[发明专利]用于在轿车和载重汽车中感测温度的无源耐高温电阻元件

说明书

本发明涉及一种用于在轿车和载重汽车中感测温度的无源耐高温电阻元件。此外，本发明还涉及一种由这种电阻元件与一个功能元件组成的组合元件，以用于内燃机的燃烧室中。

技术水平

在1400℃以下使用范围内使用的用于感测温度的耐热材料在机械性方面是不稳定的，因此，一般不能够作为自支承的温度传感器元件使用，它们通常装在保护管里，或者装在衬底上或衬底之间。在这里，大多数采用陶瓷衬底。已知的、适合于废气的温度传感器是通常由Pt/PtRh或Ni/CrNi的贵金属丝制成的热电偶，其接线腿相互绝缘地放在陶瓷管里，其接触点通过一个金属外壳或者陶瓷外壳被保护，或者通过焊入炽热头引火塞的金属外壳里受到保护。此外，还知道作为厚层叠式热电偶或者薄层叠式热电偶构成的温度传感器，在这种温度传感器中，对温度敏感的功能层被蒸发或者烧结到衬底上面或者衬底之间。这通过相应的底材决定热电偶的确定的惰性。

此外，在内燃机燃烧室的燃烧过程中感测温度是十分重要的。为了通入燃烧室，特别是在现代四门直喷发动机中，经常没有可能为温度传感器设置一个附加的开口。

此外，待感测的温度或者从-40至1400℃的温度间隔以及热气体形式的腐蚀性气氛对温度传感器提出了极高的要求。

本发明的任务

本发明的任务在于，提供一种在达到1400℃的极高温度下耐热的、机械性稳定的、自支承的电阻接收器，它可以实现在排气管路中感测废气温度，或者在-40至1400℃的使用范围内感测轿车和载重汽车发动机的燃烧室温度。在后一种情况下，应通过燃烧室中现有的开口之一实现温度感测。

按照本发明，这个任务通过一个用于感测温度的无源耐高温电阻元件来解决，其特征是，具有一个基本上内置的绝缘层和两个由陶瓷复合组织构成的外置的导体层，其中，导体层在电阻元件的尖端上相互连接，陶瓷复合组织包含四氮化三硅、一种金属硅化物和氧化钇，或者包含四氮化三硅、一种金属硅化物和一种由Si_xO_yC_zN_w构成的基体相，其中，x表示1-2，y表示0-2，z表示0-2并且w表示0-2。

在本发明的一个优选实施形式中，内置的绝缘层也具有陶瓷复合组织。

在这里，因为绝缘的和可导电的部分的组成按照优选方式只有很小的差别，所以按照有利的方式可以实现共烧结或者合成材料的共热解。关于烧54结参阅EP0412428A1和DE19538695A1。

在一个简化的变型方案中，可以采用一个用于绝缘的空隙代替用合成材料制成的内置绝缘层。

本发明电阻元件的陶瓷复合组织优选包含30-70质量％Si₃N₄，25-65质量％MSi₂，在这里，M是Mo、Nb、W或Ti，还包含0-5质量％Al₂O₃和2-9质量％Y₂O₃。

同样可能的是，在陶瓷复合组织中由Si_xO_yC_zN_w构成的基体相是一种或多种硅有机化合物的热解产物。合适的化合物是聚硅氧烷、如于尔斯(Huels)公司的NH2100，和聚硅氮烷(Polysilazan)、如日本日棉公司的NCP200。

在四氮化三硅基础上加一种金属硅化物MSi₂填充剂组成的合成材料是热稳定和机械性稳定的，并且由于混合了一定比例的适当填充剂成份而具有可根据混合比例调节的、具有正温度系数的电阻。如在EP0412428A1和DE19538695A1中指出的那样，这种组合特性允许例如制成快速加热的炽热头。

在本发明的一个优选实施形式中，电阻元件的尖端是缩小的。通过尖端上的导电区域的缩小可以调节传感器的电阻。缩小区域的长度还决定测量温度的地点。可导电合成材料在尖端中的电阻可以通过改变混合情况相对于引线中的材料改变多个数量级，不会通过此对热性能/机械性能产生值得一提的负面影响，所述引线在这里被理解为电阻元件的主体。这特别是在一端固定的结构的情况下具有重要意义。