DE69906804T2

DE69906804T2 - Keramischer zünder mit hoher oxidationsbeständigheit und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE69906804T2
Application number: DE69906804T
Authority: DE
Inventors: A. Craig WILLKENS; S. Linda BATEMAN; Roger Lin
Original assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: BR9916032A; ES2197704T3; JP2002533646A; CN1330754A; KR100421761B1; CN1160530C; WO2000037856A3; CA2355245C; DE69906804D1; EP1141634B1; CZ20011987A3; AU733268B2; EP1141634A2; US6028292A; AU2052700A; CA2355245A1; CZ299656B6; KR20010093202A; TR200101637T2; ATE237103T1

Description

Keramische Werkstoffe erfreuen sich eines großen Erfolgs als Zünder in gasbefeuerten Industrieöfen, Öfen und Trocknern für Kleidungsstücke. Ein keramischer Zünder hat typischerweise eine Haarnadel- oder U-Form, die leitfähige Endabschnitte und ein Mittelteil mit hohem Widerstand umfasst. Wenn die Endseiten des Zünders mit elektrischen Zuleitungen verbunden werden, steigt die Temperatur des Abschnitts mit hohem Widerstand (oder der "Heißzone").
Die Technik von Keramikzündern kennt seit langem haarnadelförmige Zünder, die des Weiteren einen elektrisch nicht leitenden Keramikeinsatz, der zu Trägerzwecken zwischen ihren Widerstandsbeinen angeordnet ist, umfassen. JP-A-02094282 offenbart spezifisch einen Keramikzünder mit Widerstandsbeinen aus SiC/ZrB₂ und einem isolierenden Einsatz (oder "Trägerzone") aus AlN, der zwischen den Widerstandsbeinen angeordnet ist. JP-A-02094282 lehrt außerdem die Zugabe von BN zum AlN-Einsatz, um die Wärmeausdehnungskoeffizienten ("CTE", coefficient of thermal expansion) der beiden Regionen aneinander anzupassen. Ähnlich offenbart US-Patent Nr. 5,191,508 ("Axelson") einen haarnadelförmigen Keramikzünder mit einem "elektrisch nicht leitfähigen" Einsatz und lehrt, dass der Einsatz aus einem einzigen Material, wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, hergestellt wird, die jeweils elektrisch isolierende Materialien sind. US-Patent Nr. 4,634,837 ("Ito") offenbart einen Keramikzünder mit einer Heißzone auf Basis von Si₃N₄/MoSi₂ und einem Einsatz aus Si₃N₄/Al₂O₃.
Aus dem Stand der Technik sind auch Keramikzünder bekannt, bei denen leitfähige Heizfäden in isolierenden Keramikmaterialien eingebettet sind. US-Patent Nr. 4,912,305 ("Tatemasu") beschreibt beispielsweise einen Wolframdraht, der in einem Keramikkörper aus Si₃N₄/Al₂O₃/Y₂O₃ eingebettet ist . US-Patent Nr. 4,804,823 ("Okuda") beschreibt einen Keramikzünder, in dem eine leitfähige Keramikschicht aus TiN oder WC (die auch Si₃N₄ enthält) innerhalb eines Keramiksubstrats aus entweder AlN oder Si₃N₄ angeordnet ist. Okuda beschreibt auch, dass das Substrat weiterhin einen Sinterhilfsstoff wie ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid der Gruppen IIa oder IIIa des Periodensystems oder Aluminium enthalten kann. Siehe Spalte 7, Zeile 50-55.
Das Einsatzmaterial für haarnadelförmige Zünder ist zwar im Allgemeinen elektrisch hoch isolierend, die Technik kennt jedoch Fälle, in denen Einsätze mit einigen elektrisch leitenden (wie MoSi₂) und/oder halbleitenden Bestandteilen (wie SiC) beschrieben, sind. JP-A-02086 ("JP '086") stellt beispielsweise eine solche Beschreibung dar, bei der der Hauptbestandteil des Einsatzes Siliziumcarbid ist. Forschungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass sich die spezifischen Hochtemperatur-Widerstände eines ersten Materials mit SiC und einem leitfähigen Material wie Aluminium und eines zweiten Materials mit mehr als 99% SiC bei hohen Temperaturen aneinander angleichen. Wenn diese Materialien als Heißzone bzw. Einsatz im selben Zünder verwendet würden, tritt daher wahrscheinlich am Einsatzmaterial ein Kurzschluss auf. Bei einem anderen Beispiel, US-Patent Nr. 5,233,166 ("Maeda"), wird ein Zünder mit einer Heißzone beschrieben, die in einem Keramiksubstrat eingebettet ist, das Siliziumnitrid, 8–19% Oxid einer seltenen Erde, 2–7% Siliziumdioxid und 7–20% MoSi₂ umfasst. Maeda lehrt die Vermeidung der Bildung einer Glasphase mit Aluminiumoxid in einer Menge von mehr als 1 Gew.-%.
US-Patent Nr. 5,801,361 (Willkens '361) beschreibt einen Keramikzünder für Hochspannungs anwendungen (220 V–240 V), bei dem die herkömmliche haarnadelförmige Heißzone von einem Keramikmaterial sowohl zwischen ihren Beinen als auch außerhalb ihrer Beine von Trägerzonen getragen wird. Willkens '361 lehrt auch, dass das Trägerzonenmaterial elektrisch isolierend sein (das heißt einen spezifischen Widerstand von wenigstens 10⁶ Ohm-cm aufweisen) sollte und vorzugsweise wenigstens 90 Vol.-% mindestens einer der Verbindungen Aluminiumnitrid, Bornitrid und Siliziumnitrid umfassen sollte. Willkens '361 beschreibt auch, dass dieses Trägerzonenmaterial nicht nur Wärmeausdehnungs- und Verdichtungseigenschaften aufweisen sollte, die mit denen der Heißzone kompatibel sind, sondern auch die Heißzone vor Oxidation schützen helfen sollte (das heißt weniger als 10% Stromabfall innerhalb von 30.000 Zyklen). In der Willkens '361 entsprechenden WIPO-Veröffentlichung wird ein spezifischer Widerstand des Trägerzonenmaterials von 10⁸ Ohm-cm angegeben.
