具有至少两种导电材料的导电多孔烧结体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种包括多孔烧结体的蒸发器，其中所述烧结体由复合材料构成，所述复合材料由至少一种第一导电材料和至少一种第二导电材料以及至少一种介电材料构成。所述烧结体的开孔孔隙率在10％至90％的范围内，其中所述介电材料选自玻璃、可结晶的玻璃和/或玻璃陶瓷。所述第一导电材料的电导率低于所述第二导电材料的电导率。所述复合材料中的介电材料的比例为5vol％至70vol％，所述复合材料中的第一导电材料的比例为10vol％至90vol％，并且所述复合材料中的第二导电材料的比例为5vol％至50vol％，并且所述烧结体的电导率在0.1至105S/m的范围内。此外，本发明专利技术还涉及一种制造所述烧结体的方法以及多孔烧结体用于蒸发器中的用途。中的用途。中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有至少两种导电材料的导电多孔烧结体及其制造方法


[0001]本专利技术总体上涉及一种导电多孔烧结体。本专利技术尤其涉及一种用于储存和可控地递送可蒸发的物质的蒸发器单元，其包括液体储存器或液体贮存器以及加热单元。在此情况下，特别是可以将所述蒸发器单元用于电子香烟、药品的给药装置、房间加湿器和/或可加热的蒸发器。在此，这些蒸发器可以是用于将物质以气体、蒸汽和/或气溶胶的形式提供、递送和/或扩散至诸如室内空气的气相中的装置。所述物质例如可以是香料或活性成分、特别是驱虫剂。
[0002]电子香烟(以下也被称为电子烟)或类似的装置(如电烟斗或水烟)越来越多地被用作烟草香烟的替代品。电子烟通常包括烟嘴和蒸发器单元以及与这个蒸发器单元作用性连接的电源。蒸发器单元具有与加热元件连接的液体储存器。
[0003]某些药品、特别是用于对呼吸道和/或口腔粘膜和/或鼻粘膜进行治疗的药品有利地以气态或汽化的形式进行给药，例如作为气溶胶进行给药。可以将根据本专利技术的蒸发器用于储存和递送此类药品，特别是用于针对此类药品的给药装置中。
[0004]可加热的蒸发器越来越多地被用于为环境提供香料。特别是，此环境可以是酒吧、酒店大堂和/或车辆内部，例如机动车、特别是乘用车的内部。在此处所使用的蒸发器单元中，液体储存器与加热元件连接。这个液体储存器包含液体，通常为载液(如丙二醇或甘油)，将添加剂(如香料和调味剂和/或尼古丁和/或药品)溶解和/或通常包含在该液体中。通过吸附过程将这个载液结合在液体储存器的内表面上。如果有必要，设有单独的液体储存器，以便向液体储存器中供应液体。
[0005]储存在液体储存器中的液体通常通过对加热元件进行加热而汽化，从液体储存器的湿润表面解吸并且可被使用者吸入。在此情况下，温度可以达到200℃以上。
[0006]因此，液体储存器或液体贮存器必须具有高的容纳能力和好的吸附效果，同时，必须在高温下快速释放或输送液体。

技术介绍

[0007]由现有技术已知用作液体储存器或芯件的不同材料。因此，液体储存器或芯件可由多孔或纤维状的有机聚合物构成。虽然可以很容易地制造相应组件，但在此仍存在风险，例如聚合物材料因组件的干运行而被加热得过高并且分解的风险。这不仅对液体储存器或芯件以及蒸发器单元的使用寿命产生不利影响，而且还存在待蒸发的流体或甚至液体储存器的分解产物被释放并且被使用者吸入的风险。
[0008]由现有技术已知具有由有机聚合物制成的多孔液体储存器的电子烟。由于聚合物材料的温度稳定性低，因此需要保持加热元件与液体储存器之间的最小距离。这妨碍了蒸发器单元以及电子烟的紧凑结构。作为保持最小距离的替代方案，可以使用通过毛细作用将待蒸发的液体导引至加热线圈上的芯件。这个芯件通常由玻璃纤维制成。虽然这些玻璃纤维具有很高的温度稳定性，但单个玻璃纤维很容易断裂。如果液体储存器自身也是由玻璃纤维制成的，则也会出现类似情形。因此，存在使用者会吸入松散或溶解的纤维碎屑的风
险。作为替代方案，也可以使用由纤维素纤维、棉或竹纤维制成的芯件。虽然这些芯件与由玻璃纤维制成的芯件相比，具有低的断裂风险，但其温度稳定性较差。
[0009]因此，也可以使用蒸发器单元，其液体储存器由多孔玻璃或陶瓷构成。由于这些液体储存器的温度稳定性较高，可以实现蒸发器的更加紧凑的结构以及实现整体电子烟的更加紧凑的结构。
[0010]在实践中，可以通过低压与高温相结合来实现局部蒸发。就电子烟而言，例如通过在消费过程中抽吸香烟时的抽吸压力来实现低压；因此，通过消费者来进行压力调节。通过加热单元产生液体储存器中蒸发所需的温度。在此情况下，温度通常会达到200℃以上，以便确保快速蒸发。
[0011]通常由借助电池或蓄电池运行的电加热线圈来提供加热功率。在此情况下，所需的加热功率取决于待蒸发的体积和加热效果。为了避免液体因温度过高而分解，应通过非接触的辐射来实现从加热线圈到液体的热传输。为此，加热线圈应尽可能靠近蒸发表面，但优选不与其发生接触。而如果此线圈接触到表面，则液体通常会过热并且分解。
[0012]然而，即使在通过非接触式辐射进行热传输时，也可能会出现表面过热的情况。此过热通常局部地发生在蒸发器与加热线圈相对的表面上。如果在工作过程中需要大量蒸汽，并且向蒸发器表面输送液体的速度不够快，则会出现上述情形。因此，无法将加热元件的能量供应用于蒸发，表面会变干并且可能会局部地被加热至远高于蒸发温度的温度和/或会超出液体储存器的温度稳定性。因此，精确的温度调节和/或控制是必要的。但在此情况下，缺点在于由此产生的电子烟的复杂结构，这还表现为高的制造成本。此外，温度控制可能会减少蒸汽的形成，从而降低最大可能的蒸汽强度。
[0013]EP 2 764 783 A1描述了一种具有蒸发器的电子烟，此蒸发器具有由烧结材料制成的多孔液体储存器。加热元件可以构建为加热线圈或导电涂层，其中所述涂层仅沉积在液体储存器的部分侧面上。因此，蒸发在此也局部地受到限制。
[0014]US 2011/0226236 A1中描述过一种吸入器，其中液体储存器和加热元件以材料接合的方式相互连接。在此情况下，液体储存器和加热元件形成扁平的复合材料。例如由开孔烧结体制成的液体储存器用作芯件并且将待蒸发的液体传导至加热元件。在此情况下，加热元件施加在液体储存器的表面之一上，例如以涂层的形式施加。因此，在此也局部受限地在表面上进行蒸发，故而也存在过热的危险。
[0015]为了规避上述问题，现有技术揭示过若干蒸发器单元，其中不仅在液体储存器的表面上进行蒸发，而且在其整个容积内进行蒸发。蒸汽不仅局部地在表面上形成，而且在整个液体储存器的整个容积内形成。因此，液体储存器内的蒸汽压力很大程度上是恒定的，进一步确保液体通过毛细输送到液体储存器表面。相应地，蒸发速度不再因毛细管输送而降到最低。相应蒸发器的前提条件是导电且多孔的材料。如果施加电压，蒸发器的整个体积就会加热，并且在此体积内会到处发生蒸发。
[0016]US 2014/0238424 A1和US 2014/0238423 A1中描述过相应蒸发器。在此，将液体储存器和加热元件以例如由金属或金属网制成的多孔体的形式结合在一个组件中。然而，此处的缺点在于，在所述的多孔体中，无法简单地调节孔径与电阻的比率。在施敷导电涂层后，也可能会因后续的烧结而引起涂层的降解。
[0017]然而，上述现有技术中所描述的材料并不合适或者仅在有限的范围内适于借助烧
结工艺来制造具有高的、可调节的孔隙率以及良好的导电性的复合材料。一般而言，陶瓷基于其细小的孔隙率和粗糙的表面也难以进行连续涂覆。
[0018]因此，DE 10 2017 123 000 A1描述了包括由玻璃或玻璃陶瓷制成的烧结体的蒸发器，所述烧结体的整个表面具有导电涂层。因此，与仅在外表面具有相应涂层的烧结体不同，蒸发不仅发生在外表面上，而且也发生在烧结体的内部。为了制造相应的蒸发器，首先生产由玻璃或玻璃陶瓷制成的多孔烧结体，在随后的步骤中，为所述烧结体提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蒸发器，所述蒸发器包括多孔烧结体，其中所述烧结体由复合材料形成，所述复合材料由至少一种第一导电材料和至少一种第二导电材料以及至少一种介电材料构成，并且所述烧结体的开孔孔隙率在10％至90％的范围内，其中所述介电材料选自玻璃、可结晶的玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、塑料和上述物质的组合，其中所述第一导电材料的电导率低于所述第二导电材料的电导率，以及其中所述复合材料中的介电材料的比例在5vol％至70vol％的范围内，所述复合材料中的第一导电材料的比例在10vol％至90vol％的范围内，并且所述复合材料中的第二导电材料的比例在5vol％至50vol％的范围内，并且其中所述烧结体的电导率在0.1至105S/m的范围内。2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于以下特征中的至少一个：
‑
所述第一导电材料的比例为40vol％至90vol％，特别优选为55vol％至75vol％，
‑
所述复合材料中的第二导电材料的比例为5vol％至50vol％，优选为15vol％至30vol％，
‑
导电材料的总比例为30vol％至95vol％，优选为40vol％至90vol％，
‑
所述第一导电材料的电导率不超过30S/μm，优选不超过20S/μm，特别优选为0.001至10S/m，
‑
所述第二导电材料的电导率高于10S/μm，优选高于20S/μm，特别优选高于30S/μm，尤其优选最高至70S/μm，
‑
所述导电材料中的至少一种具有正温度系数的电阻，
‑
所述烧结体包含电阻温度系数至少为
‑
0.0001K
‑1以/或者小于0.008K
‑1的导电材料。3.根据权利要求1或2所述的蒸发器，其中所述蒸发器、优选所述烧结体的电阻在0.05欧姆至5欧姆的范围内，优选为0.1欧姆至5欧姆，所述蒸发器以在1至12伏的范围内的电压和/或1至500瓦、优选1至300瓦、特别优选1至150瓦的加热功率来运行。4.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述烧结体包含钛、铬、钢、铁、钼、钨、锰、镍、铜或硅、其混合物以及其合金，优选不锈钢，特别优选不生锈的不锈钢作为第一导电材料，和/或包含铝、铜、铂、金和/或银、其混合物以及其合金作为第二导电材料。5.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述烧结体还具有导电涂层。6.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发器，其特征在于以下特征中的至少一个：
‑
所述烧结体中的第一和/或第二导电材料的颗粒的粒度d
50
在0.1μm至1000μm的范围内，优选在1至300μm的范围内，特别优选在1至150μm的范围内，
‑
所述第一导电材料和/或所述第二导电材料的颗粒、优选至少所述第二导电材料的颗粒呈片状，
‑
所述第一导电材料和/或所述第二导电材料的颗粒、优选至少所述第二导电材料的颗粒具有最大厚度d
max
和最大长度l
max
，其中d
max
＜l
max
，特别优选2d
max
＜l
max
，尤其优选7d
max
＜l
max
，
‑
所述烧结体的开孔孔隙的平均孔径在1μm至5000μm的范围内，优选为50至800μm，特别优选在100至600μm的范围内。7.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述烧结体包含作为至少一种介电材料的玻璃或者由所述玻璃构成，所述玻璃优选为具有以下特征中的至少一个的玻璃：
‑
碱金属含量≤15wt％，特别优选碱金属含量≤6wt％，
‑
网络形成体的比例至少为50wt％，优选至少为70wt％，转化温度T
g
在300℃至900℃，优选500℃至800℃的范围内，
‑
具有3级耐水性，优选具有1级或2级耐水性(根据ISO 719测得)。8.根据上述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述玻璃为硼硅酸盐玻璃，优选具有以下成分的硼硅酸盐玻璃：9.根据权利要求1至8中任一项所述的蒸发器用作电子香烟、医用吸入器、香味分散器、房间加湿器中的组件的用途，所述蒸发器用于消毒或加热气体。10.一种制造蒸发器、特别是根据权利要求1所述的蒸发器的方法，所述方法至少包括以下方法步骤：a)以粉末的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：