DE69707642T2

DE69707642T2 - Keramischer zünder und verfahren zu seiner verwendung

Info

Publication number: DE69707642T2
Application number: DE69707642T
Authority: DE
Inventors: S. Bateman; A. Willkens
Original assignee: Saint Gobain Norton Industrial Ceramics Corp; Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2017-01-11
Also published as: AU695975B2; CN1125270C; CA2243249C; CA2243249A1; DK0876573T3; EP0876573A1; EP0876573B1; AU1694097A; WO1997027432A1; CN1209869A; JP3137264B2; JPH11506194A; DE69707642D1; US5801361A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Keramische Werkstoffe erfreuen sich eines großen Erfolges als Zünder in gasbefeuerten Industrieöfen, Öfen und Trocknern für Kleidungsstücke. Ein keramischer Zünder hat typischerweise eine U-Form, die leitende Stirnabschnitte und ein Mittelteil mit hohem Widerstand umfasst. Wenn die Stirnseiten des Zünders mit elektrischen Leitungen verbunden werden, steigt die Temperatur des Abschnitts mit hohem Widerstand (oder "Heißzone").
Ein konventioneller Zünder, der Mini-IgniterTM von der Norton Company aus Milford, NH, ist für 8 bis 48 V-Anwendungen ausgeführt, besitzt eine Heißzonenzusammensetzung, die Aluminiumnitrid ("AlN"), Molybdändisilicid ("MoSi&sub2;") und Siliziumkarbid ("SiC") umfasst, und einen Heißzonenquerschnitt von 1,524 mm · 0,762 mm (0,060" · 0,030"). Mit zunehmender Attraktivität des Mini-IgniterTM wuchs auch die Anzahl von Anwendungen, die kleine Zünder mit Nennspannungen von mehr als den herkömmlichen 24 V erfordern. Wenn der 24 V Mini-Igniter in solchen Anwendungen verwendet wird, ist er allerdings einem unkontrollierten Temperaturanstieg unterworfen und erfordert somit einen Transformator in dem Regelsystem zum Abwärtstransformieren von der herkömmlichen Leitungsspannung (d. h. 120 V). Folglich besteht Bedarf an für Anwendungen bis ungefähr 240 V ausgelegte Zünder, die keinen teueren Transformator erfordern, aber weiterhin die nachfolgenden Anforderungen erfüllen, die durch die Anwendung und die Heizindustrie vorgegeben sind, um Leitungsspannungsschwankungen zuvorzukommen:
Zeit bis zur Auslegungstemperatur < 5 Sek.
Minimaltemperatur bei 85% der Auslegungsspannung 1 I00ºC
Auslegungstemperatur bei 100% der Auslegungsspannung 1350ºC
Maximaltemperatur bei 110% der Auslegungsspannung 1500ºC
Heißzonenlänge < 38,1 mm (< 1,5")
Leistung (W) 65-100.
Da die für diese Hochspannungsanwendungen verwendete Stromstärke voraussichtlich mit der vergleichbar sein wird, die in 24 V-Anwendungen (d. h. ungefähr 1,0 Ampere) verwendet wird, wird die Fähigkeit, bei einer erhöhten Spannung zu funktionieren, voraussichtlich durch Erhöhen des Widerstands des Zünders gegeben sein.
Da die Heißzone des Mini-IgniterTM ein hoch widerstandsbehaftetes Material (AlN), ein moderat widerstandsbehaftetes Material (SiC) und ein stark leitendes Material (MoSi&sub2;) enthält, besteht ein offensichtlicher Weg zur Erhöhung des Widerstands der Heißzone darin, deren MoSi&sub2;- und SiC-Gehalt zu reduzieren und AlN hinzuzufügen. Zu diesem Zweck wurde eine Versuchszusammensetzung, die ungefähr 76 Vol.% ("v/o" oder "Vol.%") AlN, 9 v/o MoSi&sub2; und 15 v/o SiC enthält, als Rohling geformt und bei einer relativ hohen Temperatur (d. h. ungefähr 1815ºC) einem isostatischen Heißpressverfahren unterzogen wurde [hipped]. Die entstandene Keramik wurde dahingehend als unzufriedenstellend gefunden, dass sie nicht nur die Auslegungstemperatur langsam erreichte, sondern die höhere Temperatur des isostatischen Heißpressverfahrens [hip temperature] auch gröbere Körner erzeugte, die der Verbindung einen signifikant negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten ("NTCR") verliehen, der einen unkontrollierten Temperaturanstieg oberhalb von ungefähr nur 1350ºC erzeugt. Ein NTCR bedeutet, dass mit zunehmender Temperatur des Zünders der Widerstand abnimmt. Diese Abnahme führt dazu, dass der Zünder heißer wird als er es werden würde, wenn der Widerstand konstant wäre. Wenn der NTCR zu extrem ist, ist der Zünder bei 85% der Nennspannung langsam und kühl und bei 110% der Nennspannung instabil. Tatsächlich kann ein solcher Zünder bei weniger als 110% des Nennwertes ein Durchgehen zeigen, wobei in diesem Fall sogar bei konstanter Spannung die Stromstärke und die Temperatur weiterhin ansteigen, bis ein Versagen (Ausbrennen) auftritt. Daher bevorzugt man eher, dass die Zünder einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten haben ("PTCR") oder nur einen moderaten NTCR aufweisen. Während der Widerstand einer Keramik mit PTCR zunimmt, wenn dessen Temperatur von 1000ºC auf 1350ºC ansteigt, nimmt der Widerstand einer Keramik mit moderatem NTCR um weniger als 25% ab, wenn dessen Temperatur von 1000ºC auf 1350ºC ansteigt. Entweder ein PTCR oder ein moderater NTCR würden bei ansteigender Spannung eine allmählichere Temperaturzunahme zulassen, die für Hochspannungsanwendungen kritisch ist, da, wie zuvor erläutert, der Zünder über einen breiten Spannungsbereich stabil arbeiten muss.
Das US-Patent 5,085,804 ("das Washburn-Patent" oder "Washburn") offenbart zusammen mit dem zugehörigen US-Patent 5,405,237 Zusammensetzungen, die für die Heißzonen eines keramischen Zünders geeignet sind und die umfassen:
(a) zwischen 5 und 50 v/o MoSi&sub2;, und
(b) zwischen 50 und 95 v/o eines Materials, das aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid; Aluminiumoxid, Magnesiumaluminat, Siliziumaluminiumoxynitrid und deren Mischungen ausgewählt ist.
