陶瓷载体、传感器元件、加热元件、传感器模块及其制备制造技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷载体，在该载体上安排有由铂或铂合金制成的薄膜结构(10)，其中，该载体和/或该薄膜结构(10)被适配以便减小由于不同的热膨胀系数导致的机械应力。该载体的一个表面(11)具有中间层(12)，在该中间层上安排有该薄膜结构(10)，其中，该中间层(12)的热膨胀系数是从8*10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】说明书本专利技术涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的陶瓷载体，尤其涉及一种Al2O3载体。这种类型的载体例如是从JP 59 065 216 A中已知的。所述载体涂覆有铂制成的薄膜结构并且被用作用于进行流量测量的流量传感器。具有相同设计原理的传感器在废气传感器系统中被用作温度测量传感器。例如，将这些传感器安装在柴油机碳烟颗粒过滤器的上游，以便感测这些过滤器的再生的废气温度。在这方面，铂薄膜传感器经受剧烈波动的热负荷，当考虑到在汽车工业中所要求的使用寿命对传感器进行设计时必须将该剧烈波动的热负荷考虑在内。同样的原理适用于在汽车工业中使用铂薄膜传感器来监测发动机油的状态，该发动机油的摩擦属性很大程度上取决于加热。为了确定发动机油的状态，热负荷总和是由铂温度传感器确定的关键测量变量。在这方面，传感器经受许多温度变化周期、剧烈振动的负荷并且经受测量介质的腐蚀性攻击。由于铂传感器的电阻以准确定义的方式随着温度变化，所以避免测量误差取决于尽可能地抑制改变电阻的其他影响变量。在剧烈波动的热负荷的情况下，当不同的材料配对时出现这种问题，如具有铂薄膜结构的陶瓷载体的情况一样。不同的材料具有不同的热膨胀系数，这也被称为失配。在波动的热负荷的情况下，材料的不同的热属性导致铂结构的塑性变形以及微观结构中的变位迁移。而结果是，材料属性发生变化。这导致电阻漂移(即，非期望的、机械诱发的电阻变化)。鉴于铂结构中严重的机械应力，铂结构甚至会被损坏或中断。迄今为止，已经尝试通过使用具有类似热膨胀系数的材料配对来解决这个问题。举例来说，由氧化锆制成的陶瓷载体与铂薄膜结构结合使用。然而，这些材料配对具有以下缺点：在进一步机械安装到Al2O3陶瓷混合载体或模块上的情况中，以这种方式构造的部件由于更高的膨胀水平在冷却过程中最迟出现裂纹并且被破坏。在介绍中列举的现有技术中继续另一种途径。那里，尝试使用在载体与铂薄膜之间的玻璃层来减小热致应力。具有这种结构的传感器并不满足汽车工业中在薄膜传感器的稳定性和耐用性方面所作出的高要求。本专利技术基于以下目的：说明一种陶瓷载体，在该陶瓷载体上安排有铂或铂合金制成的薄膜结构，该载体被改进以达到在高波动的热负荷的情况下减少电阻漂移的效果。本专利技术基于另外一个目的：说明包括这种载体的传感器元件、加热元件和传感器模块以及用于制造这种陶瓷载体的方法。根据本专利技术，关于陶瓷载体的目的通过权利要求1的主题来实现，关于传感器元件、加热元件和传感器模块的目的通过权力要求16的主题来实现，并且关于该方法的目的通过权利要求18的主题来实现。本专利技术涉及说明一种陶瓷载体(尤其是Al2O3载体)，在该载体上安排有铂或铂合金制成的薄膜结构。该载体和/或该薄膜结构被适配成用于减少由于不同的热膨胀系数导致的机械应力。根据本专利技术，这通过载体的以下特征来实现，单独来看每个特征都减少了电阻漂移。这些特征的组合加强了这一效果。在下文所说明的特征各自实现了减少或减缓薄膜结构中由于载体与薄膜结构之间不同的热膨胀系数导致的机械应力的基础概念。为此，载体与薄膜结构之间的相对移动至少部分地被允许和/或薄膜结构被修改，其方式使得热致材料膨胀中的差异被补偿，并因此使得最低可能的机械应力被引入薄膜结构中。确切地，在本专利技术的上下文中实现了这一点，因为载体在薄膜结构的区域中的表面至少部分地是经平滑的以降低粘附性(特征a)。由于粗糙度降低，薄膜结构在更低程度上粘附在载体表面上，其结果是，载体与薄膜结构之间的相对移动成为可能。由此实现的机械解耦降低了由于载体与薄膜结构之间不同的膨胀导致的薄膜结构的塑性变形的风险。此外或作为替代性方案，载体表面具有中间层，在该中间层上安排有薄膜结构。中间层的热膨胀系数是从8*10-6/K至16*10-6/K，尤其是从8.5*10-6/K至14*10-6/K(特征b)。已经发现，通过将中间层的热膨胀系数设置在上述范围内，有可能实现陶瓷载体与铂薄膜结构之间的最佳连接，该最佳连接即使在频繁的温度变化周期情况下也不会导致铂薄膜结构的显著变形。中间层因此提供了从载体到铂薄膜结构的有效过渡，该中间层充当缓冲垫并吸收了部分机械应力。此外或作为替代性方案，薄膜结构具有至少一个导体轨道，该导体轨道至少部分地为波状并沿着载体表面横向延伸(特征c)。导体轨道的波状轮廓在平行于载体表面延伸的平面中延伸。波状轮廓因此是横向地而非在深度方向上(即，进入载体表面)形成的。波状轮廓可以在平行于载体表面的同一个平面中延伸。如果载体表面没有轮廓(即，是连续笔直的)，那么情况就是如此。还有可能在载体的深度方向上为横向的波状轮廓叠加另一个波状轮廓。这种情况例如通过与以下进一步描述的深度轮廓相组合而出现。波状轮廓的主要定向是在横向方向上延伸。波状导体轨道的振幅是从0.2*B至2*B，尤其是从0.4*B至1*B。波状导体轨道的波长是从3*B至10*B，尤其是从4*B至7*B。这里，“B”在各种情况下是导体轨道的宽度。由于其几何形状，波状导体轨道减缓了由于载体与薄膜结构的不同的膨胀而在薄膜结构中产生的机械应力。作为整体，其结果是与笔直的(即，非波状的)导体轨道相比，波状导体轨道的变形被减小了。在导体轨道中的应力集中可以以有针对性的方式被波状轮廓的几何形状影响。此外或作为替代性方案，包含氧化物纳米颗粒(尤其是Al2O3和/或MgO)的第一覆盖层被施加到薄膜结构上(特征d)。第一覆盖层形成钝化层并保护铂薄膜结构。氧化物纳米颗粒在温度改变的情况下改变覆盖层的体积从而适应于铂薄膜结构的膨胀。已经发现，特征a、b、c和d的以下组合有效地减少了电阻漂移。并不排除从权利要求1中出现的其他特征组合。-特征d在每种情况下与特征a、特征b、特征c之一组合；-特征a和特征c和特征d组合；-特征b和特征c和特征d组合；-特征a和特征b和特征c和特征d组合。在本专利技术的优选实施例中，在薄膜结构的区域中的表面形成至少一个滑动部分和至少一个粘附部分。载体表面的粗糙度在粘附部分区域中比在滑动部分区域中更高。换言之，滑动部分是经平滑的。粘附部分是未经平滑的或者经平滑到小于滑动部分的程度。这具有以下优点：在薄膜结构的非关键区域(粘附部分)中保留了未经处理的表面的良好的粘附性，而在温度变化的情况下产生较大应力的区域(滑动部分)中以有针对性的方式降低粘附性。在极端情况下，在载体表面与滑动部分的区域中的薄膜结构之间存在相对移动。在该粘附部分或这些粘附部分的区域中，薄膜结构保持与载体表面连接。由于允许载体表面与薄膜结构之间的相对移动，薄膜结构由此在某些部分中固定于载体而在某些部分中从载体解耦。替代性地，在薄膜结构的整个区域中的表面可以是经平滑的。这种变体具有生产简单的优点。薄膜结构的固定是足够的，因为，由于在操作过程中通常出现的温度分布不均匀，生成局部的热致应力并且薄膜结构的多个部分经受不同程度的负荷。优选的是，在薄膜结构的区域中的表面具有尤其是带状的深度轮廓，该深度轮廓形成至少一个凹部，其中，该凹部的表面是经平滑的。凹部的表面相比位于高处的深度轮廓的那些区域的表面(例如，载体的无轮廓表面区域)具有更低的粗糙度。这具有以下效果：薄膜结构可以在膨胀的情况下从凹部脱离。以此方式，薄膜结构部分地从载体机械解耦。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷载体，尤其是一种Al2O3载体，在该载体上安排有由铂或铂合金制成的薄膜结构(10)，其中，该载体和/或该薄膜结构(10)被适配成用于减小由于不同的热膨胀系数导致的机械应力，其特征在于，a)该载体在该薄膜结构(10)的区域中的表面(11)至少部分是经平滑的以降低粘附性，和/或b)该载体的一个/该表面(11)具有中间层(12)，在该中间层上安排有该薄膜结构(10)，其中，该中间层(12)的热膨胀系数是从8*10‑6/K至16*10‑6/K，尤其是从8.5*10‑6/K至14*10‑6/K，和/或c)该薄膜结构(10)具有至少一个导体轨道(13)，该导体轨道至少部分为波状并且该导体轨道沿着该载体的一个/该表面(11)横向地延伸，其中，该波状导体轨道(13)的振幅是从0.2*B至2*B，尤其是从0.4*B至1*B，并且该波状导体轨道(13)的波长是从3*B至10*B，尤其是从4*B至7*B，其中，“B”为该导体轨道(13)的宽度，和/或d)包含氧化物纳米颗粒、尤其是Al2O3和/或MgO的氧化物纳米颗粒的第一覆盖层(14a)被直接施加到该薄膜结构(10)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.26 DE 102014104219.01.一种陶瓷载体，尤其是一种Al2O3载体，在该载体上安排有由铂或铂合金制成的薄膜结构(10)，其中，该载体和/或该薄膜结构(10)被适配成用于减小由于不同的热膨胀系数导致的机械应力，其特征在于，a)该载体在该薄膜结构(10)的区域中的表面(11)至少部分是经平滑的以降低粘附性，和/或b)该载体的一个/该表面(11)具有中间层(12)，在该中间层上安排有该薄膜结构(10)，其中，该中间层(12)的热膨胀系数是从8*10-6/K至16*10-6/K，尤其是从8.5*10-6/K至14*10-6/K，和/或c)该薄膜结构(10)具有至少一个导体轨道(13)，该导体轨道至少部分为波状并且该导体轨道沿着该载体的一个/该表面(11)横向地延伸，其中，该波状导体轨道(13)的振幅是从0.2*B至2*B，尤其是从0.4*B至1*B，并且该波状导体轨道(13)的波长是从3*B至10*B，尤其是从4*B至7*B，其中，“B”为该导体轨道(13)的宽度，和/或d)包含氧化物纳米颗粒、尤其是Al2O3和/或MgO的氧化物纳米颗粒的第一覆盖层(14a)被直接施加到该薄膜结构(10)上。2.如权利要求1所述的载体，其特征在于，在该薄膜结构(10)的区域中的该表面(11)形成至少一个滑动部分(15)和至少一个粘附部分(16)。3.如权利要求1所述的载体，其特征在于，在该薄膜结构(10)的整个区域中的该表面(11)是经平滑的。4.如以上权利要求之一所述的载体，其特征在于，在该薄膜结构(10)的区域中的该表面(11)具有尤其是带状的深度轮廓，该深度轮廓形成至少一个凹部，其中，该凹部(17)的该表面(11)是经平滑的。5.如权利要求4所述的载体，其特征在于，该薄膜结构(10)的至少一个导体轨道(13)被安排成相对于该带状深度轮廓成一定角度，尤其是在30°至90°的范围内。6.如权利要求4和5中任一项所述的载体，其特征在于，该凹部(17)具有梯形截面，该梯形截面具有两个倾斜侧面(18)以及在这两个倾斜侧面(18)之间的底面(19)，其中，至少一个侧面(18)、尤其是这两个侧面(18)相对于该底面(19)以10°至80°、尤其是45°至60°的角度上升。7.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·洛泽，S·迪特曼，阿尔弗雷德·弗莱肯施泰因，迪特尔·托伊施，
申请(专利权)人：贺利氏传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE