DE69809687T2

DE69809687T2 - Heizelement aus Aluminiumnitrid

Info

Publication number: DE69809687T2
Application number: DE69809687T
Authority: DE
Inventors: Hirohiko Nakata; Masuhiro Natsuhara; Yasuhisa Yushio
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: EP0914022B1; EP0914022A2; KR100539634B1; CA2251875C; KR19990037488A; CA2251875A1; HK1017564A1; JPH11135234A; EP0914022A3; DE69809687D1; JP3820706B2; US6084221A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Heizvorrichtung mit einem keramischen Substrat und einem Heizelement, welches auf einer Oberfläche dieser bereitgestellt ist, und insbesondere betrifft es eine keramische Heizvorrichtung, welche mit einem Heizelement mit ausgezeichneter Adhäsion bereitgestellt ist.
Eine keramische Heizvorrichtung mit einem Keramiksubstrat, welches mit einem Heizelement und einer Anschlusselektrode aus Metallen auf einer Oberflächen dieser versehen ist, ist als eine Heizvorrichtung für ein elektrisches Heizgerät, ein Bügeleisen oder einen elektrischen Ofen bekannt. Das Substrat für solch eine keramische Heizvorrichtung wird im allgemeinen aus Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) hergestellt.
Ein Aluminiumoxidsubstrat ist hinsichtlich der thermischen Schockbeständigkeit schlecht, obwohl es hinsichtlich der elektrischen Isolierung und mechanischen Festigkeit ausgezeichnet ist, bei niedrigen Kosten. Bei einer Heizvorrichtung, welche schnelles Erwärmen und Abkühlen erfordert, wird das Aluminiumoxidsubstrat daher nachteilig durch einen thermischen Schock zerbrochen und zeigt eine schlechte Zuverlässigkeit bei der tatsächlichen Verwendung. Bei dem Aluminiumoxidsubstrat wird des weiteren ein beträchtlicher Temperaturunterschied zwischen einem Bereich, welcher mit dem Heizelement versehen ist, und dem übrigbleibenden Bereich bewirkt, aufgrund der geringen thermischen Leitfähigkeit von ungefähr 20 W/mºK. Daher ist das Aluminiumoxidsubstrat für eine Heizvorrichtung, welche eine Homogenität der Temperaturverteilung, d. h., eine thermische Homogenität erfordert, ungeeignet.
Um diese Probleme des Aluminiumoxidsubstrat zu lösen, wurde eine keramische Heizvorrichtung vorgeschlagen, welche ein Substrat einsetzt, das aus Aluminiumnitrid (AlN) besteht. Zum Beispiel offenbart das offengelegte japanische Patent Nr. 4-206185 (1992) eine Aluminiumnitridheizvorrichtung, das eine Pd- und Pt- Paste einsetzt, und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-109789 (1995) (offengelegtes japanisches Patent Nr. 62-229782) schlägt eine Aluminiumnitridheizvorrichtung vor, welche ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt als das Material für ein Heizelement einsetzt.
Wie zuvor beschrieben, ist eine keramische Heizvorrichtung, welche ein Aluminiumnitridsubstrat mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit einsetzt, überlegen hinsichtlich der thermischen Homogenität, bei verbesserter thermischer Schockbeständigkeit des Substrats. Wird das zuvor genannte Heizelement aus Pd und Pt oder ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt oder ein gut bekanntes Heizelement aus Ag oder einer Ag-Legierung auf einer Oberfläche des Aluminiumnitridssubstrats gebildet, wird jedoch die Zuverlässigkeit der keramischen Heizvorrichtung, aufgrund einer unzureichenden Adhäsion zwischen dem Heizelement und dem Substrat, verschlechtert.
Bei der Heizvorrichtung, welche in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 4-206185 beschrieben ist, werden die Herstellungskosten, aufgrund des Heizelementes aus Pt und Pd, deutlich erhöht. Diesbezüglich offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-109789 oder dergleichen ein Heizelement, welches aus einem Metall, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, oder aus einem aktiven Metall hergestellt ist.