Der Zünder von Willkens '361 erreicht zwar die verlangten Leistungsspezifikationen für Spannungsanwendungen, die längere Verwendung des Zünders ergab jedoch erhebliches Versagen bei der Langzeit-Anwendung einer Trägerzone, die im Wesentlichen aus Aluminiumnitrid (AlN) bestand. Genauer gesagt stieg der Widerstand dieses Zünders bei Langzeit-Versuchen erheblich. Außerdem traten bei diesen Trägerzonen während der Herstellung (wahrscheinlich aufgrund der nicht zusammenpassenden Wärmeausdehnung) Verdichtungsprobleme auf. Schließlich wurde in Willkens '361 in einem Beispiel festgestellt, dass das Weißglühen der Heißzone (die bei Raumtemperatur einen spezifischen widerstand von etwa 0,3 Ohm-cm aufwies) dazu tendierte, abwärts zu kriechen, wobei der Grund für dieses Kriechen darin gesehen wurde, dass Strom durch den auf Aluminiumnitrid basierenden Einsatz fließt.
US-Patent Nr. 5,786,565 (Willkens '565) offenbart einen weiteren Keramikzünder mit einer Trägerzone (oder "Einsatz"), der zwischen zwei parallelen Beinen des Zünders angeordnet ist. Nach Willkens '565 wird dieser Einsatz als ein "elektrisch isolierender Kühlkörper" oder als ein "elektrisch nicht leitender Kühlkörper" bezeichnet, der vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von wenigstens etwa 104 Ohm-cm aufweist. Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung des Einsatzes wenigstens 90 Vol.-% mindestens einer der Verbindungen Aluminiumnitrid, Bornitrid und Siliziumnitrid, aber besonders bevorzugt besteht er im Wesentlichen aus mindestens einer der Verbindungen Aluminiumnitrid, Bornitrid und Siliziumnitrid.
Es erwies sich zwar, dass die Zünder aus Willkens '565 eine beeindruckende Geschwindigkeit besaßen, ihre Langzeit-Verwendung bei Temperaturen von mehr als 1300°C führte aber wiederum zu einem hohen prozentualen Fehleranteil.
Demgemäß besteht ein Bedarf für eine auf Aluminiumnitrid basierende Trägerzone, die die elektrischen Eigenschaften des Zünders nicht verändert, keine Oxidationsprobleme bei der Verwendung entwickelt und keine Verdichtungs- oder Bearbeitungsprobleme während der Herstellung verursacht. Insbesondere besteht ein Bedarf für eine Trägerzone, die die Probleme des in Willkens '565 offenbarten Zünders löst.
In einem Versuch, den Grund für die unannehmbare Oxidation des auf AlN basierenden Materials der Trägerzone (oder des "Einsatzes") zu finden, führten die Erfinder umfangreiche Untersuchungen durch und fanden eine ausgedehnte, nicht zusammenhängende Schicht Aluminiumoxid an der Oberfläche des AlN. Da Aluminiumoxid einen sehr viel höheren CTE als AlN hat und da die Oxidation von AlN ebenfalls zu einer 6%-igen Volumenausdehnung führt, wird angenommen, dass die Oxidation des AlN-Einsatzmaterials (das heißt die Bildung von Aluminiumoxid) Risse im Einsatzmaterial verursacht, die die Ursache für das Versagen bei der LangzeitVerwendung sind.
Gleichzeitig untersuchten die Erfinder auch herkömmliche Zünder mit herkömmlichen Mischungen für die Heißzone aus AlN-SiC-MoSi₂, die kein ähnliches, mit Oxidation in Verbindung stehendes Langzeit-Versagen zeigten. Dabei stellte sich heraus, dass diese herkömmlichen Heißzonen nach Langzeit-Verwendung eine zusammenhängende Oberflächenschicht mit einer erheblichen Menge Mullit aufwiesen, das die Zusammensetzung 3Al₂O₃-2SiO₂ hat. Im Gegensatz zu Aluminiumoxid hat Mullit einen mit AlN sehr viel kompatibleren CTE und erzeugt, wenn aus AlN gebildet, nur eine geringe Volumenänderung. Aus diesem Grund, und ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Bildung einer Oberflächenschicht aus Mullit für den Erfolg eines auf AlN basierenden Einsatzmaterials entscheidend ist.
Angesichts dieser Entdeckung wurde angenommen, dass die gewünschte Mullitschicht durch Zugabe von zwischen 2 Vol.-% und 40 Vol.-% Siliziumcarbid zum auf AlN basierenden Einsatz ausgebildet werden kann. Die anschließende Herstellung und Untersuchung dieser Zusammensetzung bestätigte die Gegenwart der gewünschten zusammenhängenden Mullitschicht. Demgemäß wird angenommen, dass die Oxidationsprobleme bei auf AlN basierenden Einsätzen durch die Zugabe von ausreichend Siliziumcarbid zur Ausbildung einer zusammenhängenden Mullitschicht auf dem AlN-Einsatz wesentlich verbessert werden können.
Die Eignung eines AlN-SiC-Einsatzmaterials ist angesichts der Lehren des Stands der Technik hinsichtlich der bekannten Eigenschaften herkömmlicher Isolatorsysteme überraschend. Über AlN ist bekannt, dass ein Isolator aus im Wesentlichen AlN unannehmbare Oxidation bei Willkens '361 erzeugte. Über SiC ist bekannt, dass eine Trägerzone aus im Wesentlichen SiC bei hohen Temperaturen unannehmbare elektrische Kurzschlüsse erzeugte. Demgemäß bestand ein ernsthafter Problempunkt darin, dass eine Mischung aus wesentlichen Mengen beider Verbindungen entweder eine unannehmbare Oxidation oder Kurzschlüsse oder beides erzeugen könnte. Stattdessen stellte sich heraus, dass diese neue Trägerzone sowohl eine akzeptable Oxidationsbeständigkeit zeigte als auch keine Kurzschlüsse verursachte.
Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Keramikzünder bereitgestellt, umfassend:

(a) ein paar leitfähige Endstücke und
(b) eine keramische Heißzone zwischen den kalten Endstücken und
(c) eine Trägerzone, auf der die Heißzone angeordnet ist,

(a) zwischen etwa 50 und etwa 80 Vol.-% Aluminiumnitrid und
(b) zwischen etwa 2 Vol.-% und etwa 40 Vol.-% Siliziumcarbid umfasst.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, bei der ein bevorzugter Zünder eine Haarnadelform mit einem Paar leitfähiger Beine 9 und 13 aufweist, die über eine Widerstandsheißzone 11 leitfähig verbunden sind, wobei sich die Beine 13 von der Heißzone in dieselbe Richtung erstrecken und ein Einsatz 19 zwischen den leitfähigen Beinen 13 angeordnet ist.
Im Allgemeinen umfasst die Trägerzone zwischen 50 Vol.-% und 80 Vol.-% Aluminiumnitrid als Isolierphase. Wenn der Träger weniger als 50 Vol.-% AlN enthält, kann der Träger zu leitfähig sein und es besteht das Risiko eines Kurzschlusses. Wenn der Träger mehr als 80 Vol.-% AlN enthält, besteht in der Regel das Risiko einer verstärkten Oxidation.
Im Allgemeinen umfasst die Trägerzone außerdem zwischen 2 Vol.-% und 40 Vol.-% Siliziumcarbid. Wenn der Träger weniger als 2 Vol.-% Siliziumcarbid enthält, liegt nicht genug Reagenz zur Ausbildung von Mullit vor und der Träger neigt eher zu Oxidation. Wenn der Träger mehr als 40 Vol.-% dieser Phase enthält, besteht typischerweise das Risiko eines Kurzschlusses bei hohen Temperaturen, selbst wenn der gebildete keramische Träger nur mäßig leitfähig (das heißt ein Halbleiter) ist. Siliziumcarbid hat einen ausreichend hohen Siliziumanteil zur Ausbildung des erwünschten Mullitüberzugs und ist nicht leitfähig genug, um Kurzschlüsse im gebildeten Verbundmaterial des Einsatzes zu verursachen, wenn es im Einsatz in Mengen von weniger als etwa 40 Vol.-% vorliegt.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst Siliziumcarbid zwischen 10 Vol.-% und 40 Vol.-% der Trägerzone, vorzugsweise in einer Menge von etwa 20 Vol.-% bis etwa 40 Vol.-%.
Bei einigen Ausführungsformen, die vorzugsweise zusammen mit der in Willkens '565 offenbarten MIM-Konstruktion verwendet werden, umfasst der Einsatz zwischen 20 und 35 Vol.-% SiC, vorzugsweise zwischen 25 und 35 Vol.-% SiC.
Bei einigen Ausführungsformen, bei denen das erfindungsgemäße Einsatzmaterial zusammen mit leitfähigen (kalten) Zonen und Heißzonen nach Washburn verwendet wird, kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Einsatzmaterials zu niedrig sein. Bei einem Versuch stellte sich beispielsweise heraus, dass ein Einsatzmaterial aus im Wesentlichen 70% AlN und 30 SiC rissig wurden, wenn es in Wesentlichem in Kontakt mit einer leitfähigen Zone aus 20% AlN, 60% SiC und 20% MoSi₂ stand. Es wird angenommen, dass dieses Versagen durch einen nicht zusammenpassenden CTE des Einsatzes und der leitfähigen Zone verursacht wurde. Nach der anschließenden Zugabe von etwa 10 Aluminiumoxid zum Einsatz war die Verdichtung jedoch erfolgreich. Demgemäß kann die Trägerzone bei einigen Ausführungsformen außerdem zwischen 2 Vol.-% und 20 Vol.-% eines Keramikmaterials mit hohem CTE umfassen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mindestens 6 × 10^–6/°C beträgt. Das Keramikmaterial mit hohem CTE ist vorzugsweise Aluminiumoxid. Bei einigen Versuchen, in denen das Einsatzmaterial in wesentlichem Kontakt mit einer leitfähigen Zone aus 20% AlN, 20% MoSi₂ und 60% SiC war, zeigten eine erhebliche Anzahl Einsätze mit 5% Aluminiumoxid weiterhin Risse, wohingegen im Wesentlichen alle Einsätze mit 10% Aluminiumoxid keine Risse aufwiesen. Aus diesem Grund enthält der Einsatz in einigen Ausführungsformen vorzugsweise zwischen 5 und 15% Aluminiumoxid, vorzugsweise zwischen 8 und 15 Vol.-% Aluminiumoxid. Die Erkenntnis, dass Aluminiumoxid für die Einsatzzusammensetzung nützlich sein kann, ist unerwartet, da Maeda lehrt, dass die Zugabe von mehr als einigen wenigen Prozent Aluminiumoxid zum Einsatz eine unerwünschte Glasphase verursacht.
Bei einigen Ausführungsformen, in denen der SiC-Gehalt im Einsatz relativ niedrig ist (das heißt weniger als 25 Vol.-% SiC), stellte sich heraus, dass eine weitere Zugabe einer geringen Menge Molybdändisilicid zum Einsatz die Oxidationsbeständigkeit erhöhen half. Somit kann die Trägerzone bei einigen Ausführungsformen weiterhin zwischen 1 Vol.-% und 4 Vol.-% MoSi₂ umfassen, insbesondere, wenn der SiC-Gehalt relativ niedrig ist. Aufgrund der wünschenswerten Wirkung von MoSi₂ auf die Oxidationsbeständigkeit der Trägerzone wird angenommen, dass bei einigen Ausführungsformen mit zwischen 1-4 Vol.-% MoSi₂ nicht mehr als 10 Vol.-% SiC zur Ausbildung der gewünschten Oxidationsbeständigkeit erforderlich sind. Somit umfasst der Einsatz bei einigen bevorzugten Ausführungsformen zwischen 10 Vol.% und 25 Vol.-% SiC (besonders bevorzugt 10 Vol.-% und 20 Vol.-% SiC) und zwischen 1 Vol.-% und 4 Vol.-% MoSi₂. Es stellte sich ebenfalls heraus, dass die Zugabe von MoSi₂ die Farbe des Einsatzes verändert. Deswegen wird MoSi₂ vorzugsweise dann nicht eingesetzt, wenn eine charakteristische Farbe erwünscht ist.
Weiterhin stellte sich heraus, dass bei Verwendung von Molybdändisilicid eine andere Art von Oxidschicht ausgebildet wird. Insbesondere enthält Oxid, das in MoSi₂-haltigen Trägerzonen gebildet wird, Mullit, ist aber dünner und zusammenhängender als die Oxidschicht, die in Trägerzonen aus AlN-SiC-Al₂O₃ gebildet wird. Außerdem scheint die Schicht, die durch die MoSi₂-Zugabe gebildet wird, qualitativ der Schicht ähnlicher zu sein, die durch die herkömmliche Washburn-Heißzone gebildet wird.
Es wird weiterhin angenommen, dass Wolframdisilicid dieselbe Funktion übernehmen kann wie MoSi₂. Somit umfasst die Trägerzone bei einigen Ausführungsformen weiterhin:
(c) zwischen etwa 1 Vol.-% und etwa 4 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid und Wolframdisilicid und deren Gemischen.
Es wird außerdem angenommen, dass einige der erfindungsgemäßen Trägerzonen neuartige Zusammensetzungen darstellen. Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein verdichtetes polykristallines Keramikmaterial bereitgestellt, umfassend (und vorzugsweise bestehend aus):

a) zwischen 50 und 80 Vol.-% Aluminiumnitrid,
b) zwischen 25 und 35 Vol.-% SiC und
c) zwischen 8 und 15 Vol.-% Aluminiumoxid.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein verdichtetes polykristallines Keramikmaterial bereitgestellt, umfassend (und vorzugsweise bestehend aus):

a) zwischen 50 und 80 Vol.-% Aluminiumnitrid,
b) zwischen 10 und 25 Vol.-% SiC,
c) zwischen 8 und 15 Vol.-% Aluminiumoxid und
d) zwischen 1 und 4 Vol.-% Molybdändisilicid.

Vorzugsweise definieren die keramische, leitfähige Zone und die Heißzone eine Haarnadel mit einem Paar Beine, und die Trägerzone ist zwischen den Beinen angeordnet, um eine Kontaktlänge zu definieren, wobei die Trägerzone (i) mit der leitfähigen Zone im Wesentlichen entlang der Beine und (ii) mit der Heißzone im Wesentlichen am Scheitelpunkt in Kontakt steht. Hierbei handelt es sich um die Konstruktion, die im Wesentlichen in US-Patent Nr. 5,786,565 von Willkens offenbart ist (dessen Beschreibung in seiner Gesamtheit hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist) und im Allgemeinen als MIM-Konstruktion bezeichnet wird. Im Allgemeinen beträgt der Kontakt zwischen der Träger- und der Kaltzone bei dieser MIM-Konstruktion mindestens 80% der Kontaktlänge.
Es wird ebenfalls angenommen, dass die Verwendung eines haarnadelförmigen MIM-Zünders zur Abhilfe bei den Oxidations-/Kurzschlussproblemen beiträgt. In herkömmlichen Systemen mit haarnadelförmigen Einsätzen erstreckt sich die Heißzone über einen wesentlichen Teil jeder Beinregion der Haarnadel und hat auch einen relativ hohen spezifischen Widerstand im Vergleich zum Einsatz, der zwischen den Heißzonenregionen angeordnet ist. Da die relativen spezifischen Widerstände dieser Zonen nicht sehr hoch waren (etwa das Zehnfache oder eine Dekade), floss wahrscheinlich etwas Strom von einer Heißzone durch den Isolator zur anderen Heißzone. Im Gegensatz dazu erstreckt sich eine leitfähige Region in der MIM-Konstruktion im Wesentlichen über ein ganzes Bein. Da die relativen spezifischen Widerstände dieser Regionen typischerweise sehr viel höher sind (etwa das Tausendfache), fließt wahrscheinlich sehr viel weniger Strom durch den Isolator.
Da sich die Heißzone einer MIM-Konstruktion im Wesentlichen nur am Scheitelpunkt der Haarnadel befindet, ist außerdem nur ein relativ kleiner Abschnitt des Einsatzes hohen Temperaturen ausgesetzt, wodurch das Risiko einer Anfälligkeit gegenüber Oxidation verringert wird.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird außerdem angenommen, dass die Verwendung der vorliegenden Einsatzzusammensetzung in Systemen mit einer Betriebsspannung, die niedriger ist als die in dem von Willkens '361 verwendeten 24-V-System, zu dem wesentlichen Fehlen von Kurzschlüssen durch den auf AlN basierenden Einsatz beitrug.
Ein geringer Spannungsabfall am Zünderelement trägt dazu bei, aufgrund der relativen Widerstände des Isolators und der Heißzone einen Kurzschluss am Isolator zu vermeiden.
Die Heißzone schafft die funktionale Erwärmung zur Gaszündung. Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Komponentenanteile von Aluminiumnitrid, Molybdändisilicid und Siliziumcarbid verwendet, die in US-Patent Nr. 5,045,237 offenbart sind, dessen Beschreibung hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Wie in dem Washburn-Patent angedeutet, ist das AlN-SiC-MoSi₂-System flexibel und kann Zünder hervorbringen, die spezifische Widerstände im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 100 Ohmcm aufweisen. Diese Heißzonen haben im Temperaturbereich 1000 bis 1500°C im Allgemeinen einen spezifischen Widerstand zwischen 0,04 Ohm-cm und 100 Ohm-cm und vorzugsweise zwischen 0,2 Ohm-cm und 100 Ohm-cm. Typischerweise umfasst die Heißzone:

(a) zwischen etwa 50 und etwa 75 Vol.-% Aluminiumnitrid,
(b) zwischen etwa 10 und etwa 45 Vol.-% eines halbleitenden Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumcarbid und Borcarbid und deren Gemischen und
(c) zwischen etwa 8,5 und etwa 14 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframcarbid, Titannitrid und deren Gemischen.

