导电多孔烧结体制造技术

本发明专利技术涉及一种蒸发器，其包括多孔烧结体，所述烧结体由至少一种导电材料和至少一种介电材料的复合材料形成。所述烧结体的开孔孔隙率在10％至90％的范围内，电导率在0.1至105S/m范围内，所述导电材料在所述烧结体中的重量分数最大为90％。本发明专利技术还涉及一种生产烧结体的方法以及多孔烧结体在蒸发器中的用途。结体的方法以及多孔烧结体在蒸发器中的用途。结体的方法以及多孔烧结体在蒸发器中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导电多孔烧结体


[0001]本专利技术总体上涉及一种导电多孔烧结体。具体地，本专利技术涉及一种蒸发器单元，其包括储液器或贮液器，以及用于储存和调节可蒸发物质的输送的加热单元。
[0002]蒸发器单元在此尤其可以用在电子烟、给药装置、房间加湿器和/或可加热汽化器中。这些汽化器可以是用于将物质以气体、蒸汽和/或气溶胶的形式提供、输送和/或传播至气相(例如环境空气)中的装置。使用的物质可以是例如芳香剂或活性成分，尤其是驱虫剂。
[0003]电子香烟(以下也称为电子烟)或类似的设备(例如电子烟斗或水烟)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蒸发器单元操作连接的电源。蒸发器单元具有连接至加热元件的储液器。
[0004]某些药物，特别是用于治疗呼吸道和/或口腔和/或鼻粘膜的药物，有利地以气态或蒸发的形式，例如作为气溶胶，进行给药。本专利技术的蒸发器可用于将此类药物储存和输送至特别是用于此类药物的给药装置中。
[0005]可加热汽化器越来越多地用于向环境中提供芳香剂。特别地，此类环境可以是酒吧、酒店大堂和/或车辆内部，例如机动车辆，特别是汽车的内部。在所述环境下也使用蒸发器单元的情况下，储液器连接到加热元件。储液器包含液体，该液体通常是诸如丙二醇或甘油的载液。例如，诸如芳香剂和调味剂和/或尼古丁和/或药物等佐剂溶解和/或通常包含在该液体中。载液通过吸附过程结合在储液器的内表面上。可以提供单独的储液器，以便将液体供应至储液器。
[0006]通常情况下，储存在储液器中的液体通过加热元件的加热而蒸发，从储液器的润湿表面解吸，并且能够被用户吸入。在这种情况下，温度可能会达到200℃以上。
[0007]因此，储液器或贮液器必须具有高容纳能力和高吸附效果，同时必须在高温下快速地释放或运输液体。

技术介绍

[0008]从现有技术中已知多种材料用作储液器或芯件。因此，储液器或芯件可以由多孔或纤维状有机聚合物形成。虽然此类组件生产起来非常简单，但此处仍然存在聚合物材料在例如组件的干运行下而被过度加热和分解的风险。这不仅对储液器或芯件的寿命有害，并且因此对蒸发器单元的寿命有害，而且还带来了用于蒸发的流体的分解产物或甚至储液器的分解产物被释放并被用户吸入的风险。
[0009]具有由有机聚合物构成的多孔储液器的电子烟在现有技术中是已知的。由于聚合物材料的低温稳定性，因此需要保持加热元件和储液器之间的最小距离。这妨碍了蒸发器单元的结构紧凑性，并且因此妨碍了电子烟的结构紧凑性。作为保持最小距离的替代方案，可以使用芯件，其中该芯件通过毛细作用将用于蒸发的液体引导至加热线圈。这种芯件通常由玻璃纤维制成。虽然这些玻璃纤维确实具有高温稳定性，但单个玻璃纤维很容易断裂。如果储液器本身也由玻璃纤维制成，则情况类似。因此，存在用户吸入零散的或溶解的纤维碎屑的风险。可选地，也可以使用由纤维素纤维、棉或竹纤维制成的芯件。虽然这些芯件确
实具有比玻璃纤维芯件更小的断裂风险，但它们仍然具有差的温度稳定性。
[0010]因此，还可以使用其储液器由多孔玻璃或陶瓷组成的蒸发器单元。由于这些储液器具有更高的温度稳定性，因此可以实现蒸发器的更紧凑的构造，并且因此也可以实现整个电子烟的更紧凑的构造。
[0011]实际上，局部蒸发可以通过低压结合高温来实现。例如，在电子烟的情况下，当香烟在消费过程中被抽吸时，通过抽吸压力实现低压，因此压力由消费者自行调节。蒸发所需的储液器中的温度由加热单元产生。在这种情况下，为确保快速蒸发，温度通常达到200℃以上。
[0012]加热功率通常由通过一次性电池或可充电电池供电的电加热线圈提供。在这种情况下，所需的加热功率取决于待蒸发的体积和加热效率。为了防止液体因温度过高而分解，从加热线圈到液体的热传输将通过非接触辐射进行。为此，加热线圈安装在尽可能靠近蒸发表面的位置，但不要接触蒸发表面。如果线圈确实接触到该表面，则液体通常会过热并分解。
[0013]然而，在通过非接触辐射进行热传输的情况下，也可能出现表面过热。该过热通常局部地发生在蒸发器的与加热线圈相对的表面上。如果在操作中需要大量的蒸汽并且液体输送到蒸发器表面的速度不够快，就会出现这种情况。因此，加热元件提供的能量不能用于蒸发，导致表面变干，并且可能局部加热到远高于蒸发温度的温度，和/或超过储液器的温度稳定性。因此，精确的温度调节和/或控制至关重要。然而，在这种情况下的一个缺点是导致电子烟的复杂构造，这尤其表现在高生产成本上。此外，温度调节可以减少蒸汽的产生，并且因此降低最大可能的蒸汽强度。
[0014]EP 2 764 783 A1描述了一种具有蒸发器的电子烟，该蒸发器的特征在于由烧结材料构成的多孔储液器。加热元件可以采用加热线圈或导电涂层的形式，在这种情况下，涂层仅沉积在储液器的部分侧面上。因此，此处再次将蒸发进行局部限制。
[0015]US 2011/0226236 A1描述了一种吸入器，其中储液器和加热元件彼此接合而互相连接。该储液器和加热元件形成了扁平复合材料。由例如开孔孔隙烧结体构成的储液器充当芯件并将用于蒸发的液体传送至加热元件。此处的加热元件例如以涂层的形式施加在储液器的其中一个表面上。因此，此处再次将蒸发局部限制在该表面上，随之而来的同样是过热的风险。
[0016]为了避免这些问题，现有技术公开了若干蒸发器单元，其中蒸发不仅发生在储液器的表面，而是发生在其整个体积范围内。蒸汽不仅在表面局部产生，而且在储液器的整个体积中产生。因此，储液器内的蒸汽压力在很大程度上是恒定的，并且继续确保液体通过毛细输送到储液器的表面。相应地，蒸发速率不再因毛细管输送而最小化。这种蒸发器的先决条件是导电且多孔的材料。当施加电压时，蒸发器的整个体积都会升温，并且在整个体积中都会发生蒸发。
[0017]这种蒸发器在US 2014/0238424 A1和US 2014/0238423 A1中有所描述。在这些情况下，储液器和加热元件以例如金属或金属网的多孔体形式结合在一个部件中。然而，此处的缺点是，在所述多孔体的情况下，孔径与电阻的比率不容易调节。此外，在施加导电涂层之后，随后的烧结可能导致涂层降解。
[0018]然而，上述现有技术中描述的材料不适合或仅有限适合于通过烧结工艺生产复合
材料，该复合材料不仅表现出高的、可调节的孔隙率而且表现出良好的导电性。一般来说，陶瓷由于孔隙率小且表面粗糙，也很难进行全面涂覆。
[0019]因此，在DE 10 2017 123 000中，存在包括玻璃烧结体或玻璃
‑
陶瓷烧结体的蒸发器，所述烧结体整个表面具有导电涂层。因此，与仅在外表面上具有这种涂层的烧结体的情况相反，蒸发不仅发生在外表面上，而且发生在烧结体的内部。在这种蒸发器的生产中，首先产生多孔玻璃或玻璃
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陶瓷烧结体，并且在随后的步骤中例如以ITO涂层的形式提供有明显较厚的导电涂层。然而，缺点是生产过程成本高，因为需要大量的例如ITO等的导电材料。此外，随本文档来自技高网...

【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，包括多孔烧结体，其中所述烧结体由至少一种导电材料和至少一种开孔孔隙率在10％至90％范围内的介电材料的复合材料形成，其中所述介电材料选自玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、塑料及其组合，并且其中所述介电材料在所述复合材料中的体积分数为10％至95％且所述导电材料在所述烧结体中的体积分数不超过90％，并且所述烧结体具有在0.1至105S/m的范围内的电导率。2.根据权利要求1所述的蒸发器，其中所述蒸发器，优选所述烧结体，具有在10至10000S/m的范围内的电导率。3.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述蒸发器，优选所述烧结体，具有在0.05至5欧姆、优选0.1至5欧姆的范围内的电阻，并且所述蒸发器以在1至12V范围内的电压和/或1至500W，优选1至300W，更优选1至150W的加热功率下运行。4.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其特征在于具有以下特征中的至少一个：
‑
所述烧结体包括作为导电材料的钨，钼，铁，钛，铝，铜，铬，镍，贵金属、优选铂、金或银，或其合金，不锈钢，硅，氮化钛和/或石墨，或其组合；
‑
所述烧结体包括电阻具有正温度系数的导电材料；和
‑
所述烧结体包括电阻温度系数为至少
‑
0.0001 1/K和/或小于0.008 1/K的导电材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述导电材料的体积分数最多为90％，优选最多为70％或者在5％至70％的范围内，优选10％至60％，优选在15％至40％的范围内。6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的蒸发器，其中所述导电材料在所述烧结体中的体积分数为5％至70％，优选5％至15％，并且所述烧结体另外具有导电涂层，其中还优选地，所述烧结体的内表面设置有所述导电涂层。7.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述烧结体中的所述导电材料的颗粒的粒度d
50
在0.1至1000μm的范围内，优选在1至200μm的范围内，最优选在1至50μm的范围内。8.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述导电材料的颗粒具有片状形状和/或具有最大厚度d
max
和最大长度l
max
，其中d
max
<l
max
，更优选2d
max
<l
max
，非常优选7d
max
<l
max
。9.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述烧结体的开孔孔隙的平均孔径在1至5000μm的范围内，优选50至800μm，并且更优选地在100至600μm的范围内。10.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其中所述导电材料的电导率在>30至70S/μm的范围内，且所述导电材料在所述烧结体中的体积分数为5％至40％，优选10％至30％，并且更优选15％至25％。11.根据前述权利要求1至9中任一项所述的蒸发器，其中所述导电材料的电导率在10至30S/μm的范围内，且所述导电材料在所述烧结体中的体积分数为10％至60％，优选15％至50％，并且更优选20％至40％。12.根据前述权利要求1至9中任一项所述的蒸发器，其中所述导电材料的电导率在1至
<10S/μm的范围内，且所述导电材料在所述烧结体中的体积分数为15％至9...

【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：