成型体、加热装置以及用于制造成型体的方法制造方法及图纸

提供一种成型体，该成型体具有：包括具有电阻的正温度系数的第一陶瓷材料的第一区域（10）和包括第二陶瓷材料的第二区域（20）以及包括第三陶瓷材料的第三区域（30）。此外说明一种具有该成型体的加热装置。此外提供一种用于制造成型体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种成型体、一种包括所述成型体的加热装置以及一种用于制造成型体的方法。
技术介绍
例如流体的介质可以借助与具有电阻的正温度系数的材料(PTC材料)热接触被加热。迄今为止，这样的PTC材料可以被成型为由PTC材料制成的片材或矩形元件。在与诸如酸或碱液的腐蚀性介质接触时以及在高机械负荷下，这样的PTC材料常常仅具有短的寿命O
技术实现思路
要解决的任务在于，提供一种成型体，其具有高的机械强度和化学稳定性并且包括具有PTC特性的材料。该任务通过根据权利要求I的成型体来解决。该成型体的另外的实施方式、包括成型体的加热装置以及用于制造成型体的方法是另外的权利要求的主题。根据一个实施方式，提供一种成型体，其包括第一区域、第二区域和布置在第一区域和第二区域之间的第三区域。第一区域具有第一陶瓷材料，该第一陶瓷材料具有电阻的正温度系数，并且第二区域具有第二陶瓷材料。第三区域具有第三陶瓷材料。在此，第一区域和第三区域具有相差小于2*10_6/K的热膨胀系数，并且第二区域和第三区域具有相差小于2*10_6/Κ的热膨胀系数。在此，所有三个区域都具有不同的热膨胀系数。第一陶瓷材料包括电活性陶瓷，该电活性陶瓷是成型体中的功能部件。第二陶瓷材料包括结构陶瓷，该结构陶瓷是成型体中的成型部件。因此，第一区域包括电活性区域并且第二区域包括结构陶瓷区域。第三陶瓷材料包括热匹配的陶瓷材料，该热匹配的陶瓷材料是电活性陶瓷与结构陶瓷之间的居间部件。因此，第三区域是居间或过渡区域。因此提供了一体的成型体，在该成型体中存在由第一和第二陶瓷材料构成的材料复合体，该材料复合体通过第三陶瓷材料彼此连接。因此，结构陶瓷材料形式的成型部件和电陶瓷材料形式的功能部件以成型体的形式相联合，并且通过热匹配的陶瓷材料彼此连接。在下面，即使未明确提出，“膨胀系数”仍然总是指热膨胀系数。膨胀系数例如可以是线性膨胀系数。此外，成型体的第三区域具有至少两个部分区域，其中第一区域和第二区域分别与所述部分区域之一接界。因此，第一区域同第三区域的、与第二区域不同的部分区域接界。所述部分区域可以被成型为层状，使得在第一区域与第二区域之间存在第三区域的至少两个层。被成型为层的部分区域的厚度例如可以根据成型体应满足的结构预先规定为5 μ m至100 μ m。部分区域的厚度至少应当为制成第三陶瓷材料的陶瓷初始材料的平均晶粒尺寸的三倍。应将用d5(l表示的平均晶粒尺寸理解成如下的直径在所述直径的情况下，粉末状的初始材料的50%质量百分比具有或大或小的直径并且例如可以为〈I μ m至10 μ m之间。在正态分布的单模的(monomodal)晶粒尺寸分布的情况下，d50还表示分布密度曲线的最大值。此外，第三区域的与第一区域接界的部分区域和第一区域可以具有相差小于2*10_6/K的热膨胀系数，并且第 三区域的与第二区域接界的部分区域和第二区域可以具有相差小于2*10_6/Κ的热膨胀系数。部分区域彼此之间的膨胀系数同样可以相差小于2*10_6/K。因此，第一区域的膨胀系数例如可以逐渐地经由第三区域的部分区域的膨胀系数向第二区域的膨胀系数接近。因此，也就是可以提供一种包括第一区域和第二区域的成型体，所述第一区域和第二区域二者具有相差大于2*10_6/Κ的膨胀系数。被成型为居间区域的第三区域可以在第一和第二区域的不同膨胀系数之间通过对第三区域中的膨胀系数的上述选择而作为所述膨胀系数之间的过渡。此外，成型体的第一区域的第一陶瓷材料具有钙钛矿结构，该钙钛矿结构具有分子式Bah_yMxDyT“_a_bNaMnb03。在此，x选自范围O至O. 5，y选自范围O至O. 01，a选自范围O至O. 01，并且b选自范围O至O. 01。M可以包括二价阳离子，D可以包括三价或四价供体，并且N可以包括五价或六价阳离子。M例如可以是钙、锶或铅，D例如可以是钇或镧。N的示例是铌或锑。第一陶瓷材料可以包括金属杂质，所述金属杂质以小于IOppm的含量存在。金属杂质的含量必须如此小，以便不对第一陶瓷、电陶瓷材料的PTC特性造成负面影响。此外，成型体中的第一陶瓷材料可以具有选自-30°C至340°C范围的居里温度。此外，第一陶瓷材料可以在25°C时具有处于3 Ω cm至100000 Ω cm范围中的比电阻。通过使用具有电阻的正温度系数的第一陶瓷材料，成型体包括第一区域，该第一区域通过施加电压而升温，并且该热量可以输出到环境。在此，该第一陶瓷电活性材料具有电热自调节行为。如果第一区域中的温度达到临界值，则该区域中的电阻也升高，使得较小的电流流经该第一区域。因此，防止了第一区域的进一步发热，使得不必提供附加的电子调节。成型体的第二区域的第二陶瓷材料可以包括氧化物陶瓷。该氧化物陶瓷可以选自包括Zr02、Al203和MgO的组。其他和另外的氧化物陶瓷的替代物同样是可能的。所述氧化物陶瓷具有例如针对磨蚀的高机械强度、以及例如针对酸和碱液的高化学耐受性。此外，所述氧化物陶瓷是食品安全的，并且因此可以无顾虑地与例如待加热介质的不允许受污染的材料接触。如果成型体例如被用在加热装置中，则成型体的第二区域可以被构造为使得其在构造上最优地匹配于相应的几何结构。因此，可以提供一体的成型体，该一体的成型体使得能够将第一陶瓷材料、即电陶瓷的电热功能和第二陶瓷材料、即结构陶瓷的机械和化学稳定性相组合。两个区域都可以基于布置在其间的第三区域以及为所有区域根据上述标准选择的膨胀系数而合并到成型体中。此外，成型体可以借助于压铸来制造，并且因此被成型为相应构造环境所需的每种几何形状。如果成型体被用在加热装置中，则因此也可以将第一区域成型为使得其可以布置在构造上难以达到的区域处。因此，例如可以用非常短的发热时间和小的加热功率来有效地加热介质。此外，第三陶瓷材料可以包括由第一陶瓷材料和第二陶瓷材料以任意比例构成的混合物，该比例选自95 :5至5 95的范围、优选选自90 :10至10 90的范围。如果第三区域包括至少两个部分区域，则所述部分区域可以分别包括由第一陶瓷材料和第二陶瓷材料以任意比例构成的混合物，该比例选自95 :5至5 95的范围、优选选自90 10至10 90的范围。第三区域中或第三区域的部分区域中的由第一陶瓷材料和第二陶瓷材料构成的混合物可以有针对性地被选择为使得分别相邻的区域或部分区域的膨胀系数彼此匹配，使得这些膨胀系数相差小于2*10_6/K。每两个部分区域之间的第一陶瓷材料和第二陶瓷材料的比例可以逐渐地改变。这 意味着，例如与第一区域接界的部分区域具有第一陶瓷材料的最高含量，并且与第二区域接界的部分区域具有第一陶瓷材料的最低含量，其中——如果还在与第一和第二区域接界的部分区域之间存在多个部分区域一第一陶瓷材料的含量随着部分区域逐渐减小。此外，第三陶瓷材料可以具有添加物，所述添加物不同于第一和第二陶瓷材料。所述添加物例如可以是由氧化钙、氧化锶、氧化钇和氧化锰构成的混合氧化物。第三区域可以阻止或抑制第一陶瓷材料和第二陶瓷材料的成分的扩散。该阻止可以通过添加添加物来进一步改善。例如，可以在掺杂BaTiO3作为第一陶瓷材料和掺杂ZrO2作为第二陶瓷材料的情况下向第三陶瓷材料添加钛酸锶钡。也可以有针对性地用Y2O3和Mn2O3来掺杂第三陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.05 DE 102010004051.71.一种成型体，包括 一具有第一陶瓷材料的第一区域(10)，该第一陶瓷材料具有电阻的正温度系数， 一具有第二陶瓷材料的第二区域(20)，以及 一布置在第一区域(10)与第二区域(20)之间并且具有第三陶瓷材料的第三区域(30)，一其中第一区域(10)和第三区域(30)具有相差小于2*10_7K的热膨胀系数，并且其中第二区域(20)和第三区域(30)具有相差小于2*10_6/K的热膨胀系数。2.根据权利要求I所述的成型体，其中第三区域(30)具有至少两个部分区域(31，32)，并且第一区域(10)和第二区域(20)分别与第三区域(30)的部分区域(31，32)之一接界。3.根据权利要求2所述的成型体，其中第三区域(30)的与第一区域接界的部分区域(32)和第一区域(10)具有相差小于2*10_6/K的热膨胀系数，并且第三区域(30)的与第二区域接界的部分区域(31)和第二区域(20)具有相差小于2*10_6/K的热膨胀系数。4.根据前述权利要求之一所述的成型体，其中第一陶瓷材料具有钙钛矿结构，该钙钛矿结构具有分子式 BamMxDyTi1IbNaMnbO3，其中 x = 0 至 0. 5，y = 0 至 0. 01，a = 0 至 0. 01，b = 0至0. 01，M包括二价阳离子，D包括三价或四价供体，并且N包括五价或六价阳离子。5.根据前述权利要求之一所述的成型体，其中第二陶瓷材料包括氧化物陶瓷，该氧化物陶瓷选自包括Zr02、Al2O3和MgO的组。6.根据前述权利要求之一所述的成型体，其中第三陶瓷材料包括由第一陶瓷材料和第二陶瓷材料以选自90 :10...

【专利技术属性】
技术研发人员：J伊勒，B施泰因贝格尔，
申请(专利权)人：埃普科斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：