{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:843"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:843","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Siebdruck von elektrisch leitfähigen Keramiken zur Entwicklung heizbarer keramischer Mikrokomponenten","abstract":"Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden siebgedruckte, elektrisch leitfähige
Keramikschichten im Hinblick auf ihren Einsatz als Hochtemperaturheizelemente
vorzugsweise in der Mikrotechnik, untersucht. Die in dieser Arbeit entwickelten
Siebdruckpasten decken den Einsatzbereich bis zu Temperaturen von ca. 1000 °C ab, was bisher mit entsprechenden kommerziellen Siebdruckpasten nicht mö glich ist.
Es wurden Siebdruckpasten auf Basis von Al2O3/TiN, Si3N4/TiN und Indium-Zinn-Oxid entwickelt. Das Ziel der Entwicklung war, die Voraussetzungen für ein mö glichst dichtes Gefüge und damit reproduzierbare elektrische Eigenschaften der Schichten nach dem Sintern zu schaffen. Gleichzeitig wurden die rheologischen Eigenschaften der Pasten für ein möglichst optimales Druckergebnis eingestellt. Dichte, elektrisch leitfä hige Schichten ließen sich herstellen, indem für die Pastenherstellung geeignete keramische Pulverqualitäten ausgewählt und in Kombination mit einem geeigneten Siebdruckmedium eingesetzt wurden.
Das Siebdruckmedium, bestehend aus Lö sungsmittel, Dispergiermittel und polymerem Bindemittel bzw. rheologischem Additiv, wurde zu diesem Zweck eigens entwickelt.
Von den untersuchten Materialien eignen sich Al2O3/TiN und Indium-Zinn-Oxid zur
Herstellung von mikrostrukturierten, siebgedruckten Widerstandsheizelementen auf Aluminiumoxidträ gern, Si3N4/TiN hingegen nicht. Verschiedene Heizelementkonfigurationen wurden entwickelt und bezüglich ihres Heizverhaltens charakterisiert. Die Elemente können bis zu Temperaturen um 1000 °C betrieben werden. Die Anwendungspotentiale liegen in der Zündtechnik, bei der Beheizung von Sensorelementen, in der Temperaturmesstechnik und in der Mikroverfahrenstechnik. Als Anwendungsbeispiel wurde ein Heizkonzept auf Basis der siebgedruckten Keramikschichten entwickelt, bei welchem die Reaktionszone eines keramischen Mikroreaktors lokal auf Temperaturen von bis zu 1000 °C induktiv beheizt
werden kann.","abstract_html":"Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden siebgedruckte, elektrisch leitfähige <br>Keramikschichten im Hinblick auf ihren Einsatz als Hochtemperaturheizelemente <br>vorzugsweise in der Mikrotechnik, untersucht. Die in dieser Arbeit entwickelten <br>Siebdruckpasten decken den Einsatzbereich bis zu Temperaturen von ca. 1000 °C ab, was bisher mit entsprechenden kommerziellen Siebdruckpasten nicht mö glich ist. <br>Es wurden Siebdruckpasten auf Basis von Al2O3/TiN, Si3N4/TiN und Indium-Zinn-Oxid entwickelt. Das Ziel der Entwicklung war, die Voraussetzungen für ein mö glichst dichtes Gefüge und damit reproduzierbare elektrische Eigenschaften der Schichten nach dem Sintern zu schaffen. Gleichzeitig wurden die rheologischen Eigenschaften der Pasten für ein möglichst optimales Druckergebnis eingestellt. Dichte, elektrisch leitfä hige Schichten ließen sich herstellen, indem für die Pastenherstellung geeignete keramische Pulverqualitäten ausgewählt und in Kombination mit einem geeigneten Siebdruckmedium eingesetzt wurden. <br>Das Siebdruckmedium, bestehend aus Lö sungsmittel, Dispergiermittel und polymerem Bindemittel bzw. rheologischem Additiv, wurde zu diesem Zweck eigens entwickelt. <br>Von den untersuchten Materialien eignen sich Al2O3/TiN und Indium-Zinn-Oxid zur <br>Herstellung von mikrostrukturierten, siebgedruckten Widerstandsheizelementen auf Aluminiumoxidträ gern, Si3N4/TiN hingegen nicht. Verschiedene Heizelementkonfigurationen wurden entwickelt und bezüglich ihres Heizverhaltens charakterisiert. Die Elemente können bis zu Temperaturen um 1000 °C betrieben werden. Die Anwendungspotentiale liegen in der Zündtechnik, bei der Beheizung von Sensorelementen, in der Temperaturmesstechnik und in der Mikroverfahrenstechnik. Als Anwendungsbeispiel wurde ein Heizkonzept auf Basis der siebgedruckten Keramikschichten entwickelt, bei welchem die Reaktionszone eines keramischen Mikroreaktors lokal auf Temperaturen von bis zu 1000 °C induktiv beheizt <br>werden kann.","abstract_has_math":false,"creators":["Stolz, Stefan"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":["Haußelt, Jürgen"],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":null,"date_issued":"","date_published":null,"updated_at":"2026-07-24T02:21:58Z","subjects":[],"languages":[],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[]},"links":{"outbound_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/data/843","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"source_url"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:contributor","label":"Contributor","values":["Haußelt, Jürgen"]},{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Stolz, Stefan"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["DoctoralThesis"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description.abstract","label":"Abstract","values":["Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden siebgedruckte, elektrisch leitfähige
Keramikschichten im Hinblick auf ihren Einsatz als Hochtemperaturheizelemente
vorzugsweise in der Mikrotechnik, untersucht. Die in dieser Arbeit entwickelten
Siebdruckpasten decken den Einsatzbereich bis zu Temperaturen von ca. 1000 °C ab, was bisher mit entsprechenden kommerziellen Siebdruckpasten nicht mö glich ist.
Es wurden Siebdruckpasten auf Basis von Al2O3/TiN, Si3N4/TiN und Indium-Zinn-Oxid entwickelt. Das Ziel der Entwicklung war, die Voraussetzungen für ein mö glichst dichtes Gefüge und damit reproduzierbare elektrische Eigenschaften der Schichten nach dem Sintern zu schaffen. Gleichzeitig wurden die rheologischen Eigenschaften der Pasten für ein möglichst optimales Druckergebnis eingestellt. Dichte, elektrisch leitfä hige Schichten ließen sich herstellen, indem für die Pastenherstellung geeignete keramische Pulverqualitäten ausgewählt und in Kombination mit einem geeigneten Siebdruckmedium eingesetzt wurden.
Das Siebdruckmedium, bestehend aus Lö sungsmittel, Dispergiermittel und polymerem Bindemittel bzw. rheologischem Additiv, wurde zu diesem Zweck eigens entwickelt.
Von den untersuchten Materialien eignen sich Al2O3/TiN und Indium-Zinn-Oxid zur
Herstellung von mikrostrukturierten, siebgedruckten Widerstandsheizelementen auf Aluminiumoxidträ gern, Si3N4/TiN hingegen nicht. Verschiedene Heizelementkonfigurationen wurden entwickelt und bezüglich ihres Heizverhaltens charakterisiert. Die Elemente können bis zu Temperaturen um 1000 °C betrieben werden. Die Anwendungspotentiale liegen in der Zündtechnik, bei der Beheizung von Sensorelementen, in der Temperaturmesstechnik und in der Mikroverfahrenstechnik. Als Anwendungsbeispiel wurde ein Heizkonzept auf Basis der siebgedruckten Keramikschichten entwickelt, bei welchem die Reaktionszone eines keramischen Mikroreaktors lokal auf Temperaturen von bis zu 1000 °C induktiv beheizt
werden kann.","The objective of the current work was the development of electro-conductive ceramic screen printing pastes. By screen printing these pastes on ceramic substrates microstructured ceramic heating elements were developed, covering the temperature range from room temperature up to about 1000 °C. Until now, no commercial pastes are available for this high temperature region.
The scope of the work comprises the development of screen printing pastes of three different materials: Al2O3/TiN, Si3N4/TiN and Indium-Tin-Oxide (In2-xSnxO3). The paste optimisation was conducted to accomplish the prerequisites for a dense sintered microstructure of the layers leading to reproducible electrical properties. Furthermore the rheological properties of the pastes were adjusted in order to yield an optimised printing result. Dense, electroconducting layers were obtained by selecting suitable powder qualities and by combining them with a suitable organic vehicle. Special organic vehicles consisting of a solvent, a dispersant and a polymeric binder or rheological modifier had to be developed for this purpose.
Microstructured ceramic resistance heating elements, screen printed onto alumina substrates could be realized for the material combination Al2O3/TiN and for In2-xSnxO3, whereas Si3N4/TiN showed severe deficiencies. Different types of heating elements were developed and examined with respect to their heating characteristics. It could be shown that the heaters can be operated up to temperatures of 1000 °C. Potential applications for these devices are
igniters, heating elements for sensors or for micro reaction technology components. Due to the linear temperature versus electrical resistance correlation they can also be used as temperature monitoring units.
As a first application a heating concept for a ceramic microreactor was developed and built. The objective was a localized inductive heating of the reaction zone. It was possible to reach a temp. of 1000 °C at the reaction zone."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Siebdruck von elektrisch leitfähigen Keramiken zur Entwicklung heizbarer keramischer Mikrokomponenten","Screen printing of electro-conductive ceramics for the development of heatable microcomponents"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Haußelt, Jürgen"],"dc:creator":["Stolz, Stefan"],"dc:description.abstract":["Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden siebgedruckte, elektrisch leitfähige
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vorzugsweise in der Mikrotechnik, untersucht. Die in dieser Arbeit entwickelten
Siebdruckpasten decken den Einsatzbereich bis zu Temperaturen von ca. 1000 °C ab, was bisher mit entsprechenden kommerziellen Siebdruckpasten nicht mö glich ist.
Es wurden Siebdruckpasten auf Basis von Al2O3/TiN, Si3N4/TiN und Indium-Zinn-Oxid entwickelt. Das Ziel der Entwicklung war, die Voraussetzungen für ein mö glichst dichtes Gefüge und damit reproduzierbare elektrische Eigenschaften der Schichten nach dem Sintern zu schaffen. Gleichzeitig wurden die rheologischen Eigenschaften der Pasten für ein möglichst optimales Druckergebnis eingestellt. Dichte, elektrisch leitfä hige Schichten ließen sich herstellen, indem für die Pastenherstellung geeignete keramische Pulverqualitäten ausgewählt und in Kombination mit einem geeigneten Siebdruckmedium eingesetzt wurden.
Das Siebdruckmedium, bestehend aus Lö sungsmittel, Dispergiermittel und polymerem Bindemittel bzw. rheologischem Additiv, wurde zu diesem Zweck eigens entwickelt.
Von den untersuchten Materialien eignen sich Al2O3/TiN und Indium-Zinn-Oxid zur
Herstellung von mikrostrukturierten, siebgedruckten Widerstandsheizelementen auf Aluminiumoxidträ gern, Si3N4/TiN hingegen nicht. Verschiedene Heizelementkonfigurationen wurden entwickelt und bezüglich ihres Heizverhaltens charakterisiert. Die Elemente können bis zu Temperaturen um 1000 °C betrieben werden. Die Anwendungspotentiale liegen in der Zündtechnik, bei der Beheizung von Sensorelementen, in der Temperaturmesstechnik und in der Mikroverfahrenstechnik. Als Anwendungsbeispiel wurde ein Heizkonzept auf Basis der siebgedruckten Keramikschichten entwickelt, bei welchem die Reaktionszone eines keramischen Mikroreaktors lokal auf Temperaturen von bis zu 1000 °C induktiv beheizt
werden kann.","The objective of the current work was the development of electro-conductive ceramic screen printing pastes. By screen printing these pastes on ceramic substrates microstructured ceramic heating elements were developed, covering the temperature range from room temperature up to about 1000 °C. Until now, no commercial pastes are available for this high temperature region.
The scope of the work comprises the development of screen printing pastes of three different materials: Al2O3/TiN, Si3N4/TiN and Indium-Tin-Oxide (In2-xSnxO3). The paste optimisation was conducted to accomplish the prerequisites for a dense sintered microstructure of the layers leading to reproducible electrical properties. Furthermore the rheological properties of the pastes were adjusted in order to yield an optimised printing result. Dense, electroconducting layers were obtained by selecting suitable powder qualities and by combining them with a suitable organic vehicle. Special organic vehicles consisting of a solvent, a dispersant and a polymeric binder or rheological modifier had to be developed for this purpose.
Microstructured ceramic resistance heating elements, screen printed onto alumina substrates could be realized for the material combination Al2O3/TiN and for In2-xSnxO3, whereas Si3N4/TiN showed severe deficiencies. Different types of heating elements were developed and examined with respect to their heating characteristics. It could be shown that the heaters can be operated up to temperatures of 1000 °C. Potential applications for these devices are
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