DE4343315C2

DE4343315C2 - Verfahren zum Ausbilden eines oder mehrerer Hohlräume oder Poren in oder unter einer Beschichtung eines Keramikkörpers und Verwendung des Verfahrens für die Herstellung planarer Sonden

Info

Publication number: DE4343315C2
Application number: DE19934343315
Authority: DE
Inventors: Karl-Hermann Dipl Phys Friese; Werner Dipl Phys Dr Gruenwald; La Prieta Claudio De; Gerhard Dipl Ing Schneider; Harald Dipl Ing Dr Neumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-18
Filing date: 1993-12-18
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2013-12-19
Also published as: WO1995016646A1; DE4343315A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Verwendung des Verfahrens zum Ausbilden eines oder mehrerer Hohlräume oder Poren in oder unter einer Beschichtung eines Keramikkörpers, insbesondere einer planaren Sonde zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasgemischen.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der JP 2-83 278 A bekannt, welche die Herstellung einer porösen Keramik für den Filter eines Dieselmotors beschreibt. Dabei wird ein leicht brennbares Kohlepulver der Keramik beigemischt und zur Ausbildung von Poren beim Brennen der Keramik bei 650°C ausgebrannt.

Aus der JP 1-65 081 A ist ein poröser Keramikkörper bekannt, bei dem eine gleichmäßige Porosität erreicht wird durch Mischen des Keramikpulvers mit Graphitkörnern und Ausheizen der Mischung. Die porenbildende Substanz verflüchtigt sich dabei erst nach der Sinterung des Keramikpulvers. Die JP 3-93 634 A beschreibt die Herstellung eines gesinterten Produkts mit offenen Poren zur Verwendung als Katalysatorträger. Hierbei werden Ausbrennstoffe auf Kohlenstoffbasis verwendet zur Erzielung einer kontrollierten Größe und Form der offenen Poren in der keramischen Masse. Verwendet werden neben Graphit auch poröser Kohlenstoff wie Aktivkohle oder Holzkohle, welche in oxidierender Atmosphäre bei einer erhöhten Temperatur verflüchtigt werden, bei welcher der Grünkörper der Keramik nicht schmilzt oder sich verändert. Die DE-32 01 311 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, feuerfesten Erzeugnisses aus einem anorganischen Oxid, bei dem außerdem Ruß als Porenbildner beigemischt ist. Zur Steuerung der Porenverteilung und der Porengröße wird der Ruß mit einem vorgegebenen mittleren Teilchendurchmesser und in einer vorgegebenen Menge beigemischt und oxidativ bei einer Temperatur von mindestens 500°C ausgebrannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Verfahren zum Ausbilden von Hohlräumen oder Poren in einer Keramik dahingehend zu verbessern, daß definierte Poren oder Hohlräume in einer Keramikstruktur ausgebildet werden können, ohne daß sich beim Erzeugen der Poren die Form oder Struktur der Keramik verändert, so daß eine definierte Porosität oder eine definierte Blasenform erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Besonders bewährt hat sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verwendung zur Bildung von Poren in einer Beschichtung aus einer keramischen Paste, insbesondere für die Herstellung planarer Sonden zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasgemischen. Der Korndurchmesser der Glaskohlepartikel bestimmt hierbei in besonders einfacher Weise die Größe der Poren, wobei die maximale Korngröße der Glaskohle sich nach der gewünschten Porengröße, beziehungsweise der Dicke der aufgebrachten Schicht richtet. Zur Vermeidung durchgehender Poren muß dabei der Korndurchmesser kleiner gewählt werden als die Schichtdicke.

Eine weitere vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bei der Ausbildung blasenförmiger Hohlräume unter einer freitragenden Struktur, zum Beispiel für die Herstellung sogenannter Blasen-Drucksensoren, wobei ein einzelner größerer Hohlraum unter der Beschichtung erzeugt wird. Für diese Anwendung wird zweckmäßigerweise Glaskohle mit einem Korndurchmesser im Bereich zwischen 1 und 150 µm, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 100 µm benutzt. Eine besonders einfache und vorteilhafte Verarbeitungsweise bei der Herstellung des Hohlraumes für einen derartigen Blasen-Drucksensor ergibt sich dadurch, daß die Glaskohlepartikel in einem organischen Träger dispergiert sind und mit diesem eine druckfähige Paste bilden, welche in Form der auszubildenden Blase aufgedruckt werden kann.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer porösen Beschichtung eines Grundkörpers und Fig. 2 eine Anordnung mit einem blasenförmigen Hohlraum zwischen einer Beschichtung und einem Grundkörper.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 eine Beschichtung auf einem Grundkörper 11 bezeichnet, welche Poren 12 aufweist. Diese entstehen beim Erhitzen der Glaskohle-Partikel enthaltenden, schichtförmig aufgetragenen Paste auf eine Temperatur von ca. 600°C, bei welcher die Glaskohle sich nahezu rückstandslos verflüchtigt und die Poren 12 in der Beschichtung 10 hinterläßt.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der eine Glaskohle-Partikel enthaltende, sich insgesamt bei Erhitzung verflüchtigende Paste auf den Grundkörper 11 unterhalb einer Beschichtung 10 aufgetragen wurde. Nach dem Erhitzen auf eine Temperatur von ca. 600°C hat sich hier die die Glaskohle enthaltende Unterlage praktisch rückstandslos verflüchtigt und einen Hohlraum 13 unter einer freitragenden Schicht 14 hinterlassen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise einen oder mehrere Hohlräume in oder unter einer Beschichtung eines Grundkörpers zu erzeugen durch den Zusatz von Glaskohle-Partikeln zu Dickschichtpasten, beziehungsweise keramischen Formmassen, die in bekannter Weise auf einen Grundkörper aufgebracht werden. Während eines Sintervorgangs bei ca. 600°C brennt die Glaskohle aus und hinterläßt definierte Hohlräume. Derartige Hohlraumbildner werden zum Beispiel vorteilhaft angewendet für die Herstellung von Abgassensoren, dort zum Beispiel fuhr die Ausbildung des Diffusionskanals, des Luftreferenzkanals oder einer porösen Abdeckung, oder alternativ zum Beispiel für die Herstellung von Drucksensoren in Blasentechnologie. Das beanspruchte Verfahren kann demzufolge sowohl benutzt werden zur Herstellung von freitragenden Dickschichtstrukturen wie auch zur Herstellung poröser Dickschichten und keramischer Formteile. Auch die Herstellung metallischer, poröser Sinterkörper erscheint mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. Die verwendete Glaskohle ist grundsätzlich bekannt, zum Beispiel aus dem Artikel von R. Dübgen in "Plastverarbeiter" 41 (1990) 6, Seite 16 bis 21. Bei der verwendeten Glaskohle handelt es sich um eine durch Pyrolyse von Harzen gewonnene besondere Modifikation des Kohlenstoffes.

Bei der Ausbildung von Poren ist zu berücksichtigen, daß sich die endgültige Größe der Poren ergibt durch den Korndurchmesser der Glaskohle abzüglich der Schwindung während des Sinterprozesses. Die Partikelgröße der Glaskohle muß also entsprechend der Schwindung großer gewählt werden als die erwünschte Porengröße. Man erhält so eine definierte und reproduzierbare Porosität, welche sich besonders vorteilhaft herstellen läßt.

Claims

1. Verfahren zum Ausbilden eines oder mehrerer Hohlräume oder Poren in oder unter einer Beschichtung eines Keramikkörpers, bei dem der keramischen Beschichtungsmasse Teilchen beigemengt oder unterlegt werden, welche sich bei Erhitzung verflüchtigen und die gewünschten Hohlräume oder Poren hinterlassen, dadurch gekennzeichnet, daß als hohlraum- oder porenbildende Substanz Glaskohle verwendet wird und diese durch Erhitzen auf eine Temperatur von mindestens 600°C verflüchtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein blasenförmiger Hohlraum (13) unter einer freitragenden Schicht (14) ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Glaskohlepartikel mit einem Korndurchmesser von 1 bis 150 m, vorzugsweise von 1 bis 100 µm, verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskohlepartikel zur Bildung einer druckfähigen Paste in einem organischen Träger dispergiert werden.

5. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Herstellung planarer Sonden zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasgemischen, wobei die Beschichtung (10) aus einer keramischen Paste (Fig. 1) aufgebracht wird und der maximale Korndurchmesser der Glaskohlepartikel kleiner als die Schichtdicke der aufgebrachten Schicht (10) ausgewählt wird.