Das Washburn-Patent offenbart einen 220 V-Zünder, der einen Heißzonenquerschnitt von 1,524 mm · 0,6096 mm (0,06" bis 0,024") aus 50 v/o AlN, 42,2 v/o SiC und 7,8 v/o MoSi&sub2; aufweist, wobei der niedrige MoSi&sub2;-Gehalt in der Heißzone die Geschwindigkeit, mit der dieser Zünder seine Auslegungstemperatur erreicht, nicht nur dramatisch erzwingt, sondern auch einen signifikanten NTCR erzeugt, der den Zünder bei 253 V (110% der 230 V Auslegungsspannung) unstabil macht.
Aufgrund dessen besteht ein Bedarf an einem Werkstoff für einen Keramikzünder, der die zuvor diskutierten Hochspannungsleistungsanforderungen erfüllt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein keramischer Zünder geschaffen, umfassend:
(i) ein Paar leitende Stirnseiten und
(ii) eine Heißzone, die zwischen den leitenden Stirnseiten angeordnet ist, wobei die Heißzone umfasst:
(a) zwischen ungefähr 50 und ungefähr 80 Vol.% eines elektrisch isolierenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,
(b) zwischen ungefähr 10 und ungefähr 45 Vol.% eines halbleitenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid und Borkarbid und deren Mischungen ausgewählt ist, und
(c) zwischen ungefähr 5 und ungefähr 25 Vol.% eines metallischen Leiters, der aus der Gruppe besteht aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframkarbid, Titannitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,
wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone eine Dicke von nicht mehr als 0,4826 mm (0,019") hat. Vorzugsweise umfasst der Zünder ferner einen Träger, auf dem die Heißzone angeordnet ist, wobei der Träger eine solche Dicke aufweist, dass die Gesamtdicke des Trägers und der darauf angeordneten Heißzone wenigstens 0,508 mm (0,020") beträgt. Ebenfalls ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verwendung eines keramischen Zünders bereitgestellt, das die Schritte umfasst:
a) Bereitstellen eines Zünders umfassend:
(i) ein Paar leitende Stirnseiten und
(ii) eine Heißzone, die zwischen den leitenden Stirnseiten angeordnet ist, wobei die Heißzone umfasst:
(a) zwischen ungefähr 50 und ungefähr 80 Vol.-% eines elektrisch isolierenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,
(b) zwischen ungefähr 10 und ungefähr 45 Vol.% eines halbleitenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid und Borkarbid und deren Mischungen ausgewählt ist, und
(c) zwischen ungefähr 9 und ungefähr 14 Vol.-% eines metallischen Leiters, der aus der Gruppe besteht aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframkarbid, Titanitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,
wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone eine Querschnittsfläche zwischen 0,0967 und 0,5806 mm² (0,00015 und 0,00090 Quadratzoll) hat,
b) Anlegen einer Spannung zwischen 200 V und 240 V zwischen den leitenden Stirnseiten des Zünders, wodurch der widerstandsbehaftete Abschnitt in weniger als 5 Sekunden auf ungefähr 1350ºC erwärmt wird, während eine Abnahme des spezifischen Widerstands der Heißzone von mehr als 25% vermieden wird, wenn die Temperatur der Heißzone von 1000ºC auf 1350ºC zunimmt.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 und 2 sind eine Vorderansicht bzw. eine perspektivische Ansicht von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ist eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 zeigt das elektrische Verhalten eines Vergleichsbeispiels I und eines Beispiel I hinsichtlich des Widerstands und der Temperatur.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Man hat überraschender Weise herausgefunden, dass das Vorsehen eines Trägers an der Heißzone eines herkömmlichen Washburn-Zünders eine ausreichende strukturelle Stütze für die Heißzone schafft, die es zulässt, dass dessen Dicke sicher verringert werden kann, wodurch in der Heißzone elektrische Eigenschaften geschaffen werden, die die Anforderungen für auf 220 V-240 V ausgelegte Anwendungen erfüllen. Aufgrund dessen hat man einen engen Bereich für die Verbindung und den Querschnitt herausgefunden, der die für die Hochspannungszünder erforderliche Geschwindigkeit, Widerstand und die strukturelle Integrität bereitstellt.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist im Hinblick auf Washburn unerwartet. Während Washburn eine praktische Untergrenze für die Heißzonendicke von 0,058 mm (0,020 Inch) lehrt, hat der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Dicke, die unterhalb dieser Untergrenze liegt.
Das Verfahren zur Verwendung der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls im Hinblick auf Washburn unerwartet. Washburn lehrt, dass "weil der elektrische Widerstand (der Washburn- Zusammensetzungen) über mehrere Größenordnungen variiert werden kann, können Konfigurationen gestaltet werden, um die Anwendung aufzunehmen, eher als die elektrischen Eigenschaften des Materials..." (siehe Spalte 7, Zeilen 50-52 des Washburn-Patentes). Folglich lehrt Washburn, dass die Zusammensetzung, nicht der Querschnitt, variiert werden sollte, um die elektrischen Eigenschaften zu schaffen, die für Hochspannungszünder wünschenswert sind. Es findet sich kein Hinweis darauf, dass eine relativ dünne Heißzone (d. h. eine Querschnittsfläche von zwischen 0,0967 und 0,5806 mm² (0,0015 und 0,00090 Quadratzoll)) kombiniert mit einem Bereich von Washburn-Zusammensetzungen die gewünschten Hochspannungseigenschaften erzielt. Tatsächlich lehrt Washburn, dass es wünschenswert ist, relativ dickere Formen zu haben, sowohl gemäß Vorschlag (siehe Spalte 8, Zeilen 3-6) als auch per Beispiel (siehe Spalte 7, Zeile 41, 59 und 64; Spalte 10, Zeile 61; und Spalte 12, Zeile 3). Im Gegensatz hierzu erfüllt die vorliegende Erfindung die Hochspannungsanforderungen hauptsächlich dadurch; dass Heißzonenquerschnitte verwendet werden, die nahe oder unterhalb der praktischen Untergrenze von Washburn liegen. Da die Zusammensetzung von Washburn überdies für 220 V-Zünder unzweckmäßige geringe Geschwindigkeiten hervorruft, gab es im Stand der Technik auch keinen Hinweis darauf, dass die ledigliche Anhebung des Widerstands (beispielsweise durch Schaffen einer dünnen Heißzone) zu Hochspannungszündern mit akzeptablen Geschwindigkeiten führen würde.
