具有改进的耐刮擦性和热传导性能的陶瓷涂层制造技术

本发明专利技术涉及陶瓷涂层，其打算施用到金属载体，并且处于厚度2-100μm的至少连续膜的形式，这个涂层包含基质，其包括至少金属聚烷氧化物和其中分散的直径是0.01-50μm的颗粒，所述的颗粒是这样的材料，其的热导率等于或者高于10W.m-1.K-1和容积密度最大是3.9g/cm3。本发明专利技术还涉及包含这样的涂层的制品如厨房用具及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术通常涉及通过溶胶-凝胶方法所获得的陶瓷涂层，其能够不借助于熔合的可能来生产玻璃质材料，所述的陶瓷涂层打算施用到金属载体。本专利技术还涉及生产所述的涂层的方法以及涉及包含至少一层这样的涂层的制品，所述的制品可以是厨房用具制品、铁底板、头发平滑化熨烫板或者甚至家用器具的盖子。用陶瓷涂层在本专利技术的含义中表示通过溶胶-凝胶方法，由液体相前体基溶液形成的合成涂层，该溶液通过一组化学反应(水解和缩合)在低温转化成固体。因此获得的涂层可以是有机-无机的或者完全无机的。在本专利技术的含义中用有机-无机涂层表示这样的涂层，其的网络基本是无机的，但是包含有机基团，这具体归因于所用前体的性质和涂层的固化温度。在本专利技术的含义中用完全无机的涂层表示由完全的无机材料组成的涂层，没有任何有机基团。这样的涂层还可以通过溶胶-凝胶方法，在至少400℃的固化温度获得，或者由四乙氧基硅烷(TEOS)类型前体，使用可以低于400℃的固化温度来获得。这些陶瓷涂层目前在厨房用具制品领域具有重要发展，和特别是作为覆盖厨房用具制品的内或者外表面的涂层。此外，它们具有可以获得特别的耐温度性着色涂层和具有易于清洁性的优点。这样的涂层通常是通过将硅基金属烷氧基化物例如硅烷或者铝基金属烷氧基化物如铝酸盐相组合来获得的，并且可以施涂到金属基底如铝、铸铝或不锈钢上。但是，这些溶胶-凝胶涂层在金属载体上具有有限的耐机械性，和/或由>于它们的热绝缘性而不允许最佳的热传导。实际上，在例如厨房用具制品的情况中，提供到所述制品的部分的能量是在该绝缘涂层中耗散的，而非直接传递到待烹制的食物。此外，使用不导热或者差的导热的溶胶-凝胶涂层，在与加热体接触的区域会观察到对烹制品质不利的热点的局部形成。不过，基本的是能够具有在大于200℃耐热的涂层，其在它们的最终用途中以均匀和有效的方式传热，并且其另外是机械上耐使用损伤的(刮擦、研磨…)。为了解决这样的问题，本领域技术人员通常将考虑使用微米尺寸的常规金属填料。但是，这些填料具有高密度，这使得它们悬浮困难，并且产生了在含有它们的配料中快速倾析的风险。因此本申请人寻求通过混入具有低容积密度和高热导率的填料，来解决这个密度问题。金刚石和立方体氮化硼颗粒满足这两个限制，并且它们在通过溶胶-凝胶方法获得的陶瓷涂层中的应用是本领域技术人员已知的。因此，美国专利US6939908教导了在由前体例如烷氧基硅烷通过溶胶-凝胶方法所获得的透明的陶瓷涂层中使用直径0.05μm-20μm的耐磨颗粒聚集体类型，来改进涂层耐变形性，以及使用直径小于0.1μm的陶瓷纳米颗粒，来提高涂层透明度。用于塑性基底的透明涂层主要打算用于眼科类型、机动车玻璃或者飞机驾驶舱应用。这样的涂层也可以施用到金属基底上，来改进它们的硬度和耐腐蚀性。此外，专利申请US2011/0127461描述通过溶胶-凝胶方法所获得的热导性组合物，其由聚硅氧烷基质组成，其中分散有尺寸为0.003-50μm的无机颗粒例如氮化硼或者金刚石颗粒，该颗粒和基质化学结合的。归因于它们的高热导率，该金刚石或者CBN颗粒有利于热在更热绝缘的聚硅氧烷基质中的传递。该溶胶-凝胶涂层的厚度是200-500μm。它们由非常厚的涂层组成，打算用于电子功率领域，作为用于密封和保护半导体元件的材料。耐机械性不是这些类型涂层的目标。具体的，在厚涂层下确保热传导所必需的高颗粒含量产生了高的碎片风险，其对于硬机械要求电子应用是可接受的，但是对于厨房用具应用是不可接受的，厨房用具经历了持续的机械侵蚀(冲击、研磨、重复的震动)。但是，这些文献教导的溶胶-凝胶涂层不可能解决本专利技术的技术问题，其组成在于共同的和有效的改进低厚度(特别是小于100nm)溶胶-凝胶涂层的耐机械性和它在使用过程中的热均匀性。为了解决这个问题，本申请人已经通过溶胶-凝胶方法开发了陶瓷涂层，其中存在着低容积密度(小于3.9g/cm3)的颗粒，同时具有良好的热导率性能。本专利技术因此涉及陶瓷涂层，其打算施用到金属载体，并且处于厚度2-100μm的至少连续膜的形式，所述涂层包含基质，其包括至少金属聚烷氧化物和其中分散的直径是0.01-50μm的颗粒，这些颗粒是这样的材料，其的热导率等于或者高于10W.m-1.K-1和容积密度最大是3.9g/cm3。有利的，构成该颗粒的材料的莫氏硬度等于或者高于9，来提供余量的硬度给本专利技术涂层的基于金属聚烷氧基化物的基质。虽然对于金属聚烷氧基化物基溶胶-凝胶涂层来说，由于正确选择金属烷氧化物(通过使用例如铝化的衍生物来代替含硅的金属烷氧化物)能够获得高度的硬度，但是不能获得最大可能的硬度，因为通过溶胶-凝胶方法的反应方法优先导致了无定形化合物，其本质上硬度会低于结晶化合物。结晶化合物的获得仅仅在硬化方法已经在非常高的温度进行时需要，其将与某些金属载体的使用和环境和生产率的限制是不相容的。所述颗粒(其可以是或者可以不是相同的化学物质)可以是相同或者不同尺寸的。因此，可以具有不同化学性质和不同尺寸的颗粒。有利的，该颗粒的直径是0.05-20μm，优选0.1-5μm和更佳的仍然是0.5-3μm。有利的，分散在本专利技术的陶瓷涂层的基质中的颗粒可以选自金刚石颗粒；立方体氮化硼或者CBN颗粒；金刚石类碳类型或者DLC的颗粒；碳化硅颗粒，碳化硼颗粒，氮化铝颗粒，氮化硅颗粒和它们的组合。根据本专利技术，用“金刚石类碳”(缩写为DLC)表示一种无定形结构，具有与金刚石结构相同类型的四面体键（tetrahedral bonds）。这些分散的颗粒有利的以涂层的0.5-8%的比例，和优选以2-4重量%的比例存在于本专利技术的涂层中。有利的，本专利技术的陶瓷涂层的基质是由选自下面的金属聚烷氧基化物形成的：聚烷氧基硅烷、铝酸盐、钛酸盐、锆酸盐、钒酸盐、硼酸盐和它们的组合。本专利技术的陶瓷涂层的基质的金属聚烷氧基化物可以进一步包含至少一种非官能化的烷基。这种烷基可以是直链或者支化的，并且选自C1、C2、C3或者C4的烷基，即，甲基、乙基和包含3或者4个碳原子的烷基。烷基的存在已经被证实对于改进本专利技术涂层的疏水性是特别有利的，但是不会妨碍无机网络的形成。除了具有良好的热导率和低容积密度的分散颗粒之外，本专利技术的陶瓷涂层的基质可以进一步包含至少一种反应性或者非反应性硅油(或硅油的混合物)，来改进涂层表面的疏水性。作为用于本专利技术网络中的反应性硅油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷涂层，其打算施用到金属载体，并且处于厚度2‑100μm的至少连续膜的形式，这个涂层包含基质，其包括至少金属聚烷氧化物和其中分散的直径是0.01‑50μm的颗粒，所述颗粒的热导率等于或者高于10W.m‑1.K‑1和容积密度最大是3.9g/cm3。