Bei Anwendungen mit einem MIM-Zünder, der in Willkens '565 offenbart ist, umfasst die Heißzone vorzugsweise etwa 50 bis 75 Vol.-% Aluminiumnitrid und etwa 8,5– 14 Vol.-% MoSi₂ und 10–45 Vol.-% SiC und besitzt eine Querschnittsfläche zwischen 0,0970 und 0,0581 cm² (0,0015 und 0,0090 Quadratzoll) und eine elektrische Weglänge von nicht mehr als 0,5 cm. Besonders bevorzugt umfasst sie etwa 60 bis 70 Vol.-% Aluminiumnitrid und etwa 10–12 Vol.-% MoSi₂ und 20–25 Vol.-% SiC und besitzt eine Querschnittsfläche zwischen 0,0194 und 0,0368 cm² (0,0030 und 0,0057 Quadratzoll) und eine elektrische Weglänge zwischen 0,127 und 0,508 cm (0,050 Zoll und 0,200 Zoll). Am meisten bevorzugt umfasst sie etwa 64 Vol.-% AlN, 11 Vol.-% MoSi₂ und 25 Vol.-% SiC und besitzt eine Querschnittsfläche zwischen 0,0290 und 0,0329 cm² (0,0045 und 0,0051 Quadratzoll) und eine elektrische Weglänge zwischen 0,1905 und 0,3175 cm (0,075 Zoll und 0,125 Zoll).
Vorzugsweise gleichen die Partikelgrößen sowohl der Ausgangspulver als auch der Körner in der verdichteten Heißzone den Partikelgrößen, die im Washburn-Patent beschrieben sind. Bei einigen Ausführungsformen ist die durchschnittliche Korngröße (d₅₀) der Heißzonenbestandteile im verdichteten Körper wie folgt: a) elektrisch isolierendes Material (das heißt AlN): zwischen etwa 2 und 10 μm; b) halbleitendes Material (das heißt SiC): zwischen etwa 1 und 10 μm; c) und metallischer Leiter (das heißt MoSi₂): zwischen etwa 1 und 10 μm.
Die leitfähigen Endstücke 9 und 13 erlauben die elektrische Verbindung mit Zuleitungen. Sie umfassen vorzugsweise ebenfalls AlN, SiC und MoSi₂, weisen aber einen erheblich höheren prozentualen Anteil an leitenden und halbleitenden Materialien (das heißt SiC und MoSi₂) auf als die bevorzugten Zusammensetzungen für die Heißzone. Demgemäß haben sie typischerweise einen sehr viel geringeren spezifischen Widerstand als die Heißzone und erwärmen sich nicht bis auf die Temperaturen, denen die Heißzone ausgesetzt ist. Die leitfähige Keramikzone umfasst vorzugsweise:

(a) zwischen etwa 15 und etwa 60 Vol.-% Aluminiumnitrid,
(b) zwischen etwa 20 Vol.-% und etwa 65 Vol.-% eines halbleitenden Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumcarbid und Borcarbid und deren Gemischen und
(c) zwischen etwa 15 Vol.-% und etwa 50 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframcarbid, Titannitrid und deren Gemischen.

Besonders bevorzugt umfasst die leitfähige Keramikzone etwa 20 Vol.-% Aluminiumnitrid, etwa 60 Vol.-% Siliziumcarbid und etwa 20 Vol.-% Molybdändisilicid. Bei bevorzugten Ausführungsformen betragen die Abmessungen der leitfähigen Endstücke 9 und 13 0,05 cm (Breite) × 4,2 cm (Tiefe) × 0,1 cm (Dicke). Bei anderen Ausführungsformen kann ein leitfähiges Metall auf dem Kühlkörpermaterial und der Heißzone zur Ausbildung der leitfähigen Beine abgeschieden werden.
Bei einigen Ausführungsformen definieren die keramische, leitfähige Zone und die Heißzone eine Haarnadel mit einem Paar Beine, und die Trägerzone ist zwischen den Beinen angeordnet, um eine Kontaktlänge zu definieren, wobei die Trägerzone (i) mit der leitfähigen Zone im Wesentlichen entlang der Beine und (ii) mit der Heißzone im Wesentlichen am Scheitelpunkt in Kontakt steht. Vorzugsweise beträgt der Kontakt zwischen der Träger- und der Kaltzone mindestens 80% der Kontaktlänge.
Die elektrische Weglänge der Heißzone, die als EPL in 1 dargestellt ist, beträgt weniger als 0,5 cm. Einsatzmaterial 19 wird als Einsatz zum Inkontaktbringen mit der Heißzone bereitgestellt und füllt im Wesentlichen den restlichen Raum zwischen den leitfähigen Beinen, die sich aus der Heißzone 11 erstrecken. Wenn an jedem der Endstücke 9 und 13 gepaarte Zuleitungen 50 und 51 angebracht und eine Spannung daran angelegt ist, fließt Strom von der ersten Zuleitung 50 durch die Heißzone 11 zum ersten leitfähigen Bein 9 (wodurch die Temperatur der Heißzone steigt) und dann durch das zweite leitfähige Bein 13 und wird über die zweite Zuleitung 51 abgeleitet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen betragen die Abmessungen der Einsätze 4,0 cm (Breite) × 0,25 cm (Tiefe) × 0,1 cm (Dicke).
Die Verarbeitung des Keramikbestandteils (das heißt die Rohkörperverarbeitung und die Sinterbedingungen) und die Herstellung des Zünders aus dem verdichteten Keramikmaterial können mit einem beliebigen herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden. Typischerweise werden derartige Verfahren im Wesentlichen gemäß dem Washburn-Patent durchgeführt. Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Rohverbundstoffe durch isostatisches Heißpressen in einem Glasmedium, wie in US-Patent Nr. 5,191,508 ("Axelson-Patent") offenbart, verdichtet. Dieser Verdichtungsvorgang führt zu einem Keramikkörper, dessen Heißzone eine Dichte von wenigstens 95%, vorzugsweise wenigstens etwa 99%, der theoretischen Dichte aufweist.
Die erfindungsgemäßen Zünder können in vielen Anwendungen verwendet werden, die auch das Zünden von Brennstoff in Gasphase, wie beispielsweise bei Ofen- und Kochgeräten, Heizgeräten, Boilern und Ofenaufsätzen, umfassen. Im Allgemeinen wird ein Verfahren zur Verwendung eines keramischen Zünders bereitgestellt, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellung des erfindungsgemäßen Zünders und
b) Übertragung einer Spannung zwischen die leitfähigen keramischen Endstücke des Zünders, wodurch eine widerstandsbezogene Aufheizung der Heißzone verursacht und eine Schutzschicht aus Mullit auf der Oberfläche der Trägerzone gebildet wird.