Weitere Offenbarungen von keramischen Zündern mit dünnen Heißzonenquerschnitten (beispielsweise US-Patent 4,804,823) regen 200-240 V-Anwendungen an.
Wie in Fig. 1 gezeigt, hat ein bevorzugter Zünder der vorliegenden Erfindung die Form einer Haarnadel mit zwei über eine Brücke 11 elektrisch verbundene Beine 10. Jedes der zwei Beine besitzt einen inneren Abschnitt 12', einen mittleren Abschnitt 13 und einen äußeren Abschnitt 14 und erstreckt sich in der gleichen Richtung von der Brücke, wobei die mittleren Abschnitte 13 mit der Brücke elektrisch verbunden sind und die Heißzonenzusammensetzung umfassen, und der innere und der äußere Abschnitt Träger umfassen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt ein bevorzugter Zünder gemäß dieser Ausgestaltung ein Paar leitender Stirnseiten 32 und 33 zur Anbringung von elektrischen Leitungen, Heißzonen 34, 35 und 36 und elektrisch isolierende Trägerabschnitte 37, 38 und 39. Wenn ein Leitungspaar an jeder der leitenden Stirnseiten angebracht ist und hieran eine Spannung angelegt wird, fließt Strom von der ersten Leitung zu dem ersten leitenden Abschnitt 32, durch jede der Heißzonen 34' - 36 (wodurch hier bewirkt wird, dass die Temperatur der Heißzonen ansteigt), und schließlich durch die zweite leitende Stirnseite 33, wo Strom durch die zweite Leitung abfließt.
Die einen dünnen Querschnitt (zum Beispiel' Heißzonen 34 und 36 der Fig. 2) aufweisenden Abschnitte der Heißzone haben eine Dicke von ungefähr 0,127 mm bis 0,762 mm (0,005" und 0,030"), vorzugsweise zwischen 0,254 mm und 0,48 mm (0,010" und 0,019"). Die Breite dieser Abschnitte beträgt im Wesentlichen zwischen 0,51 mm und 1,27 mm (0,020" und 0,050"), vorzugsweise zwischen 0,635 mm und 0,762 mm (0,025" und 0,030"), noch bevorzugter ungefähr 0,762 mm (0,030"). In einer bevorzugten Ausführungsform mit der zweibeinigen Haarnadelausgestaltung liegt die Heißzone zwischen jedem Bein und typischerweise misst sie ungefähr zwischen 12,7 mm und 30,5 mm (0,5" und 1,2") in der Länge (pro Bein), vorzugsweise zwischen ungefähr 19,1 mm und 25,4 mm (0,75" und 1,0") in der Länge (pro Bein), und zwischen ungefähr 0,508 mm und 1,27 mm (0,020" und 0,050") in der Breite, vorzugsweise ungefähr 0,762 mm (0,030") in der Tiefe. Für Hochspannungsanwendungen (d. h. zwischen 200 V und 240 V, typischerweise zwischen 220 V und 240 V), besitzt jede dieser Heißzonen typischerweise eine Querschnittsfläche von zwischen 0,0967 und 0,5806 mm² (0,00015 und 0,00090 Quadratzoll), vorzugsweise zwischen 0,1934 und 0,3677 mm² (0,00030 und 0,00057 Quadratzoll), noch bevorzugter zwischen 0,2903 und 0,3290 mm² (0,00045 und 0,00051 Quadratzoll).
Obwohl jeder der Abschnitte 34, 35 und 36, wie in der Fig. 2 gezeigt, als widerstandsbehaftet beschrieben ist, sollte es klar sein, dass nur einer dieser Abschnitte ein widerstandsbehafteter Abschnitt mit dem erforderlichen Querschnitt sein muss. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der Abschnitt 35 (auch als "Brücke" bezeichnet) eine Zusammensetzung haben, die identisch ist mit der Zusammensetzung der leitenden Stirnseiten 32 und 33, was es zulässt, dass die Brücke 35 als Flammensensor dient. In anderen Ausführungsformen ist die Brücke 35 ein ähnlich widerstandsbehafteter Werkstoff oder ein höher widerstandsbehafteter Werkstoff, der beim Steuern des Temperaturprofils des Zünders mithilft.
Die Heißzonen 34-36 schaffen die funktionale Erwärmung zur Gaszündung. In bevorzugten Ausführungsformen werden Komponentenanteile von Aluminiumnitrid, Molybdändisilicid und Siliziumkarbid verwendet, wie sie in dem US-Patent 5,045,237 offenbart sind, deren Beschreibung durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen ist. Wie in dem Washburn-Patent angedeutet, ist das AlN-SiC-MoSi&sub2;-System ein flexibles, das Zünder hervorbringen kann, die Widerstände im Bereich von ungefähr 0,001 bis ungefähr 100 Ohm-cm aufweisen. Diese Heißzonen haben im Temperaturbereich zwischen 1000 bis 1500ºC im Allgemeinen einen Widerstand zwischen 0,04 Ohm-cm und 100 Ohm-cm und vorzugsweise zwischen 0,2 Ohmem und 100 Ohmem. In Anwendungen, die Spannungen von 200 bis 240 Volt benötigen, umfasst die Heißzone vorzugsweise ungefähr 50-80 v/o Aluminiumnitrid und ungefähr 9- 14 v/o MoSi&sub2; und 10-45 v/o SiC und besitzt eine Querschnittsfläche zwischen 0,0967 und 0,5806 mm² (0,00015 und 0,00090 Quadratzoll). Noch bevorzugter umfasst sie ungefähr 60- 70 v/o Aluminiumnitrid und ungefähr 10-12 v/o MoSi&sub2; und 20-25 v/o SiC und besitzt eine Querschnittsfläche zwischen 0,1934 und 0,3677 mm² (0,00030 und 0,00057 Quadratzoll). Am bevorzugtesten umfasst sie 64 v/o AlN, 11 v/o MoSi&sub2; und 25 v/o SiC und hat eine Querschnittsfläche zwischen 0,2903 und 0,3290 mm² (0,00045 und 0,00051 Quadratzoll). Wenn diese Heißzonen in Niederspannungsanwendungen verwendet werden, hatte jede eine akzeptable Leistung. Heißzonen mit einem Gehalt an Molybdändisilicid von 13-14 Vol.-% und einer Querschnittsfläche zwischen 0,1355 und 0,2709 mm² (0,00021 - 0,0042 Quadratzoll) erreichten bei nur 100 V 1350ºC und würden so bei 230 V durchbrennen. Heißzonen mit einem Gehalt an Molybdändisilicid von 9 Vol.% und einer Querschnittsfläche von 0,3868 mm² (0,00060 Quadratzoll) erreichten bei 230 Volt keine 1000ºC und Heißzonen mit einem Molybdändisilicidgehalt von 11-12 Vol.-% und einer Querschnittsfläche zwischen 0,2903 und 0,3290 mm² (0,00045 bis 0,00051 Quadratzoll) hatten bei 230 V eine gute Leistung.
Vorzugsweise gleichen die Partikelgrößen sowohl der Ausgangspulver als auch der Körner in der verdichteten Heißzone den Partikelgrößen, wie sie in dem Washburn-Patent beschrieben sind. In einigen Ausführungsformen ist die durchschnittliche Korngröße (dso) der Heißzonenbestandteile in dem verdichteten Körper wie folgt: a) elektrisch isolierendes Material (d. h. AlN) zwischen ungefähr 2 und 10 um (Mikrometer), b) halbleitendes Material (d. h. SiC) zwischen ungefähr 1 und 10 um (Mikrometer) c) und metallischer Leiter (d. h. MoSi&sub2;) zwischen ungefähr 1 und 10 um (Mikrometer).
Die leitenden Stirnseiten 32 und 33 erlauben die Anbringung von Leitungsdrähten.
Vorzugsweise bestehen sie auch aus AlN, SiC und MoSi&sub2;. Sie haben aber einen signifikant höheren Prozentanteil an leitenden und halbleitenden Materialien (d. h. SiC und MoSi&sub2;) als die Heißzone. Demgemäss haben sie typischerweise nur ungefähr 1/5 bis 1/20 des Widerstands der Heißzonenzusammensetzung und erwärmen sich nicht bis auf die Temperaturen, die in der Heißzone erwartet werden. Sie umfassen vorzugsweise ungefähr 20 bis 65 v/o Aluminiumnitrid und ungefähr 20 bis 70 v/o MoSi&sub2; und SiC in einem Volumenverhältnis von ungefähr 1 : 1 bis 1 : 3. Noch bevorzugter umfassen die leitenden Stirnseiten ungefähr 60 v/o AlN, 20 v/o SiC und 20 v/o MoSi&sub2;. In bevorzugten Ausführungsformen betragen die Abmessungen der leitenden Stirnseiten 32 und 33 12,7 mm (0,50") (Länge eines einzelnen Beines) · 0,762 mm (0,030") (Breite) x (0,762 mm) 0,030" (Dicke).
Die Funktion der Träger 37-39 besteht darin, die widerstandsbehafteten Abschnitte 34-36 mechanisch zu stützen. Die Träger 37 und 39, die die Heißzonenabschnitte tragen, haben typischerweise eine Länge und eine Breite, die den Heißzonenabschnitten 34 und 36 gleicht, und eine Dicke zwischen 0,381 mm und 0,51 mm (0,015" und 0,030"), so dass die Gesamtdicke der Heißzone und deren stützender Träger 0,51 mm und 1,27 mm (0,02" und 0,050") beträgt. Vorzugsweise bestehen die Träger aus einer elektrisch isolierenden Keramik mit einem Widerstand von wenigstens 10 g (10E+8) Ohm und einer Festigkeit von wenigstens ungefähr 150 MPa. Geeignete Keramikzusammensetzungen für die Träger enthalten Zusammensetzungen mit wenigstens 90 v/o von wenigstens einem der nachfolgenden Werkstoffe Aluminiumnitrid, Bornitrid und Siliziumnitrid. Wenn Träger verwendet werden; muss darauf geachtet werden, dass die thermische Ausdehnung und die Verdichtungsgeschwindigkeiten der Träger und der benachbarten Heißzonen zusammenpassen. Beispielsweise hat man herausgefunden, dass ein Träger aus 91 v/o Aluminiumnitrid, 6 v/o Yttria, 2 v/o Aluminiumoxid und 1 v/o Silika zusammen mit einer herkömmlichen Washburn-Heißzonenzusammensetzung zu solch unterschiedlichen Verdichtungsgeschwindigkeiten führte, dass ein Bruch bewirkt wurde. Man hat auch herausgefunden, dass; wenn man Aluminiumoxid als primäres Trägermaterial auswählt, es mit dem Glasmedium reagierte, das beim isostatischen Heißpressen [hot isostatically pressing] der Zusammensetzung verwendet wird, und aufgrund des thermischen Ausdehnungsunterschieds einen Bruch verursachte. Bei Ausführungsformen, die ein AIN- MoSi&sub2;-SiC-System verwenden, hat man herausgefunden, dass Träger mit wenigstens 90 Vol.-% Aluminiumnitrid und bis zu 10 Vol.% Aluminiumoxid kompatible thermische Ausdehnungs- und Verdichtungseigenschaften aufwiesen. Aufgrund dessen ist man überzeugt, dass Träger mit wenigstens 90 v/o von wenigstens einem der nachfolgenden Werkstoffe Aluminiumnitrid, Bornitrid und Siliziumnitrid und 1/10 v/o einer Verdichtungshilfe, die aus der Gruppe umfassend Aluminiumoxid, Yttria, Magnesia, Silika und Kalcia ausgewählt ist, zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind. In bevorzugten Ausführungsformen haben die Träger 37-39 die Abmessungen 25,4 mm (1,00") (Länge) · 0,762 mm (0,030") (Breite) · 0,762 mm (0,030") (Dicke).
Man hat auch herausgefunden, dass die Träger dabei mithelfen, die Heißzonen vor Oxidation zu schützen. In einigen Ausführungsformen, siehe beispielsweise Fig. 1, werden die Heißzonen von jedem Bein durch i) äußere Träger mit im Wesentlichen der gleichen Breite und Länge wie die benachbarte Heißzone und ii) inneren Trägern, die sich von der Brücke erstrecken und im Wesentlichen die gleiche Breite wie die benachbarte Heißzone haben, getragen, wodurch eine Oxidationswiderstandsbarriere für wenigstens ungefähr 60% des innerhalb der Beine liegenden Oberflächenbereichs der Heißzonen geschaffen ist. Man hat herausgefunden, dass solche oxidationsbeständigen Zünder eine Stromstärkenzunahme von weniger als 1% über 30.000 Zyklen erfahren. Im Gegensatz hierzu hat man herausgefunden, dass herkömmliche Zünder mit der gleichen Zusammensetzung, die aber keine Träger haben, eine Stromstärkenzunahme von ungefähr 15% über 30.000 Zyklen erfahren.
Wenn Leitungen an den leitenden Stirnseiten eines bevorzugten Zünders der vorliegenden Erfindung angebracht sind und eine Spannung zwischen 220 V und 240 V an die Leitungen angelegt wird, wärmt sich der hoch widerstandsbehaftete Abschnitt in nicht mehr als 5 Sekunden auf ungefähr 1350ºC auf und erzeugt in den oberen Bereichen des Zünders ein Weißglühen, wie es in Fig. 2 durch den Bereich A gekennzeichnet ist. Es wurde aber in einigen Ausführungsformen beobachtet, dass das Glühen dazu tendiert, in den mit B gekennzeichneten Bereich abwärts zu kriechen. Man glaubte, dass der Grund für dieses Kriechen darin besteht, dass bei Temperaturen von über ungefähr 1100ºC genug Strom direkt über den auf Aluminiumnitrid basierenden Träger 38 fließt, um den vorgezeichneten elektrischen Weg kurzzuschließen. Es ist nicht bekannt, ob das Aluminiumnitridpulver (ein elektrischer Isolator, der bei Raumtemperatur einen Widerstand von ungefähr 10&sup6; (10E+6) Ohm-cm hat) einen ungewöhnlich hohen Anteil an metallischen Verunreinigungen mit sich führte oder ob durch den isostatischen Glasheißpressverarbeitungsprozess [glass hipping process] Verunreinigungen in den auf Aluminiumnitrid basierenden Träger eingebracht wurden. Was auch immer die Ursache für dieses Phänomen ist, es wurde herausgefunden, dass durch das Vorsehen eines Schlitzes 40 von ungefähr 0,51 mm und 1,27 mm (0,02" bis 0,050") in der Dicke im Träger 38, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 gezeigt ist, erfolgreich verhindert werden konnte, dass die Schicht ein effektiver Kurzschluss für den Zünder der vorliegenden Erfindung ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, erstreckt sich der Schlitz 15 in einigen Ausführungsformen bis zur Brücke 11.
Ebenfalls wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein bevorzugtes Herstellungsverfahren bereitgestellt, bei dem Kacheln mit vorbestimmten Zusammensetzungen so angeordnet werden, dass der Kachelquerschnitt einen elektrischen Kreis bildet. In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Erfindung (und wie es in Fig. 3 gezeigt ist) wird eine erste Kachel 21 mit einem leitenden Abschnitt 22 und einem isolierenden Abschnitt 23 auf eine flache Fläche (nicht gezeigt) gelegt. Eine zweite Kachel 24 mit nur einem widerstandsbehafteten Abschnitt wird auf die erste Kachel aufgelegt. Eine dritte Kachel 25 mit einem isolierenden Abschnitt 26 und einem widerstandsbehafteten Abschnitt 27 wird dann so auf die zweite Kachel 24 gelegt, dass der widerstandsbehaftete Abschnitt 27 oberhalb des isolierenden Abschnitt 23 liegt. Nun wird eine vierte Kachel 28, die nur einen widerstandsbehafteten Abschnitt aufweist, auf die dritte Kachel 25 gelegt. Schlussendlich wird eine fünfte Kachel 29 mit isolierendem Abschnitt 30 und einem leitenden Abschnitt 31 so auf die vierte Kachel gelegt, dass der isolierende Abschnitt 30 oberhalb des widerstandsbehafteten Abschnitts 27 liegt. Dieses Laminat wird dann derart verdichtet, dass die einzelnen Kacheln sich miteinander verbinden. Das verdichtete Laminat wird dann über seine Tiefe so in Scheiben geschnitten, dass mehrere einzelne keramische Zünder geformt werden.
Bei Herstellung der vorliegenden Erfindung umfasst jede Rohkachel, die in der Fig. 3 gezeigt ist, eine vollständige Schicht aus dem keramischen Laminat (d. h. Kachel 25 hat einen isolierenden Abschnitt 26 und einen widerstandsbehafteten Abschnitt 27). Alternativ können die Kacheln auch nur aus einem Abschnitt einer Schicht bestehen. Im letzteren Fall hat man herausgefunden, dass die Kacheln, die einen Abschnitt einer Schicht umfassen, zusammengeklebt werden können, ohne dass es zu einem Eigenschaftsverlust kommt.
Obgleich in der Fig. 3 die hochwiderstandsbehafteten Abschnitte 24 und 28 als starre Rohkacheln dargestellt sind, können diese Abschnitte alternativ entweder durch Stranggießen, Rollverdichten, Warmpressen, gefolgt durch einen Schneidvorgang hergestellt werden oder mittels Siebdruck hergestellt werden.
Die Verarbeitung der keramischen Bestandteile (d. h. die Rohkörperverarbeitung und die Sinterbedingungen) als auch die Herstellung des Zünders aus der verdichteten Keramik können in irgendeinem herkömmlichen Verfahren ausgeführt werden. Typischerweise werden derartige Verfahren im Wesentlichen gemäß dem Washburn-Patent ausgeführt. In bevorzugten Ausführungsformen werden die Rohlaminate durch isostatisches Heißpressen in einem Glasmedium, wie es im Washburn-Patent offenbart ist, verdichtet. Dieser Verdichtungsvorgang führt zu einem keramischen Körper, dessen Heißzone eine Dichte von wenigstens 95%, vorzugsweise wenigstens ungefähr 99% der theoretischen Dichte hat. Die Zünder der vorliegenden Erfindung können in vielen Anwendungen verwendet werden, die auch das Zünden von Brennstoff in Gasphase wie beispielsweise bei Ofen- und Kochgeräten, Heizgeräten, Boilern und Ofenaufsätzen umfasst.
Der Praxiseinsatz der vorliegenden Erfindung kann ferner aus den nachfolgenden, nicht beschränkenden Beispielen und Vergleichsbeispielen richtig beurteilt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein "stabiler" Zünder einer, der bei einer gegebenen Spannung einen konstanten Widerstand und eine konstante Temperatur beibehält.

VERGLEICHSBEISPIEL I

Dieses Vergleichsbeispiel beschreibt das Verhalten eines Zünders bei 230 V, bei dem die Heißzone eine herkömmliche Washburn-Zusammensetzung hat und einen herkömmlichen (d. h. zu dicken) Querschnitt aufweist.
Eine Heißzonenzusammensetzung mit ungefähr 66-71 v/o AlN, 8,5-9 v/o MoSi&sub2; und 20,5-25 v/o SiC wurde in einem Mischer mit hohen Scherkräften gemischt. Eine Kaltzonenzusammensetzung mit ungefähr 20 Teilen pro Volumen AlN, ungefähr 20 Teilen pro Volumen MoSi&sub2; und ungefähr 60 Teilen pro Volumen SiC wurde in gleicher Weise gemischt. Diese Pulvermischungen wurden dann in nebeneinander liegenden Volumina einer Heißpresse eingebracht und heißgepresst, um einen Knüppel mit ungefähr 60% der theoretischen Dichte zu formen. Dieser Knüppel wurde dann nass verarbeitet, um Kacheln mit zwei Zonen zu formen, die ungefähr 76,2 mm · 50,8 mm · 50,8 mm (3,00" · 2,00" · 0,20") maßen. Dann wurden die bearbeiteten Kacheln einem isostatischen Heißpressvorgang unterworfen, bei dem die Kacheln für eine Stunde bei 1790ºC und 30.000 psi durchgewärmt wurden. Nach dem isostatischen Heißpressvorgang [hipping] wurde die dichte Kachel zur Herstellung eines Zünders mit Haarnadelform mit Diamant bearbeitet (d. h. 38,1 mm (1,5") Länge eines einzelnen Beins · 0,762 mm (0,030") Dicke · 1,27 mm (0,050") Beinbreite mit einer Schlitzbreite von 1,524 mm (0,060")) mit einem Heißzonenquerschnitt von ungefähr 1,27 mm · 0,762 mm (0,050" · 0,030") und einer Heißzonenlänge von ungefähr 25,4 mm (2,0") pro Bein.
Das elektrische Betriebsverhalten bei 230 V des fertigen Zünders ist in der Fig. 4 anhand des. Widerstandes und der Temperatur dargestellt. Bei ungefähr 230 V steigt die Temperatur des Zünders weiter an (d. h. er geht durch), was ein Durchbrennen des Zünders verursacht.

BEISPIEL I

Es wurde ein Rohlaminat im Wesentlichen gemäß dem in der Fig. 2 gezeigten Aufbau hergestellt. Die Heißzonen waren aus 66 v/o AlN, 25 v/o SiC und 11 v/o MoSi&sub2; hergestellt. Die Trägerabschnitte wurden aus 96 v/o Aluminiumnitrid und 4 v/o Aluminiumoxid hergestellt. Die leitenden Stirnenden wurden aus 20 v/o AlN, 60 v/o SiC und 20 v/o MoSi&sub2; hergestellt. Das Rohlaminat wurde dann für eine Stunde bei ungefähr 1800ºC durch ein isostatisches Heißpressverfahren verdichtet, um einen keramischen Block zu formen. Der Block wurde dann quer über seine Breite geschnitten, um mehrere Heißflächenelemente mit den Maßen 38,1 mm · 1,2 mm · 0,762 mm (1,5" · 0,050" · 0,030") herzustellen. Die Heißzonen hatten einen Querschnitt von ungefähr 0,381 mm · 0,762 mm (0,015" · 0,030") und eine Einzelbeinlänge von ungefähr 25,4 mm (1,0"). In dem mittleren isolierenden Trägerabschnitt wurde ein Schlitz eingebracht, der die Maße 1,27 mm · 0,762 mm · 35,56 mm (0,050" · 0,030" · 1,4") aufwies. An den leitenden Abschnitten des Heißflächenelementes wurden geeignete Leitungen angebracht und es wurde eine Spannung von ungefähr 230 V angelegt.
Das elektrische Betriebsverhalten bei 230 V des sich ergebenden Zünders ist in Fig. 4 anhand des Widerstands und der Temperatur gezeigt. Der Zünder zeigte eine stabile Heizleistung und erreichte die Auslegungstemperatur von ungefähr 1100ºC in ungefähr 4 Sekunden.