【技术特征摘要】
2012.10.31 FR 12604311.一种陶瓷涂层，其打算施用到金属载体，并且处于厚度2-100μm的至
少连续膜的形式，这个涂层包含基质，其包括至少金属聚烷氧化物和其中分
散的直径是0.01-50μm的颗粒，所述颗粒的热导率等于或者高于10W.m-1.K-1和容积密度最大是3.9g/cm3。
2.根据权利要求1的涂层，其中所述颗粒的构成材料的莫氏硬度等于或
者高于9。
3.根据权利要求1和2任一项的涂层，其中该基质进一步包含至少反应
性或者非反应性硅油。
4.根据权利要求1-3任一项的涂层，其中该金属聚烷氧基化物选自聚烷
氧基硅烷、铝酸盐、钛酸盐、锆酸盐、钒酸盐、硼酸盐以及它们的组合，所
述的金属聚烷氧基化物能够进一步包含至少一种非官能化烷基。
5.根据权利要求1-4任一项的涂层，其中该连续膜的厚度是5-70μm。
6.根据权利要求1-5任一项的涂层，其中所述的颗粒的直径是
0.05-20μm，有利的是0.1-5μm，和甚至更佳的是0.5-3μm。
7.根据前述任一项权利要求的涂层，其中分散在基质中的颗粒选自金刚
石颗粒；立方体氮化硼颗粒或CBN；金刚石类碳类型颗粒或者DLC，碳化硅
颗粒，碳化硼颗粒，氮化铝颗粒，氮化硅颗粒和它们的组合。
8.根据权利要求1-7任一项的涂层，其中该分散的颗粒占所述涂层的
0.5-8重量%，有利的是涂层总重量的2-4重量%。
9.根据权利要求1-8任一项的涂层，其中该硅油占所述的涂层的0.01-2
重量%，有利的占涂层总重量的0.3-2重量%。
10.根据权利要求1-9任一项的涂层，其中该硅油在20℃的动态粘度是
0.02-0.05Pa.s。
11.根据权利要求1-10任一项的涂层，其中该硅油是选自下面的反应性

\t油：氯化的油、氨基油、(甲基)丙烯酸酯化的油、羟基化的油和酸酐、氢化
物乙烯基封端的油。
12.根据权利要求1-11任一项的涂层，其中该基质进一步包含至少一种
构造填料和/或至少一种颜料。
13.根据权利要求12的涂层，其中该颜料选自包覆的或者未包覆的云母、
二氧化钛、铜-铬-锰、铜-铬、铬-锑-钛、锡-锌-钛混合的氧化物、尖晶石、
铝硅酸盐、铁氧化物、炭黑、聚酰亚胺红、薄片、干涉颜料、热变色颜料、
磁性或可磁化的颜料、钴盐、钛酸镍和它们的组合。
14.根据权利要求12的涂层，其中该构造填料选自：
(i)金属氧化物例如氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化铁，
(ii)二氧化硅，
(iii)氧化锆，
(iv)云母，
(v)粘土例如蒙脱石、海泡石、土石膏、高岭石和锂皂石，
(vi)氧化锌，
(vii)石英，和
(viii)磷酸锆，
这些填料处于粉末或者胶体悬浮液的形式。
15.根据权利要求14的涂层，其中该构造填料是氧化铝或者二氧化硅的
粉末或者胶体悬浮液。
16.一种制品，其包含至少一层的例如根据权利要求1-15任一项所定义
的涂层。
17.根据权利要求16的制品，其包含至少两层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：让路克·佩里莱恩，奥里莱恩·迪邦谢，劳伦特·卡莉耶，
申请(专利权)人：SEB公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR