陶瓷加热设备及其制造方法技术

具有一个大平面的，单片的陶瓷加热设备，蒸煮槽至少部分覆盖具有至少规定加热区的加热面板，其特征为，加热面板由低膨胀的烧结玻璃陶瓷构成，其至少含有９０％，优选至少９２％的主结晶相的堇青石。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于一种具有大平面的单片结构的陶瓷加热设备，其全部加热槽覆盖配置有单独规定的加热区的加热面板以及这种陶瓷加热设备的制造方法。通常的陶瓷加热设备由一个平的加热面板构成，在其上面配置蒸煮器且在加热面板下面设置加热系统，如用辐射或卤素加热物体进行加热。因此加热面板由低膨胀性材料构成，如Ceran型的玻璃陶瓷。除了这种以通常加热方式的常规陶瓷加热设备外还已知有一种直接加热的陶瓷加热设备。在这种已知的加热设备中代替通常的加热物体直接在加热面板的下面涂敷一种导电的加热层，该层与加热面板牢固地粘接。直接加热的加热设备与通常的加热的加热设备相比其优点是一般具有必要的更低的工作温度，良好的热功率调节且由此控制加热面板的上表面的温度，即加热区的温度。所以用这种直接加热的加热设备进行加热，加热时间短且由此在更小的设备高度的加热设备中得到更高的效率。用于直接加热的加热设备的加热面板的材料必须具有除了低的热膨胀性能外，还必须具有高的电绝缘性和良好的热导性能。因此对于直接加热的加热设备来说可使用玻璃陶瓷，如WO 00/15005所公开。除此之外，也可使用优选的非氧化的陶瓷，如专利EPO 853444 A2规定的Si3N4或专利DE19835378规定的SiC或AlN的应用。关于对用于直接加热的蒸煮设备的加热面板的材料的必要性能是已知的，这就是随着温度的增加其比电阻减少。尤其适用的如Ceran的LAS-玻璃陶瓷。在直接加热的加热设备的最高工作温度为450℃时其比电阻不大于106Ωcm。当然这个电阻不足以保证满足3750V(欧洲标准)或1000V(美国标准)要求的耐压强度。为了满足这种要求，需在玻璃陶瓷的加热面板和涂敷的导热体层之间另外加一电绝缘层。这种绝缘层可由Al2O3(DE 19817194 A1)或由Glasemaille(专利DE 19845102 A1)构成。由专利DE 19835378 A1已知由BN或陶瓷粘接剂构成的层。此外已知如莫来石或堇青石也是优良的材料。根据这种材料本身的比电阻这种材料的电绝缘层的厚度可最大至几百个μm。但是这种必要的绝缘层在直接加热的加热设备中使用时具有一系列新的缺点。因为用于绝缘层的材料通常仅具有按比例减小的热导能力，随着绝缘层厚度的增加将使加热设备的效率降低。另外由于玻璃陶瓷与绝缘材料之间热膨胀系数的不同而产生热应力，这就难以实现机械性稳定的粘接。同时经常不可避免的是，绝缘层所具有的不平整性或其上表面类似的多孔性，这些使得只有几个μm厚的薄导热体道线难以均匀涂敷。最后要求这种层的制造，也就是在玻璃陶瓷一加热面板上涂敷必要层厚度的用于绝缘的层材料的涂敷以及紧接着的对该层的煅烧需要增加不是小的额外的技术费用，尤其是制造费用。玻璃陶瓷与绝缘材料的热失配问题可通过在加热面板和绝缘层之间涂敷一种有延性的，金属层来减小。由于这附加的层可松驰因热失配造成的应力(专利DE 3105065 C2)。如果使这种金属层接地，还能因此带来其它优点，因为它在加热区上的蒸煮容器与热导体之间用作抗电压击穿的保护电极。由此可尽量减低电在绝缘层上的要求，使得可以例如减少其厚度。当然也要考虑使用这种金属中间层所存在的对该层的制造所增添的费用。使用上面提及的非氧化玻璃陶瓷，如Si3N4，SiC和AlN的最主要的优点是，与由玻璃陶瓷构成的加热面板相反这种陶瓷具有很高的比电阻。由于这种特性一般可取消前面所提到的在加热面板和导热体之间所添加的电绝缘层，同时并不降低所要求的耐压强度。但相对于玻璃陶瓷，所述陶瓷的主要缺点是其明显过大的膨胀系数＞3.10-6·K-1。假设使用由这种材料制造类似于以蒸煮槽覆盖的玻璃陶瓷情况的加热面板似的大的，单片的加热面板，则将由于在单个的加热区和围绕加热区的不加热边缘区间的温度差异产生很大的机械应力。这可造成加热区的不规则的相应的翘曲变形，以至不能再保证加热区上的蒸煮器底面所放置的板的平度且由此导致加热设备的效率明显降低。另一方面还存在很大的危险，当产生的热应力超过加热面材料本身的强度时，将在加热面板内产生断裂，裂缝等。这种陶瓷材料的另一个缺点是其高的热导率，对于Si3N4为＞30W/mK或对于SiC和AlN为＞100W/mK，这导致在大平面的单片的加热面板的边缘部分的过分加热，这将有可能造成设备损害和降低设备的可靠性。这种过热也造成能源损失，因为在加热区外的范围进行强加热。由于以上这些原因不能采用这种已知的陶瓷制作大平面的单片的加热板，以不必容忍这主要缺点。单独的加热面板原则上可以是所要求的加热区的大小并且是放置蒸煮槽覆盖的板留下的相应的空隙且借助有机的密封材料使加热板与覆盖板之间的边缘区域进行固定。与由玻璃陶瓷制成的大平面的单片的加热板相比，这种加热设备的具体结构存在许多缺点。它没有一致的，大尺寸单片加热面板的美学印像。另一方面由于在盖板中嵌入单个加热板使得加热板与包围的和容纳的盖板间的均匀高度不再保持。最后由于在单个加热板与盖板间所存在的接合区而受损并对盖板进行良好净化是十分重要。本专利技术的任务是制备一种开始提到的形式的陶瓷加热设备，它由陶瓷材料制成的加热面板至少部分由蒸煮槽覆盖且具有低的热导率以及小的热膨胀。这个任务按本专利技术得以解决，即加热面板由低膨胀的烧结玻璃陶瓷构成，它含有至少90％，优选至少92％的主结晶相的堇青石。在这种陶瓷加热设备里使用了一种烧结玻璃陶瓷，它是由堇青石构成的一种主结晶相。这种烧结玻璃陶瓷具有足够小的热膨胀性，在以20至500℃的温度范围内为＜1.5·10-6·K-1，优选为＜1·10-6K-1。由于该材料具有的热导率为2-4W/mK，可以用于制造一种具有单独规定加热区的大平面单片的加热面板。按最优选的实施方案，烧结玻璃陶瓷含有TiO2和/或ZrO2和/或ZrSiO4作为结晶的次要成分，且在室温条件下的热导率为4至4.5W/mK，而在450℃的温度下其热导率为2至3W/mK。烧结玻璃陶瓷的E模数＞120GPa，优选＞140GPa且具有高的电绝缘性能，即在tk100超过650℃，优选的是超过850℃。烧结玻璃陶瓷的基本材料，基于重量百分比为14-16的MgO，32-35的Al2O3，48-57的SiO2，0-2的K2O，0-2的B2O3以及0-8的TiO2和/或ZrO2。这种陶瓷加热设备的机械的，电的，热比的和几何的特性均满足标准的要求。按本专利技术的优选实施方案采取的是通过直接在加热面板的下面涂敷的热导体道线可以直接加热加热面板的加热区。对这样的配置由于加热面板材料的良好的电绝缘性能可在加热面板与热导体层之间不加绝缘层。其特别的优点是在当加热面板以大平面，单片的，全部蒸煮槽覆盖的物体所构成。这样以简单的方法消除了一开始在第5页所描写的技术上的缺点。这种陶瓷加热设备是一种长期稳定的产品，它不同于通常的加热设备它具有明显的改进的温度可控性和更高的效率。此外由于省略了绝缘层而减少了材料和生产制造上的费用。尤其是基于所提及的烧结玻璃陶瓷的热膨胀性能，小的热导率和高的E-模数，在以420℃的加热区的上表面的工作温度条件下其加热区的翘曲＜0.1mm。在这种陶瓷加热设备的制造中使用烧结玻璃陶瓷的粉末，它是由结晶化的原料玻璃和至少一种另外的氧化物组份的粉末的混合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里克·希夫纳，弗里德里克·西伯斯，卡斯滕·沃姆布特，
申请(专利权)人：舱壁玻璃公司，
类型：发明
国别省市：