BEISPIEL II

Dieses Beispiel beschreibt das Verhalten eines Zünders bei 230 V, wobei der Zünder eine Heißzone mit zuviel Molybdändisilicid aufweist.
Der Zünder wurde im Wesentlichen gemäß dem Beispiel I hergestellt, außer dass die Heißzone einen Molybdängehalt von 15 v/o hatte. Der Zünder erreichte die Betriebstemperatur von ungefähr 1300ºC bei nur 24 V. Obwohl dieses Betriebsverhalten für einen 24 V-Zünder akzeptabel ist, erwartete man, dass dieser Zünder höchstwahrscheinlich bei 230 V durchbrennen würde.

BEISPIEL III

Dieses Beispiel beschreibt das Verhalten eines 230-Volt-Zünders, bei dem die Heißzone ungenügend Molybdändisilicid aufwies.
Der Zünder wurde im Wesentlichen gemäß dem Beispiel I hergestellt, außer dass die Heißzone einem Molybdängehalt von nur 6 v/o aufwies.
Der Zünder erreichte die Betriebstemperatur nach ungefähr 12 Sekunden, zeigte aber ein Durchgehen bei 240 V.

BEISPIEL IV

Dieses Beispiel beschreibt das Verhalten bei 230 V eines Zylinders, der keinen Schlitz zwischen den Beinen aufweist.
Der Zünder wurde im Wesentlichen gemäß dem Beispiel I hergestellt, außer dass der mittlere Aluminiumnitridabschnitt nicht geschlitzt war.
Der Zünder erreichte bei 85% der Auslegungsspannung schnell die Auslegungstemperatur (d. h. 5 Sek. bis 1100ºC). Bei weiterer Spannungszunahme wurde aber beobachtet, dass der heißeste Abschnitt des Zünders sich zu den leitenden Bereichen abwärts bewegte, was zu einem Ausfall des Zünders führte.

Claims

1. Keramikzünder umfassend:

(i) ein Paar leitende Stirnseiten (32, 33) und

(ii) eine Heißzone (34, 35, 36), die zwischen den leitenden Stirnseiten (32, 33) angeordnet ist, wobei die Heißzone (34, 35, 36) umfasst:

(a) zwischen ungefähr 50 und ungefähr 80 Vol.-% eines elektrisch isolierenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,

(b) zwischen ungefähr 10 und ungefähr 45 Vol.% eines halbleitenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid und Borkarbid und deren Mischungen ausgewählt ist, und

(c) zwischen ungefähr 5 und ungefähr 25 Vol.-% eines metallischen Leiters, der aus der Gruppe besteht aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframkarbid, Titannitrid und deren Mischungen ausgewählt ist, wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone (34, 35, 36) eine Dicke von nicht mehr als 0,4826 mm (0,019") hat.

2. Zünder nach Anspruch 1, ferner umfassend (iii) einen Träger (37, 38, 39), auf dem die Heißzone (34, 35, 36) angeordnet ist, wobei der Träger (37, 38, 39) eine solche Dicke aufweist, dass die Gesamtdicke des Trägers (37, 38, 39) und der darauf angeordneten Heißzone (34, 35, 36) wenigstens 0,51 mm (0,020") beträgt.

3. Zünder nach Anspruch 2, wobei der Träger (37, 38, 39) im Wesentlichen aus einer elektrisch isolierenden Keramik besteht, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid und deren Mischungen ausgewählt ist.

4. Zünder nach Anspruch 3, wobei der Träger (37, 38, 39) wenigstens 90 v/o einer elektrisch isolierenden Keramik, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid und deren Mischungen ausgewählt ist, und zwischen 1 und 10 v/o einer Verdichtungshilfe, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Yttria, Magnesia, Kalziumoxid und Silika ausgewählt ist, umfasst.

5. Zünder nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung der Heißzone (34, 35, 36) zwischen 10 und 12 v/o Molybdändisilicid umfasst.

6. Zünder nach Anspruch 5, wobei die Heißzone (34, 35, 36) eine Dicke zwischen 0,254 mm und 0,4826 mm (0,010" und 0,019") hat.

7. Zünder nach Anspruch 1, wobei der Zünder die Form einer Haarnadel mit zwei Beinen (10) hat, die durch eine Brücke (11) elektrisch verbunden sind, wobei jedes der zwei Beine (10) die Heißzonenzusammensetzung umfasst und die Brücke (11) eine leitende Zusammensetzung umfasst.

8. Zünder nach Anspruch 7, der die Form einer Haarnadel hat und zwei über eine Brücke (11) elektrisch verbundene Beine (10) umfasst, wobei sich die Beine (10) von der Brücke (11) in der gleichen Richtung erstrecken und jedes Bein einen inneren (12), einen mittleren (13) und einen äußeren Abschnitt (14) umfasst, wobei der mittlere Abschnitt (13) mit der Brücke (11) elektrisch verbunden ist und die Heißzonenzusammensetzung umfasst, wobei die äußeren (14) und inneren (12) Abschnitte Träger umfassen.

9. Zünder nach Anspruch 8, wobei der innere Abschnitt (12) eines jeden Beines eine solche Dicke hat, dass sich die Beine (10) nicht berühren, wodurch zwischen den Beinen ein Schlitz (15) definiert ist.