Wird das Heizelement aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt hergestellt, verbiegt oder deformiert sich das Substrat, wenn das Aluminiumnitrid, welches das Substrat bildet, und das Metall, welches einen hohen Schmelzpunkt aufweist, gleichzeitig gebrannt werden, aufgrund des Unterschiedes zwischen den Schrumpfverhältnissen des Aluminiumnitrids und des Metalls mit einem hohen Schmelzpunkt, während des Sinterns. Um dieses Problem zu lösen, wird das Metall mit einem hohen Schmelzpunkt auf den Aluminiumnitridsinterkörper aufgedruckt und anschließend gebrannt. In diesem Fall erhöhen sich jedoch die Herstellungskosten aufgrund der zwei Brennstufen und es ist immer noch schwierig das Verbiegen oder das Deformieren des Substrats vollständig zu verhindern. Wenn das Heizelement aus einem aktiven Metall hergestellt wird, ist auf der anderen Seite ein hohes Vakuum notwendig, um dieses zu bilden, und resultiert nachteilig in hohen Herstellungskosten.
Unter Berücksichtigung der zuvor genannten Umstände, ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine keramische Heizvorrichtung bereitzustellen, mit einer hohen Zuverlässigkeit bei ausgezeichneter Adhäsion zwischen einem keramischen Substrat und einem Heizelement, welches auf einer Oberfläche dessen gebildet ist, und welche mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Um den zuvor genannten Gegenstand zu erzielen, ist die keramische Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Aluminiumnitridheizvorrichtung, umfassend ein Substrat bestehend aus einem Sinterkörper, welcher hauptsächlich aus Aluminiumnitrid zusammengesetzt ist und einem Heizelement und einer Anschlusselektrode, welche hauptsächlich aus Silber oder einer Silberlegierung besteht, gebildet auf einer Oberfläche des Substrats aus dem Aluminiumnitridsinterkörper. Der Aluminiumnitridsinterkörper enthält wenigstens ein Element der Gruppe 2A (die nachstehend verwendeten Symbole (2A, 3A) für die Gruppen von Elementen des Periodensystems entsprechen der alten IUPAC-Empfehlung, die z. B. in der Veröffentlichung des Periodensystems der Elemente wiedergegeben ist, die von FLUCK & HEUMANN zusammengestellt und von VCH Verlagsgesellschaft im Jahr 1986 veröffentlicht wurde) des Periodensystems, eine Verbindung eines Elementes der Gruppe 2A, ein Element der Gruppe 3A oder eine Verbindung eines Elementes der Gruppe 3A und Silizium oder eine Siliziumverbindung mit 0,01 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf das Siliziumelement.
Bei der Aluminiumnitridheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Aluminiumnitridsinterkörper vorzugsweise wenigstens ein Übergangselement der Gruppe 8 oder eine Verbindung dessen mit 0,01 bis 1 Gew.-% bezogen auf das Element. Der Anteil des Siliziums oder der Siliziumverbindung, welche(s) in dem Aluminiumnitridsinterkörper enthalten ist, liegt vorzugsweise bei 0,1 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf das Siliziumselement. Des weiteren ist das Element der Gruppe 2A, welches in dem Aluminiumnitridsinterkörper enthalten ist, vorzugsweise Calcium und das Element der Gruppe 3A ist vorzugsweise Yttrium oder Neodym.
Die vorgenannten und andere Gegenstände, Merkmale, Aspekte und Vorfeile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen berücksichtigt wird, welche als Beispiel bereitgestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Vorderansicht, welche eine beispielhafte keramische Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Bei einer Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wird billiges Ag oder eine Ag-Legierung als das Material für ein Heizelement und eine Elektrode eingesetzt und ein Substrat bestehend aus einem Aluminiumnitridsinterkörper enthaltend Si oder eine Si- Verbindung wird eingesetzt, um die Adhäsion zwischen dem Substrat und dem Heizelement und der auf diesem bereitgestellten Elektrode sicherzustellen. Des weiteren ist wenigstens ein Element der Gruppe 2A des Periodensystems, eine Verbindung dessen ein Element der Gruppe 3A des Periodensystems und eine Verbindung dessen zu dem Aluminiumnitridsinterkörper hinzugefügt, um das Sintern des Aluminiumnitrids zu vereinfachen und um die Benetzbarkeit hinsichtlich des Heizelementes zu verbessern.
Verschiedene Untersuchungen wurden durchgeführt, um eine ausgezeichnete Adhäsion zwischen dem Silber oder der Silberlegierung, welche(s) als das Material für das Heizelement und die Elektrode eingesetzt wird (werden), und dem Aluminiumnitrid (AlN) Substrat zu erzielen, und um zu beweisen, dass eine ausgezeichnete Adhäsion erzielt werden kann, indem Si oder eine Si-Verbindung in den AlN Sinterkörper eingeführt wird. Das Si oder die Si-Verbindung reagiert mit dem Element der Gruppe 2A oder 3A, welches als ein Sintermittel dient, um ein Oxid, wie SiO&sub2; oder Sialon zu bilden. Das Si enthaltene Oxid, welches an den Korngrenzen des Al mit ausgezeichneter Adhäsion an dem Aluminiumnitrid und mit ausgezeichneter Benetzbarkeit hinsichtlich des Ag oder der Ag-Legierung vorhanden ist, kann die Adhäsion zwischen dem Heizelement und der Elektrode und dem AI-Substrat verbessern.