BEISPIEL I
In diesem Beispiel wird die Eignung verschiedener Zusammensetzungen zur Verwendung als Trägerzoneneinsatz untersucht.
Die nachstehend in Tabelle 1 dargestellten keramischen Zusammensetzungen wurden durch Vermischen der ausgewählten Pulver in den passenden Anteilen und Pressen des Gemisches zu Rohproben hergestellt. Die Proben wurden anschließend mittels glasverkapseltem isostatischem Heißpressen zu wenigstens etwa 99% der theoretischen Dichte verdichtet und abschließend sandgestrahlt.
Die Eignung wurde anhand von vier Kriterien ermittelt. Das erste, der spezifische Widerstand, wurde bei 25°C gemessen. Ein Einsatz mit einem hohen spezifischen Widerstand ist wünschenswert, um sicherzustellen, dass der elektrische Strom durch die Haarnadel nicht den vorgesehenen Weg durch die leitfähigen und ohmschen Zonen umgeht. Wenn ein Material einen so hohen Widerstand hatte, dass sein spezifischer Widerstand bei 25°C wenigstens 2 MOhm betrug, wurde es mit "sehr gut" bewertet. Wenn das Material bei 25°C einen niedrigen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 0,5 MOhm aufwies, wurde es als "gering" bewertet, da seine Verwendung wahrscheinlich das Risiko eines Kurzschlusses erhöht.
Das zweite Kriterium, die Oxidationsbeständigkeit, wurde anhand einer 18-stündigen statischen Oxidation bei 1425°C ermittelt. Ein Einsatz mit einer Oxidschicht von nicht mehr als 30 μm wurde als "sehr gut" bewertet, ein Einsatz mit einer Oxidschicht von wenigstens 80 μm als gering.
Das dritte Kriterium, der Wärmeausdehnungskoeffizient, wurde für jedes Material anhand einer Berechung der Mischungsregel geschätzt. Ein Material mit einem CTE zwischen 5,3 × 10^–6/°C und 5,5 × 10^–6/°C wurde als gut bewertet, da es beim Abkühlen nach der Verdichtung beim Ansetzen an eine typische leitfähige Zone nach Washburn (die einen CTE von etwa 5,4 × 10^–6/°C aufweist) wahrscheinlich nicht rissig wird.
Das vierte Kriterium, Farbübereinstimmung, wurde durch visuelle Begutachtung bei Vergleich mit typischen Widerstandszonen nach Washburn beurteilt. Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, dass die Farbe des Einsatzes mit der der Widerstandszone übereinstimmt, in anderen wiederum kann es wünschenswert sein, eine charakteristische Kontrastfarbe zu wählen.
Die Analyse der nachfolgenden Tabelle zeigt mehrere bevorzugte Bereiche an.
Zum Einen zeigt die Tabelle eindeutig, dass eine wesentliche Zugabe von Aluminiumoxid erforderlich ist, um den korrekten CTE-Abgleich mit der leitfähigen Zone nach Washburn zu erreichen. Vergleiche Beispiele 1–5 mit 6–10. Demgemäß wird bevorzugt, dass die Trägerzone zwischen 2 und 20 Vol.-% Aluminiumoxid, besonders bevorzugt zwischen 8 und 15 Vol.-% Aluminiumoxid, umfasst.
TABELLE I
Zum Anderen zeigt die Tabelle, dass eine Zugabe von Molybdändisilicid nicht nur für die Farbübereinstimmung, sondern auch für das Erreichen der besten Oxidationsbeständigkeit gut ist. Vergleiche Beispiele 9–10 mit 1–8. Es geht daraus aber ebenfalls eindeutig hervor, dass die Zugabe von mehr als 4 Vol.% einen unerwünschten Anstieg der elektrischen Isolierfähigkeit des Einsatzes verursachen kann. Demgemäß ist bei einigen Ausführungsformen ein Einsatz mit zwischen 1 und 4 Vol.-% Molybdändisilicid bevorzugt.
Hinsichtlich SiC zeigt die Tabelle einen Kompromiss zwischen spezifischem Widerstand und Oxidationsbeständigkeit. Die Oxidationsbeständigkeit des Einsatzes ist im Allgemeinen gut, wenn wenigstens 20–30 Vol.-% SiC vorhanden sind (was auf die Fähigkeit von SiC, Mullit zu bilden, hindeutet), der spezifische Widerstand wiederum ist im Allgemeinen bei weniger als 40% gut. Deswegen ist bei den meisten Ausführungsformen eine SiC-Fraktion von etwa 20–35 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 25 Vol.-% und 35 Vol.-%, wünschenswert, insbesondere, wenn der Einsatz im Wesentlichen aus diesen drei Bestandteilen besteht.
Die Tabelle zeigt auch, dass eine geringe Menge Molybdändisilicid eine dramatische und nützliche Wirkung auf die Oxidationsbeständigkeit des Einsatzes hat, wodurch eine Senkung des SiC-Gehalts auf die unteren Werte möglich ist und dem Einsatz die wünschenswerte Farbunterscheidung vermittelt wird. Demgemäß beträgt in AlN-SiC-MoSi₂-haltigen Systemen, bei denen der SiC-Anteil nicht mehr als 25% (vorzugsweise zwischen 10 und 25 Vol.-% ) ausmacht, die MoSi₂-Fraktion vorzugsweise zwischen 1 und 3 Vol.-%.
BEISPIEL II
Dieses Beispiel zeigt die bessere Oxidationsbeständigkeit des erfindungsgemäßen Zünders.
Ein Rohlaminat wurde im Wesentlichen gemäß der in 5 von Willkens '565 gezeigten Konstruktion konstruiert. Ein Verbundpulver mit einer Heißzonenpulvermischung aus 70,8 Vol.-% AlN, 20 Vol.-% SiC und 9,2 Vol.-% MoSi₂ neben einer elektrisch isolierenden Kühlkörperpulvermischung aus 60 Vol.-% AlN, 30 Vol.-% SiC und 10 Vol.-% Al₂O₃ wurde heiß gepresst, um einen Block zu formen, der anschließend geschnitten wurde, um die Rohkacheln 24 von 5 zu bilden. Der Heißzonenabschnitt des heiß gepressten Rohkörpers hatte eine Dichte von etwa 65% der theoretischen Dichte, während der AlN-Abschnitt eine Dichte von ungefähr 65% der theoretischen Dichte aufwies. Die Rohkacheln, die die leitfähigen Endstücke darstellen, wurden durch Heißpressen von Pulvergemischen aus 20 Vol.-% AlN, 60 Vol.-% SiC und 20 Vol.-% MoSi₂ hergestellt, um einen Block mit einer Dichte von etwa 63% der theoretischen Dichte zu formen, aus dem die Kacheln 21 und 32 von 5 ge schnitten wurden. Die Rohkacheln wurden wie in 5 laminiert und anschließend durch glasverkapseltes isostatisches Heißpressen bei ungefähr 1800°C für ungefähr eine Stunde verdichtet, um einen Keramikblock mit einem in situ geformten zweiten Widerstandsabschnitt zu bilden. Der Block wurde anschließend entlang seiner Breite geschnitten, um eine Vielzahl von Heißoberflächenelementen mit den Abmessungen 3,81 cm × 0,381 cm × 0,076 cm (1,5 Zoll × 0,150 Zoll × 0,030 Zoll) zu bilden. Die resultierende Heißzone umfasste einen ersten Widerstandsabschnitt mit einer Tiefe von ungefähr 0,125 cm und einen in situ geformten zweiten Widerstandsabschnitt mit einer Tiefe von ungefähr 0,05 cm. Die Heißzonenlänge (EPL, electrial path length) und die Dicke lagen bei ungefähr 0,25 cm bzw. 0,076 cm.
An den leitenden Abschnitten des Heißoberflächenelements wurden geeignete Zuleitungen angebracht, und eine Spannung von etwa 30 V wurde angelegt. Innerhalb von weniger als zwei Sekunden erreichte die Heißzone eine Temperatur von etwa 1300°C.
Zur Prüfung der Oxidationsbeständigkeit der neuen Trägerzone wurde der Zünder 20.000 Zyklen von jeweils 18 V Spannung unterworfen, wobei jeder Zyklus aus einer 30 Sekunden langen "Ein"-Phase und einer 30 Sekunden langen "Aus"-Phase bestand. Nach diesem Versuch wurde die Oberfläche der Trägerzone durch Messen der Oxiddicke auf Oxidation untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Oxiddicke etwa 50 μm betrug. Dies ist etwa 7–10-mal dünner als die Oxiddicke, die auf der in Willkens '565 offenbarten Trägerzone gemessen wurde.
VERGLEICHSBEISPIEL I
Es wurde eine Trägerzone aus etwa 9 Vol.-% Siliziumnitrid, 10 Vol.-% Aluminiumoxid und 81 Vol.-% Aluminiumnitrid hergestellt. Die Zünderkachel mit dieser Zone und einer benachbarten leitfähigen Zone wurde beim Verdichten gespalten. Es wird angenommen, dass die Kachel aufgrund der nicht zusammenpassenden CTE der Trägerzone und der benachbarten leitfähigen Zone gespalten wurde. Siliziumnitrid hat einen sehr niedrigen CTE (3,4 × 10–6/°C), woraus geschlossen wurde, dass dessen Einsatz in der Trägerzone den Gesamt-CTE der Trägerzone auf einen unerwünschten Wert herabsetzt.
VERGLEICHSBEISPIEL II
Es wurde eine Trägerzone aus etwa 96 Vol.-% AlN und 4 Vol.-% Aluminiumoxid hergestellt. Es stellte sich jedoch heraus, dass diese Zone eine unannehmbare Oxidationsbeständigkeit zeigte.

Claims

Keramikzünder umfassend (a) ein Paar leitfähige, keramische Endstücke (9,13) und (b) eine keramische Heißzone (11), die zwischen den leitfähigen, keramischen Endstücken (9,13) angeordnet ist, und (c) eine Trägerzone, auf der die Heißzone (11) angeordnet ist, wobei die Trägerzone (i) zwischen etwa 50 Vol.-% und etwa 80 Vol.-% Aluminiumnitrid und (ii) zwischen etwa 2 Vol.-% und etwa 40 Vol.-% Siliziumcarbid umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 1, wobei das Siliziumcarbid zwischen 10 Vol.-% und 40 Vol.-% der Trägerzone ausmacht.
Zünder gemäß Anspruch 2, wobei das Siliziumcarbid zwischen 20 Vol.-% und 40 Vol.-% der Trägerzone ausmacht.
Zünder gemäß Anspruch 2, wobei das Siliziumcarbid zwischen 20 – 35 Vol.-% der Trägerzone ausmacht.
Zünder gemäß Anspruch 2, wobei die Trägerzone weiterhin zwischen etwa 2 Vol.-% und etwa 20 Vol.-% eines Keramikmaterials mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mindestens 6 × 10^–6/°C beträgt.
Zünder gemäß Anspruch 5, wobei das Keramikmaterial mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizient Aluminiumoxid ist.
Zünder gemäß Anspruch 6, wobei Aluminiumoxid 5 – 15 Vol.-% der Trägerzone ausmacht.
Zünder gemäß Anspruch 6, wobei Aluminiumoxid 8 – 15 Vol.-% der Trägerzone ausmacht.
Zünder gemäß Anspruch 6, wobei die keramische, leitfähige Zone und die Heißzone (11) eine Haarnadel mit einem Paar Beinen definieren und die Trägerzone zwischen den Beinen angeordnet ist, um eine Kontaktlänge zu definieren, wobei die Trägerzone mit (i) der leitfähigen Zone im Wesentlichen entlang der Beine und (ü) mit der Heißzone im Wesentlichen am Scheitelpunkt in Kontakt steht.
Zünder gemäß Anspruch 9, wobei der Kontakt zwischen der Träger- und der Kaltzone mindestens 80% der Kontaktlänge ausmacht.
Zünder gemäß Anspruch 10, wobei die leitfähige keramische Zone (a) zwischen etwa 15 Vol.-% und etwa 60 Vol.-% Aluminiumnitrid, (b) zwischen etwa 20 Vol.-% und etwa 65 Vol.-% eines halbleitenden Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumcarbid und Borcarbid sowie deren Gemische, und (c) zwischen etwa 15 Vol.-% und etwa 50 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframcarbid, Titannitrid und deren Gemische, umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 11, wobei die Heißzone (11) (a) zwischen etwa 50 und etwa 75 Vol. % Aluminiumnitrid, (b) zwischen etwa 10 und etwa 45 Vol.-% eines halbleitenden Materials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumcarbid und Borcarbid sowie deren Gemische, und (c) zwischen etwa 8,5 Vol. % und etwa 14 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframcarbid, Titannitrid und deren Gemische, umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 6, wobei die Trägerzone weiterhin zwischen 1 und 4 Vol.-% Molybdändisilicid umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 1, wobei die Heißzone (11) (a) zwischen etwa 50 und etwa 75 Vol.-% Aluminiumnitrid, (b) zwischen etwa 10 und etwa 45 Vol.-% eines Halbleiternmaterials, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumcarbid und Borcarbid sowie deren Gemische, und (c) zwischen etwa 8,5 und etwa 14 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframcarbid, Titannitrid und deren Gemische, umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 14, wobei die Heißzone (11) (a) zwischen etwa 50 und etwa 75 Vol.-% Aluminiumnitrid, (b) zwischen etwa 10 und etwa 45 Vol.-% Siliziumcarbid und (c) zwischen etwa 8,5 und etwa 14 Vol.-% Molybdändisilicid umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 15, wobei die Trägerzone zwischen 10 Vol.-% und 40 Vol.-% SiC umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 16, wobei die Trägerzone weiterhin zwischen etwa 2 Vol.-% und etwa 20 Vol.-% eines Keramikmaterials mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizient umfasst, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mindestens 6 × 10^–6/°C beträgt.
Zünder gemäß Anspruch 17, wobei das Keramikmaterial mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizient Aluminiumoxid ist.
Zünder gemäß Anspruch 18, wobei das Aluminiumoxid zwischen 8 und 15 Vol.-% der Trägerzone ausmacht.
Zünder gemäß Anspruch 2, wobei die Trägerzone weiterhin (c) zwischen etwa 1 Vol.-% und etwa 4 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid und Wolframdisilicid sowie deren Gemische, umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 20, wobei der metallischen Leiter der Trägerzone Molybdändisilicid in einer Menge zwischen 1 Vol.-% und 4 Vol.-% der Trägerzone ist.
Zünder gemäß Anspruch 21, wobei das Silizium enthaltende Keramikmaterial Siliziumcarbid umfasst und das Siliziumcarbid in einer Menge zwischen 10 und 25 Vol.-% der Trägerzone vorliegt.
Zünder gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähige, keramische Zone (a) zwischen etwa 15 Vol.-% und etwa 60 Vol.-% Aluminiumnitrid, (b) zwischen etwa 20 Vol.-% und etwa 65 Vol.-% eines Halbleitermaterials, ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Siliziumcarbid und Borcarbid sowie deren Gemische, und (c) zwischen etwa 15 Vol.-% und etwa 50 Vol.-% eines metallischen Leiters, ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisilicid, Wolframdisilicid, Wolframcarbid, Titannitrid sowie deren Gemische, umfasst.
Zünder gemäß Anspruch 23, wobei die leitfähige, keramische Zone (a) etwa 20 Vol.-% Aluminiumnitrid, (b) etwa 60 Vol. % Siliziumcarbid und (c) etwa 20 Vol.-% Molybdändisilicid umfasst.
Verfahren zum Verwenden eines keramischen Zünders mit einer heißen Oberfläche, umfassend die Schritte: a ) Bereitstellen eines keramischen Zünders umfassend: (i) ein paar leitfähige, keramische Endstücke (9,13) und (ii) eine keramische Heißzone, die zwischen den leitfähigen, keramischen Endstücken (9,13) angeordnet ist, und (iii) eine Trägerzone, auf welcher die Heißzone (11) angeordnet ist, wobei die Trägerzone zwischen etwa 50 Vol. % und etwa 80 Vol.-% Aluminiumnitrid und zwischen etwa 2 Vol.-% und etwa 40 Vol.-% Siliziumcarbid umfasst und b) Übertragung einer Spannung zwischen die leitfähigen, keramischen Endstücke (9,13 ) des Zünders, wodurch eine widerstandsbedingte Aufheizung der Heißzone (11) verursacht und eine Schutzschicht aus Mullit auf der Oberfläche der Trägerzone gebildet wird.
Ein verdichtetes, polykristallines Keramikmaterial umfassend: a) zwischen 50 und 80 Vol.-% Aluminiumnitrid, b) zwischen 25 und 35 Vol.-% SiC und c) zwischen 8 und 15 Vol. % Aluminiumoxid.
Keramikmaterial gemäß Anspruch 26 bestehend im Wesentlichen aus: a) zwischen 50 und 80 Vol.-% Aluminiumnitrid, b) zischen 25 und 35 Vol.-% SiC und c) zwischen 8 und 15 Vol.-% Aluminiumoxid.
Ein verdichtetes, polykristallines Keramikmaterial umfassend: a) zwischen 50 und 80 Vol.-% Aluminiumnitrid, b) zwischen 10 und 25 Vol.-% SiC c) zwischen 8 und 15 Vol.-% Aluminiumoxid und d) zwischen 1 und 4 Vol.-% Molybdändisilicid.