10. Zünder nach Anspruch 9, wobei sich der Schlitz (15) zu der Brücke (11) erstreckt.

11. Zünder nach Anspruch 8, wobei die Heißzonen eines jeden Beines durch i) äußere Träger (14), die im Wesentlichen die gleiche Tiefe und Länge haben wie die benachbarte Heißzone, und ii) innere Träger (12); die sich von der Brücke erstrecken und im Wesentlichen die gleiche Tiefe haben wie die benachbarte Heißzone, gestützt sind, wodurch eine Oxidationswiderstandsbarriere für wenigstens ungefähr 60% des innerhalb der Beine liegenden Oberflächenbereichs der Heißzonen geschaffen ist.

12. Zünder nach Anspruch 8, wobei ein einzelner Träger (38) zwischen den Beinen die inneren Abschnitte von jedem Bein definiert.

13. Verfahren zum Verwenden eines keramischen Zünders, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines Zünders umfassend:

(i) ein Paar leitende Stirnseiten (32, 33) und

(a) zwischen ungefähr 50 und ungefähr 80 Vol.% eines elektrisch isolierenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,

(b) zwischen ungefähr 10 und ungefähr 45 Vol.-% eines halbleitenden Werkstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid und Borkarbid und deren Mischungen ausgewählt ist, und

(c) zwischen ungefähr 9 und ungefähr 14 Vol.% eines metallischen Leiters, der aus der Gruppe besteht aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframkarbid, Titannitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,

wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone (34, 35, 36) eine Querschnittsfläche zwischen 0,0967 und 0,5806 mm² (0,00015 und 0,00090 Quadratzoll) hat,

b) Anlegen einer Spannung zwischen 200 V und 240 V zwischen den leitenden Stirnseiten (32, 33) des Zünders, wodurch der widerstandsbehaftete Abschnitt in weniger als 5 Sekunden auf ungefähr 1350ºC erwärmt wird, während eine Abnahme des spezifischen Widerstands der Heißzone (34, 35, 36) von mehr als 25% vermieden wird, wenn die Temperatur der Heißzone (34, 35, 36) von 1000ºC auf 1350ºC zunimmt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die angelegte Spannung zwischen 220 V und 240 V beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Zünder die Form einer Haarnadel hat, die zwei Beine (10) umfasst, die durch eine Brücke (11) elektrisch verbunden sind, wobei jedes der zwei Beine (10) die Heißzonenzusammensetzung umfasst und die Brücke (11) eine leitende Zusammensetzung umfasst, wobei die Beine (10) sich von der Brücke (11) in der gleichen Richtung erstrecken und jedes Bein einen inneren (12), einen mittleren (13) und einen äußeren (14) Abschnitt umfasst, wobei der mittlere Abschnitt (13) mit der Brücke (11) in elektrischer Verbindung steht und die Heißzonenzusammensetzung umfasst, wobei die äußeren (14) und die inneren Abschnitte (12) Träger umfassen, wobei der innere Abschnitt (12) jedes Beines (10) eine solche Dicke hat, dass die Beine (10) einander nicht berühren, wodurch zwischen den Beinen (10) ein Schlitz (15) definiert ist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend einen Träger (37, 38, 39), auf dem die Heißzone (34, 35, 36) angeordnet ist, wobei die Heißzone (34, 35, 36) eine Dicke zwischen 0,254 mm und 0,486 mm (0,010" und 0,019") hat und der Träger (37, 38, 39) eine solche Dicke hat, dass die Gesamtdicke der Heißzone (34, 35, 36) und des Trägers (37, 38, 39) wenigstens 0,51 mm (0,020") beträgt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone (34, 35, 36) zwischen 10 und 12 Vol.% Molybdändisilicit umfasst und eine Querschnittsfläche zwischen 0,2903 mm und 0,3290 mm² (0,00045 und 0,00051 Quadratzoll) hat.

18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone (34, 35, 36) 60-70 Vol.% Aluminiumnitrid, 20-25 Vol.-% Siliziumkarbid, 10-12 Vol.-% Molybdändisilicit umfasst und eine Querschnittsfläche zwischen 0,1934 und 0,3677 mm² (0,00030 und 0,00057 Quadratzoll) hat.

19. Verfahren nach Anspruch 13, wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone (34, 35, 36) 64 Vol.-% Aluminiumnitrid, 25 Vol.% Siliziumkarbid, 11 Vol.-% Molybdändisilicit umfasst und eine Querschnittsfläche zwischen 0,2903 und 0,3290 mm² (0,00045 und 0,00051 Quadratzoll) hat.

20. Keramikzünder mit einer Heißzone umfassend:

(a) zwischen ungefähr 50 und ungefähr 80 Vol.% eines elektrisch isolierenden Werkstoffs, der aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,

(b) zwischen ungefähr 10 und ungefähr 45 Vol.% eines halbleitenden Werkstoffs, der aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid und Borkarbid ausgewählt ist, und

(c) zwischen ungefähr 5 und ungefähr 25 Vol.-% eines metallischen Leiters, der aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicit, Wolframdisilicit, Titannitrid und deren Mischungen ausgewählt ist,

wobei wenigstens ein Abschnitt der Heißzone (34, 35, 36) eine Dicke von nicht mehr als 0,4826 mm (0,019") hat, und

der Zünder die Form einer Haarnadel hat, umfassend zwei über eine Brücke (11) elektrisch verbundene Beine (10), wobei jedes der zwei Beine (10) sich von der Brücke (11) in der gleichen Richtung erstreckt und jedes Bein einen inneren (12) einen mittleren (13) und einen äußeren (14) Abschnitt umfasst, wobei der mittlere Abschnitt (13) mit der Brücke (11) elektrisch verbunden ist und die Heißzonenzusammensetzung umfasst, wobei die äußeren (14) und die inneren Abschnitte (12) Träger umfassen, wobei die äußeren Träger (14) im Wesentlichen die gleiche Tiefe und Länge haben wie die benachbarte Heißzone und die inneren Träger (12) sich zu der Brücke erstrecken und im Wesentlichen die gleiche Tiefe haben wie die benachbarte Heißzone, wodurch für wenigstens ungefähr 60% des innerhalb der Beine (10) enthaltenden Oberflächenbereichs der Heißzonen eine Oxidationswiderstandsbarriere geschaffen ist.