Der Anteil des Si oder der Si-Verbindung in dem Aluminiumnitridsinterkörper beträgt wenigstens 0,01 Gew.-% bezogen auf das Si-Element. Beträgt der Si-Gehalt weniger als 0,01 Gew.-%, wird die Menge an Si, welche in dem an den Korngrenzen des AlN gebildeten Oxid enthalten ist, reduziert, und verringert die Benetzbarkeit hinsichtlich des Ag oder Ag-Legierung, d. h. die Adhäsionsfestigkeit. Ist wenigstens 0,1 Gew.-% enthalten, kann dem Aluminiumnitridsinterkörper eine bessere ausgezeichnete Adhäsion in Bezug auf das Ag oder die Ag-Legierung verliehen werden und ein AlN Sinterkörper mit einer stabilen Korngröße wird erhalten. Überschreitet der Si-Gehalt 0,5 Gew.-% verringert sich jedoch die thermische Leitfähigkeit des AlN Sinterkörpers und es kann keine weitere Verbesserung der Adhäsion erzielt werden. Daher wird die obere Grenze des Si-Gehalts vorzugsweise auf 0,5 Gew.-% festgelegt. Die Si-Verbindung kann aus SiO&sub2;, aus Si&sub3;Ni&sub4; oder aus Sialon hergestellt werden.
Das Element der Gruppe 2A des Periodensystems oder eine Verbindung dessen, oder das Element der Gruppe 3A, oder eine Verbindung dessen, dient als ein Sintermittel zur Vereinfachung des Sintern des Aluminiumnitrids, welches eine Substanz ist, die eine niedrige Sinterfähigkeit aufweist. In anderen Worten, das Element oder die Verbindung reagiert mit einem Oxid (Aluminiumoxid), das an den Korngrenzen des Aluminiumnitridpulvers, welches den Aluminiumnitridsinterkörper bildet, vorhanden ist, um eine flüssige Phase zu bilden. Diese flüssige Phase verbindet die AlN Körner miteinander und vereinfacht das Sintern. Der Anteil des Elements oder der Verbindung kann in einem allgemeinen Maßstab als ein Sintermittel dienen. In konkreteren Angaben liegt der Anteil des Elements oder der Verbindung vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Element.
Bei dem Aluminiumnitridsinterkörper, welches das Substrat bildet, wird die Korngröße des AlN, welches den Sinterkörper bildet, vorzugsweise minimiert. Die Verteilung der Wirkstoff- bzw. Mittelbestandteile, welche auf der Oberfläche des Sinterkörpers ausgefällt werden, wird homogenisiert und verdichtet, um die Adhäsion zwischen dem Heizelement und der Elektrode und dem Substrat weiter zu verbessern. Ist die Korngröße des AlN groß, wird die Oberfläche des Substrats so aufgeraut, dass eine große Lücke zwischen einer Wärmeübertragungsoberfläche der Heizvorrichtung und einem gewärmten Objekt definiert wird, um die Effizienz der Wärmeübertragung unerwünschterweise zu reduzieren. Insbesondere wenn die Heizvorrichtung und der beheizte Gegenstand gegeneinander gleiten, können grobe AlN-Körper unvorteilhafterweise herausfallen bzw. -brechen und so den zu erwärmenden Gegenstand beschädigen. Die mittlere Korngröße der AlN-Körner beträgt vorzugsweise nicht mehr als 4,0 m und insbesondere bevorzugt nicht mehr als 3,0 im.
Im allgemeinen schreitet das Kornwachstum der AlN-Körner, welche in einem Aluminiumnitridsinterkörper enthalten sind, voran, wenn eine Sintertemperatur erhöht wird, um die Korngröße zu erhöhen. Daher wird die Sintertemperatur vorzugsweise minimiert und es ist bevorzugt, die auftretende Temperatur der flüssigen Phase zu reduzieren, um die Sintertemperatur zu reduzieren, indem sowohl Elemente der Gruppe 2A als auch 3A des Periodensystems oder Verbindungen dieser als Sintermittel eingesetzt werden, welche zu dem Aluminiumnitridsinterkörper zugegeben werden. In diesem Fall sind Caicium (Ca), welches zu der Gruppe 2A gehört, und Neodym (Nd) und Terbium (Yd), welche zu der Gruppe 3A gehören, oder Verbindungen dieser bevorzugt, und der Einsatz dieser drei Elemente ist besonders bevorzugt. Werden diese drei Sintermittel zusammen eingesetzt, kann die Sintertemperatur auf unter 1800ºC reduziert werden, die mittlere Korngröße des in dem Sinterkörper enthaltenen AlN wird auf unter 4,0 um reduziert und die thermische Leitfähigkeit des Substrates, welches von dem Sinterkörper gebildet wird, wird verbessert.
Um die Wirkung zu verbessern, welche durch die Zugabe der drei Sintermittel Ca, Yb und Nd erzielt wird, liegen die Anteile dieser vorzugsweise in dem folgenden Bereich: Vorausgesetzt, dass x, y und z die Anteile (Gew.-%) einer Ca-Verbindung, einer Yb-Verbindung, einer Nd-Verbindung bezogen auf jeweils CaO, Yb&sub2;O3 und Nd&sub2;O&sub3; darstellen, erfüllen die Anteile vorzugsweise 0,01 ≤ x ≤ 1,0 und 0,1 ≤ y + z ≤ 10, oder (y + z)/x 10 zusätzlich zu diesen Beziehungen.
Wenn wenigstens ein Übergangselement der Gruppe 8 des Periodensystems oder eine Verbindung dessen in den Aluminiumnitridsinterkörper eingeführt wird, wird der Schmelzpunkt des Oxids, welches Si enthält und zu der Adhäsion zwischen der Ag oder der Ag-Legierung beiträgt, so reduziert, dass die Adhäsion zwischen dem Heizelement und der Elektrode und dem Substrat weiter verbessert wird. Der Anteil des Übergangselementes der Gruppe 8 oder der Verbindung dessen liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,01 bis 1 Gew.-% bezogen auf das Element und die untere Grenze dieses Bereichs beträgt vorzugsweise 0,1 Gew.-%. Eine bevorzugte Verbindung des Übergangselementes der Gruppe 8 ist FeO, Fe&sub2;O&sub3;, Fe (OH)&sub3;, FeSi&sub2; oder dergleichen.
Die Heizvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist das Heizelement und die Elektrode zum Anschließen des Heizelementes auf der Oberfläche des Substrates auf, welches aus dem zuvor genannten Aluminiumnitridsinterkörper besteht. Um das Heizelement und die Elektrode zu bilden, wird ein organisches Lösungsmittel und ein Bindemittel zu einem Ag- oder einem Ag-Legierungspulver hinzugefügt, um eine Paste zu bilden, und ein Schaltkreismuster für die Elektrode und das Heizelement werden auf dem Substrat ge bildet, durch ein Verfahren wie Siebdrucken, und anschließend werden die Schaltkreismuster eingebrannt. Zu diesem Zeitpunkt kann verhindert werden, dass sich das AlN Substrat verbiegt, aufgrund des thermischen Ausdehnungsunterschiedes zwischen dem Ag oder der Ag-Legierung und dem AlN, indem ein Glasbestandteil, wie ein Borsilikatglas zu der Paste hinzugefügt wird. Die Menge des zugegebenen Glasbestandteils liegt vorzugsweise bei 1,0 bis 25,0 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des Ag oder der Ag-Legierung, welche(s) ein Leitfähigkeitsbestandteil ist.
In Bezug auf das Heizelement kann der Schichtwiderstand verbessert werden, indem Pd oder Pt zu dem Ag oder der Ag-Legierung hinzugefügt werden, wodurch die Heizeffizienz verbessert wird. Die zugegebene Menge an Pd oder Pt kann mit einem gewünschten Heizwert, dem Schaltkreismuster oder dergleichen, geeignet variieren werden. Alternativ kann die Menge des Glasbestandteiles, welche zu der Ag- oder Ag-Legierungspaste zugegeben wird, erhöht werden, um den Schichtwiderstand zu verbessern.
Bei der Anschlusselektrode, welche auch hauptsächlich aus Ag oder Ag-Legierung besteht, wird der Heizwert pro Einheitsfläche im Vergleich mit dem des Heizelementes vorzugsweise reduziert. Wird dem Heizelement die Leistung über eine Verbindung mit einer externen Kraftquelle zugeführt, kann ein Teil, welches die Elektrode mit der externen Kraftquelle verbindet, thermisch zerstört werden, wenn die Elektrode einen großen Heizwert aufweist. Insbesondere wenn der Teil, welcher die Elektrode mit der externen Kraftquelle verbindet, aus einem billigen Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, wird die Oxidation des Kupfers unerwünschterweise durch die Wärmeerzeugung beschleunigt, und führt zu einem Kontaktversagen. Der Heizwert der Elektrode kann reduziert werden, indem der Schichtwiderstand derselben unter den Heizwert des Heizelementes reduziert wird, oder indem die Breite des Elektrodenmusters über die Breite des Heizelementes erhöht wird. Eine geringe Menge Pd kann auch in Bezug auf die Elektrode hinzugefügt werden, um so eine Wanderung zwischen den Stromkreisen zu verhindern.
Bei der Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, können das Heizelement und die Elektrode mit einer Substanz, wie Glas, beschichtet werden. In diesem Fall kann die Wanderung des Heizelementschaltkreises verhindert werden, um die Isolierung zwischen den Schaltkreisen zu verbessern.

