiftkerze beträgt der Durchmesser des
Heizelementes zweckmäßig 3 bis 6 mm, die Vorstehlänge 10
bis 30 mm und die Stiftlänge 20 bis 60 mm.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Heizelementes mit einer vergleichsweise
starren AlN-Substratfolie, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Heizelementes mit einer
flexiblen AlN-Substratfolie, jeweils in vereinfachter Darstellung
und Fig. 3 eine Glühstiftkerze mit einem erfindungsgemäßen
Heizelement.
Das in Fig. 1 vereinfacht und stark vergrößert dargestellte
erfindungsgemäße Hochtemperatur-Heizelement besteht aus dem
Substrat 1, z. B. einer handelsüblichen AlN-Folie einer
Dicke von z. B. 1 mm mit thermisch isolierendem Bereich 1a,
auf die nach dem Siebdruckverfahren vorzugsweise Sieb- oder
Tampondruck, der Heizleiter 2 einschließlich der Heizerzuleitung
nebst Kontaktierungsflächen 3a und 3b aufgedruckt
worden ist. Im dargestellten Falle weist der Heizleiter eine
Mäanderform auf. Der Heizleiter kann jedoch jede beliebige
andere Form aufweisen.
Der gestrichelt dargestellte thermisch isolierende Bereich
1a wurde wie folgt erzeugt:
Das Dotiermittel, z. B. Silicium wurde in dem zu isolierenden
Bereich 1a zunächst oberflächlich durch Aufdampfen oder
mittels einer Dickschichtpaste im zu isolierenden Bereich 1a
auf das Aluminiumnitrid-Substrat aufgebracht und anschließend
über eine Wärmebehandlung, z. B. unter einem Ar-Schutzgas oder
im Vakuum bei 1200°C über einen Zeitraum von mehreren Stunden,
z. B. 24 Stunden, eindiffundieren gelassen.
Zum Aufdrucken des Heizleiters mit der Heizerzuleitung wurde
eine Molybdändisilizidpaste folgender Zusammensetzung verwendet:
69,8 Gew.-% handelsübliches MoSi₂-Pulver
30,2 Gew.-% Dicköl, bestehend aus
6,0 Gew.-% Äthylcellulose
79,0 Gew.-% α-Terpinol und
15,0 Gew.-% Benzylalkohol.
30,2 Gew.-% Dicköl, bestehend aus
6,0 Gew.-% Äthylcellulose
79,0 Gew.-% α-Terpinol und
15,0 Gew.-% Benzylalkohol.
Auf das so behandelte Substrat wurde dann nach dem Auftrocknen
der Heizleiterschicht ein zweites, nicht bedrucktes Substrat
4 von etwa gleicher Dicke aufgebracht, derart, daß die
Kontaktflächen 3a und 3b nicht abgedeckt wurden. Die zusammengefügten
Substrate wurden dann unter einem Druck von
5 mbar bei einer Temperatur von 1600°C in einer Atmosphäre
aus N₂ mit 10% H₂ zwei Stunden lang gesintert. Das Substrat 4
diente als Oxidationsschutz.
Auf eine Abdeckung des bedruckten Substrates 1 mit dem Substrat
4 kann jedoch verzichtet werden, wenn das Substrat 1
mit dem aufgedruckten Heizleiter 2 unter einem Schutzgas,
insbesondere Formiergas, bei Temperaturen zwischen 1600°C
und 1800°C gesintert und nachfolgend einem Voralterungsprozeß
unterworfen wird. Der Voralterungsprozeß kann beispielsweise
darin bestehen, daß das bedruckte und gesinterte
Substrat 2 bis 6 Stunden lang in oxidierender Atmosphäre
geglüht wird. Eine solche Behandlung führt zur Ausbildung
einer SiO₂-Schutzschicht, die den Heizleiter vor Angriffen
in oxidierender und reduzierender Atmosphäre weitestgehend
schützt.
Gleichgültig, ob das bedruckte Substrat 1 mit einem zweiten
Substrat 4 abgedeckt wird oder nicht, in jedem Falle haften
die Heizleiter fest auf den AlN-Substraten, auf die sie
aufgetragen werden.
Die Kontaktierungsflächen können in üblicher bekannter
Weise metallisiert werden. Beispielsweise kann die Kontaktierung
des Heizleiters über Schutzgas-brennbare Dickschichtpasten
auf Cu-, Ni- oder Au-Basis oder durch stromlose
Abscheidung von Ni oder Cu erfolgen.
Das in Fig. 2 schematisch dargestellte Heizelement unterscheidet
sich von dem in Fig. 1 schematisch dargestellten
Heizelement im wesentlichen dadurch, daß das AlN-Substrat
aus einer grünen, flexiblen AlN-Folie 5 besteht. Nach dem
Dotieren des zu isolierenden Bereiches 1a und dem Aufdrucken
des Heizleiters 6 nebst Heizerzuleitung mit den Kontaktierungsflächen
7a und 7b auf den thermisch isolierten Bereich 1a
wurde auf den den Heizleiter 6 tragenden Teil der Folie 5
eine etwa 20 µm dicke Schicht aus einer Paste aus 10 bis
50% AlN-Pulver in einem organischen Bindemittel, beispielsweise
Äthylcellulose, α-Terpinol und Benzylalkohol aufgedruckt.
Das in Fig. 2 schematisch dargestellte bedruckte Substrat
wurde dann aufgewickelt. Das aufgewickelte Element wurde
dann 4 bis 6 Stunden lang bei einer Temperatur im Bereich
von 1650 bis 1800°C gesintert. Danach wurden die Kontaktierungsflächen
7a und 7b metallisiert.
Die in Fig. 3 dargestellte Glühstiftkerze besteht im wesentlichen
aus dem Kerzengehäuse 8, dem Heizelement 9 aus dem
Aluminiumnitrid-Stab 10 mit aufgedrucktem Molybdändisilizid-
Heizleiter 11, der auf den Aluminiumnitrid-Stab 10 aufgelöteten
Hülse 12 (⊖-Anschluß), über die der Aluminiumnitrid-
Stab 10 in das Kerzengehäuse 8 eingepreßt wird, der
auf den Aluminiumnitrid-Stab 10 aufgelöteten Hülse 13
(⊕-Anschluß), der Isolation 14 des Heizleiters 11 gegen
den ⊕-Anschluß, der Isolierscheibe 15, der Rundmutter 16
und dem Anschlußbolzen 17. Der schraffiert dargestellte
Bereich 18 des Aluminiumnitrid-Stabes 10 ist der mit Fremdionen
dotierte Bereich.
Claims (10)
1. Elektrisches Hochtemperatur-Heizelement, bestehend aus einem
Substrat aus Aluminiumnitrid, einem darauf aufgetragenen Dickschicht-Heizleiter
und einem das Substrat teilweise umschließenden
wärmeleitenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gehäuse
(8) befindliche Teil des Substrates (10) mit 0,35% bis 5% Fremdionen
dotiert ist, die die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumnitrid
vermindern.
2. Elektrisches Hochtemperatur-Heizelement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß als Dotierungsstoffe Sauerstoff- und/oder
Bor- und/oder Siliciumionen eingesetzt werden.
3. Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatur-Heizelementes nach
Anspruch 1 oder 2, bei dem man auf ein Substrat aus Aluminiumnitrid
in Dickschichttechnik einen Heizleiter aufdruckt und das bedruckte
Substrat unter einem Schutzgas sintert, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Bereiche des Substrats (10), die thermisch isolieren sollen,
aus Aluminiumnitrid mit einem Zusatz von Fremdionen liefernden Stoffen
formt, der 0,35% bis 5% Fremdionen im Fertigprodukt entspricht,
die Bereiche des Substrats (19) die nicht isolieren sollen,
hingegen aus nicht dotiertem Aluminiumnitrid, und daß man das Substrat
(10) verpreßt und sintert.
4. Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatur-Heizelementes nach
Anspruch 1 oder 2, bei dem man auf ein Substrat aus Aluminiumnitrid
in Dickschichttechnik einen Heizleiter aufdruckt und das bedruckte
Substrat unter einem Schutzgas sintert, dadurch gekennzeichnet, daß
man auf die zu isolierenden Bereiche durch Auftragen einer Dickschichtpaste
Dotiermittel aufträgt in einer Konzentration, die
0,35% bis 5% Fremdionen im Fertigprodukt entspricht, und daß man
die Fremdionen durch eine Wärmebehandlung in das Substrat eindiffundieren
läßt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatur-Heizelementes nach
Ansprüchen 1 oder 2, bei dem man auf ein Substrat aus Aluminiumnitrid
in Dickschichttechnik einen Heizleiter aufdruckt und das bedruckte
Substrat unter einem Schutzgas sintert, dadurch gekennzeichnet, daß
man das Substrat mit den Bereichen, die thermisch isolieren sollen,
dadurch herstellt, daß man auf die zu isolierenden Bereiche Dotiermittel
aufdampft, in einer Konzentration, die 0,35% bis 5% Fremdionen
im Fertigprodukt entspricht, und daß man die Fremdionen durch
eine Wärmebehandlung in das Substrat eindiffundieren läßt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man auf
die zu isolierenden Bereiche als Dotiermittel Sauerstoff und/oder
Bor und/oder Silizium aufdampft.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
man das bedampfte oder mit einer Dickschichtpaste versehene Material
zum Zwecke der Eindiffusion der Fremdionen unter einem Schutzgas
oder im Vakuum 12 bis 36 Stunden lang auf eine Temperatur von 800
bis 1400°C erhitzt.
8. Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatur-Heizelementes nach
Anspruch 1 oder 2, bei dem man auf ein Substrat aus Aluminiumnitrid
in Dickschichttechnik einen Heizleiter aufdruckt und das bedruckte
Substrat unter einem Schutzgas sintert, dadurch gekennzeichnet, daß
man der zum Aufdrucken der Heizerzuleitung verwendeten Druckpaste
einen Stoff zusetzt, der beim Sintern in das Substrat diffundierende
Fremdionen liefert.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man der
Druckpaste Stoffe zusetzt, die Sauerstoff-Bor und/oder Siliciumionen
liefern.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Aluminiumnitrid-Substrate Folien, Plättchen oder
zylindrische Stäbe verwendet.
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