Beispiel 1

AlN-Sinterkörper wurden hergestellt, indem die AlN-Pulvermaterialien, Si- und Fe -Pulvermaterialien, welche in Tabelle 1 dargestellt sind, eingesetzt wurden und Pulvermaterialien aus Yb&sub2;O&sub3;, Nd&sub2;O&sub3;, CaO und Y&sub2;O&sub3;, welche als Sintermittel dienten. Die jeweiligen Pulvermaterialien wurden zu den AlN-Pulvermaterialien in den in Tabelle 1 dargestellten Verhältnissen zugegeben, unter Zugabe von vorgeschriebenen Mengen organischer Lösungsmittel und Bindemittel und die Materialien wurden miteinander mit einer Kugelmühle vermischt, um Aufschlämmungen herzustellen.
Anschließend wurden die erhaltenen Aufschlämmungen zu Schichten mit einer vorgeschriebenen Dicke durch das Dr. Blade-Verfahren geformt, in einer Stickstoffatmosphäre bei 900ºC entwachst und anschließend in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei Temperaturen von 1650 bis 1800ºC gesintert, wie in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
*: Vergleichsbeispiele
Anschließend wurden die AlN Sinterkörper zu Substraten gearbeitet, welche Oberflächen aufwiesen mit einer Oberflächenrauhigkeit (Rz) von 2 um und danach wurden Ag-Pd- und Ag-Pt-Pasten auf die Oberflächen gedruckt, um Dickfilmmuster mit 1 mm Quadrat zu bilden und in der Atmosphäre bei 890ºC gebrannt, um leitfähige Schichten mit 10 bis 20 um Dicke zu bilden. Anschließend wurden Sn-plattierte Kupferdrähte mit 0,5 mm Durchmesser auf den leitfähigen Schichten mit Lötmittel befestigt, und die Gesamtoberflächen der leitfähigen Schichten mit 1 mm Quadrat wurden mit dem Lötmittel benetzt. Anschließend wurden Federwaagen mit den Sn-plattierten Kupferdrähten verbunden und senkrecht zu den Substraten gezogen um die Kraft zu messen, die notwendig ist, die leitfähigen Schichten von den Substraten zu trennen, als Adhäsionsfestigkeit.
Bei jeder Probe betrug der Anteil des Pt und des Pd zum Ag in der Paste 10 Gew.-%. 10 Gewichtsteile Borsilikatglas wurden zu 100 Gewichtsteilen des Metallbestandteils in der Paste hinzugefügt. Tabelle 2 zeigt die Werte der Adhäsionsfestigkeit der jeweiligen Proben in Bezug auf die leitfähigen Schichten mit den thermischen Leitfähigkeitswerten der AlN Sinterkörper und den mittleren Korngrößen der AlN Körner, welche die AlN Sinterkörper bilden. Tabelle 2
*: Vergleichsbeispiele
Aus der Tabelle 2 wird deutlich, dass die Adhäsionsfestigkeit zwischen den leitfähigen Schichten, welche hauptsächlich aus Ag bestanden und welche das Heizelement bilden, und der Elektrode und dem Substrat wesentlich verbessert wird, wenn der AlN Sinterkörper, welcher das Substrat bildet, wenigstens 0,01 Gew.-% Si bezogen auf das Elemente der Gruppe 2A oder 3A des Periodensystems enthält. Des weiteren wird deutlich, dass die mittlere Korngröße der Al-Körner auf unter 3 im reduziert wird, um die Adhäsionsfestigkeit weiter zu verbessern, wenn Yb, Nd und Ca zusammen als Elemente der Gruppe 2A und 3A eingesetzt werden.

Beispiel 2

Eine Heizvorrichtung für ein Bügeleisen mit einer in Fig. 1 dargestellten Form, wurde mit einem Substrat 1 hergestellt, welches aus jedem der erfindungsgemäßen Proben 3, 4 und 5 und der Vergleichsprobe Nr. 12 von den in Beispiel 1 erhaltenen An Sinterkörpern geformt wurde. Drei Gewichtsteile Borsilikatglas wurde jeder der Pasten zugegeben, welche durch Zugabe von 25 Gewichtsteilen Pd zu 100 Gewichtsteilen Ag hergestellt wurden, um ein Heizelement zu bilden, und einer Paste, hergestellt durch die Zugabe von 3,0 Gewichtsteilen Pd zu 100 Gewichtsteilen Ag, um die Elektroden zu bilden. Ein Schaltkreismuster, welches in Fig. 1 dargestellt ist, wurde auf einer Oberfläche des Substrates 1 des AlN Sinterkörpers gebildet, unter Einsatz der obigen Paste und anschließend gebrannt, um ein Heizelement 2 und Anschlusselektroden 3 zu bilden.
Ein Bügeleisen wurde mittels jeder der erhaltenen Heizvorrichtungen zusammengebaut, so dass die Oberfläche der Substrats 1, welche der gegenüber lag, die mit dem Heizelement 2 versehen war, als Pressoberfläche diente, um einen reinen Wollpulli zu bügeln. Der Pulli wurde ausgezeichnet mit dem Bügeleisen aus den AlN-Sinterkörpersubstraten gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele Nr. 4 und 5 fertiggestellt. Mit den Bügeleisen der AlN-Sinterkörper gemäß des erfindungsgemäßen Beispiels Nr. 3 und des Vergleichsbeispiels Nr. 12 zerfaserte der Pulli etwas. Es wird daher festgehalten, dass ein Bügeleisen, welches aus einem Substrat mit einer rauhen Oberfläche mit AlN Körpern mit großer Korngröße hergestellt ist, gegen die Faser, die einen Pulli bildet, reibt, wenn es über diesen gleitet.
Die vorliegende Erfindung kann eine keramische Heizvorrichtung bereitstellen, mit ausgezeichneter Adhäsion zwischen einem Substrat bestehend aus Aluminiumnitrid und einem Heizelement und einer Elektrode, welche auf einer Oberfläche desselben gebildet sind, mit hoher Zuverlässigkeit, und welche mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert wurde, wird deutlich, dass dies nur der Illustration und dem Beispiel dient, und diese nicht begrenzen soll, der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nur die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) umfassend ein Substrat bestehend aus einem Sinterkörper, welcher hauptsächlich aus Aluminiumnitrid zusammengesetzt ist, und einem Heizelement (2) und einer Anschlusselektrode (3), welche hauptsächlich aus Silber oder einer Silberlegierung zusammengesetzt sind, und welche auf einer Oberfläche des Substrat gebildet sind, wobei der Aluminiumnitridsinterkörper wenigstens ein Material enthält, gewählt aus einem Element der Gruppe 2A des Periodensystems, einer Verbindung eines Elementes der Gruppe 2A, einem Element der Gruppe 3A des Periodensystems und einer Verbindung eines Elementes der Gruppe 3A, und Silizium oder einer Siliziumverbindung in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Gewichts-% bezogen auf das Siliziumelement.

2. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Aluminiumnitridsinterkörper wenigstens ein Übergangselement der Gruppe 8 des Periodensystems oder eine Verbindung dessen in einer Menge von 0,01 bis 1 Gewichts-% bezogen auf das Element enthält.

3. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei der Aluminiumnitridsinterkörper (1) das Übergangselement der Gruppe 8 oder die Verbindung dessen in einer Menge von 0,1 bis 1 Gewichts-% bezogen auf das Element enthält.

4. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Verbindung des Übergangselements der Gruppe 8 wenigstens ein Material umfasst, gewählt aus FeO, Fe&sub2;O&sub3;, Fe(OH)&sub3; und FeSi&sub2;.

5. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anteil des Siliziums oder der Siliziumverbindung 0,1 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf das Siliziumelement beträgt.

6. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Siliziumverbindung wenigstens ein Material umfasst, gewählt aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; und einem Sialon.

7. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gesamtgehalt des Elementes der Gruppe 2, der Verbindung des Elementes der Gruppe 2, des Elementes der Gruppe 3A und der Verbindung des Elementes der Gruppe 3A zwischen 0,1 und bis 10 Gew.-% bezogen auf diese Elemente beträgt.

8. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Aluminiumnitridsinterkörper Caicium als Element der Gruppe 2A enthält, und Ytterbium und Neodym als das Element der Gruppe 3A.

9. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 8, wobei die Verbindung des Elementes der Gruppe 2A CaO umfasst, und die Verbindung des Elementes der Gruppe 3A Yb&sub2;O&sub3; und Nd&sub2;O&sub3; umfasst.

10. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Verbindung des Elementes der Gruppe 2A eine Ca-Verbindung umfasst, die Verbindung des Elementes der Gruppe 3A eine Yb-Verbindung und eine Nd-Verbindung umfasst, und wobei der Gehalt der Ca-Verbindung wenigstens 0,01 Gew.-% und nicht mehr als 1,0 Gew.-% bezogen auf das CaO umfasst, und der Gesamtgehalt der Yb-Verbindung bezogen auf das Yb&sub2;O&sub3; und der Gehalt der Nd-Verbindung bezogen auf das Nd&sub2;O&sub3; wenigstens 0,1 Gew.-% und nicht mehr als 10 Gew.-% beträgt.

11. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, wobei der Gesamtgehalt der Yb-Verbindung und der Gehalt der Nd-Verbindung wenigstens 10 mal dem Gehalt der Ca-Verbindung entspricht.

12. Aluminiumnitridheizvorrichtung (1) gemäß einen der vorangehenden Ansprüche, wobei die mittlere Korngröße des Aluminiumnitrids, welches in dem Aluminiumnitridsinterkörper enthalten ist, nicht mehr als 4,0 m beträgt.