導電材料以及具有導電材料的輻射器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于制造導電材料（1）的方法，其中所述方法包含以下步驟：a.提供由導電纖維（3）構成的結構（2），b.制造基于碳的、具有電導率的基質（5），所述基質至少部分地包圍所述導電纖維（3），其中在制造基質（5）之前或之后導電纖維（3）的至少一部分在可能的電流方向（9）上來看被中斷。此外提出以相應的方式可獲得的導電材料（1）。最后說明一種輻射器（23），所述輻射器包含透明的或半透明的殼體以及根據(jù)本發(fā)明的導電材料（1）。利用本發(fā)明可以提供具有放大的電阻的導電材料（1）。因此從現(xiàn)在起特別是可以在通用的額定電壓的情況下運行具有幾乎任意長度的輻射器（23）。
【專利說明】導電材料以及具有導電材料的輻射器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及用于制造導電材料的方法、導電材料以及包含導電材料的輻射器。
【背景技術】
[0002]在此所談論的導電材料特別是被考慮作為在白熾燈或紅外輻射器中使用的電加熱元件。因此這樣的導電材料特別是適合于在可見波長范圍內并且特別是也在不可見波長范圍內射束的面向目標的發(fā)射。
[0003]這樣的導電材料通?；谔蓟蛑饕商冀M成。然而，以在此所談論的類型的導電材料可以作為原材料替代地或附加地具有與碳不同的材料，這些材料提供導電性。
[0004]以即可使用的、裝配的(konfektioniert)形式,所談論的導電材料必要時也被稱為白熱燈絲、熱絲、螺旋形燈絲、加熱棒并且特別是被稱為燈絲。只要在下文中談論到燈絲，在這種情況下也始終包括該導電材料，該燈絲由該導電材料來構造。
[0005]用作在白熾燈或紅外輻射器中使用的電加熱元件的導電材料、特別是基于碳的材料的制造很久以來就已知。這樣的導電材料經歷多個生產步驟，這些生產步驟適于為在SOO0C以上的溫度下持久使用準備材料。
[0006]在此困難一般在于，盡管原材料的特性的波動而始終在關于電和機械特性所定義的公差范圍內生產一生產批次的所有材料或燈絲并且因此保證輻射源的恒定的保持不變的特性。電特性在此一般應被調節(jié)，使得所期望的功率(在紅外輻射的情況下)或色溫(在白熾燈的情況下)在輻射源的預給定的額定電壓和預給定的尺寸的情況下被達到。此外，該導電材料應該具有足夠的機械強度和形狀不變性。最后，用于制造該導電材料的花費和成本應該在合理的范圍內改變。
[0007]根據(jù)在此所談論的導電材料的所期望的使用目的，上面所指出的要求一般將改變，并且用于遵守這些要求的不同的技術解決方案由主管的專業(yè)人員來選擇。關于上述導電材料的制造的概況在此可從John ff.Howell, Henry Schroeder:History of theIncandescent Lamp, The Maqua Company, Schenectady, NY 1927 獲悉。
[0008]例如可以通過以下方式制造上述導電材料，即具有電導率的纖維以合適的包圍材料包圍。因此該包圍材料可以為導電纖維提供合適的基質，更確切地說特別是在執(zhí)行熱處理此后。
[0009]明顯的是，專業(yè)人員為了得到根據(jù)上面所說明的要求簡檔的具體的特性將致力于面向目標地改變導電材料的電特性。對此，根據(jù)現(xiàn)有技術一系列的方案是已知的。
[0010]首先可設想在保持不變的表面的情況下特別是作為燈絲的裝配形式的導電材料的橫截面的變化。在被擴展方案為伸展帶的導電材料的情況下，電氣值因此可以在近似恒定的周長并且減小的厚度的情況下在寬的范圍上被調節(jié)。然而，如果較大的輻射器在通常的電壓下運行，那么這樣的作為導電材料使用的伸展帶證明太薄、太脆并且太易裂。
[0011]從EP 0700 629 BI已知特別是作為燈絲被裝配的導電材料，所述導電材料在大的輻射器長度并且同時導電材料、即燈絲的合理的穩(wěn)定性的情況下提供高功率。然而，所提出的燈絲的電阻在那里太小，以便可以在工業(yè)上通常的電壓的情況下運行很大的輻射器。此外，已表明，如果由導電材料組成的燈絲應同時是可安全地加工的，那么導電材料之內的導電纖維的種類的變化或作為基質形成物的樹脂種類的變化不提供該特性的決定性的變化。
[0012]替代地或附加地，已知的是，摻雜導電材料的原材料，以便實現(xiàn)確定的電特性。因此可以例如由結晶碳、非晶碳和用于調節(jié)電導率的其它物質、諸如氮和/或硼來制造導電材料。這樣的材料在US 6，845，217 B2中被描述。US 6，627，144提出使用有機樹脂、碳粉、碳化硅和氮化硼。
[0013]然而，以該方式制造的導電材料有如下特性，即由此所獲得的燈絲或加熱棒不允許低于一定的相當大的厚度。此外，這樣的燈絲或加熱棒的長度向上嚴格受限制。然而，燈絲的由這些機械要求所產生的橫截面在小的表面的情況下導致高電導率。此外，這樣的燈絲的低的機械穩(wěn)定性使工業(yè)加工變得困難或甚至不可能。
[0014]為了在較低的電導率的情況下獲得好的機械穩(wěn)定性，基于纖維或含纖維的材料的導電材料被用于燈或輻射器是已知的。在此可以在同時大的表面的情況下實現(xiàn)(例如作為燈絲或加熱棒的)裝配的導電材料的小的厚度，使得與非晶石墨相比較高的電導率可以在纖維中被補償。這樣的燈絲通常借助碳化并且必要時石墨化來生產。
[0015]碳化通常在400°C和1500°C之間的溫度下在惰性氣氛下實現(xiàn)，其中氫、氧和氮并且必要時其它存在的元素特別是從包圍導電纖維的材料(包圍材料)中被除去，使得具有高的碳含量的導電材料形成。該包圍材料在此成為包圍導電纖維的基質。
[0016]石墨化在1500°C和3000°C之間的溫度下在大氣壓力下在惰性氣氛下或也在真空中實現(xiàn)，其中在碳化此后必要時從導電纖維和包圍該導電纖維的基質中排出還存在的非碳的(kohlenstofffremd)組成部分并且由此影響導電材料的微結構。在該上下文中，碳化的、包圍導電纖維的材料(即碳化的包圍材料)被理解為基質。
[0017]為了調節(jié)所期望的電特性，與這樣的導電材料相關聯(lián)地已知的是，摻雜該導電材料。在US 487，046中描述用于嵌入到導電材料中的來自氣相的物質、即特別是碳化物的添力口。由此導電材料的電特性改變。然而，該方法需要昂貴的第三熱處理，其中每個單獨的燈絲必須被處理。此外，通過利用碳化物的摻雜，產生很脆的導電材料，該導電材料不適合于在大的輻射器中使用。
[0018]導電材料的電特性已經可以也在石墨化步驟期間被影響。石墨化的最大溫度以及其持續(xù)時間在此在一定程度上影響所形成的導電材料的電導率。該效應在H.0.Pierson:Handbook of Carbon， Graphite， Diamond and Fullerenes， Noyes Publications， ParkRidge7NJ 1993中被描述。然而，因為在石墨化時存在的高溫度降低導電材料的電阻，所以該效應在制造用于長輻射器的導電材料時剛好是不利的，因為對于長輻射器在高的燈絲溫度下需要具有高電阻的導電材料。
[0019]同樣的內容適用于附加的碳通過熱解在導電材料的表面上的沉積，諸如在US248，437中所提出的。這樣的方法雖然可以引起導電材料中或燈絲中的缺陷位置的補足，但是始終導致電阻的減小，因此在此也未實現(xiàn)導電材料適合于在長輻射器中使用。
[0020]GB 659，992提出用于減小由基于碳的導電材料構成的燈絲的橫截面的方法。在此在氣相中使用蝕刻過程。然而，該蝕刻處理太昂貴并且除了碳化和石墨化步驟之外包括多個附加步驟。此外，利用蝕刻過程只可以處理還沒有配備電接觸部的導電材料或燈絲。在應該吸收高電流的燈絲中，但是這些電接觸部已經在第一熱過程之前最終被安置。因此也不可以使用該方法，以便制造用于具有大的長度的輻射器的導電材料。
[0021 ] 概括地可以確定，在至今已知的導電材料中或在用于制造所述導電材料的方法中，通過材料的導電組成部分、特別是導電纖維的選擇來影響特別是作為燈絲的材料的電特性幾乎不成功。為了調節(jié)確定的電特性，因此至今通常的是，改變導電材料的長度和/或橫截面，和/或在制造期間和/或此后以上面所描述的方式之一改變導電材料，這涉及組成和/或構造。
[0022]然而，導電材料或用于制造導電材料的方法的可用性是令人不滿意的，這關系到導電材料在電壓的通常的值的情況下在具有大的長度的輻射器中的使用。

【發(fā)明內容】

[0023]本發(fā)明所基于的任務是，對克服由現(xiàn)有技術得出的并且上面所描述的與導電材料的可用性相關聯(lián)的缺點中的至少一個作出貢獻。
[0024]本發(fā)明所基于的任務特別是，說明一種導電材料以及一種用于制造該導電材料的方法，該導電材料允許在通常的電網電壓的情況下運行任意長度的輻射器、特別是紅外輻射器。
[0025]本發(fā)明還基于以下任務，說明一種導電材料以及一種用于制造該導電材料的方法，該導電材料適合于在輻射器中、特別是在紅外輻射器中、并且特別是在碳紅外輻射器中使用，并且該導電材料可以以大的、即大于0.25 m、優(yōu)選地大于0.5 m、優(yōu)選地大于1.0 m并且特別優(yōu)選地大于2.0 m的長度被制造。
[0026]此外，本發(fā)明所基于的任務是，說明一種導電材料以及一種用于制造該導電材料的方法，該導電材料在否則相同的擴展方案(長度、直徑)的情況下相較于至今已知的導電材料具有更高的電阻。
[0027]用于制造導電材料的方法有助于解決上面所述的任務中的至少一個，其中該方法包含以下步驟:
a.提供由導電纖維構成的結構，
b.制造基于碳的、具有電導率的基質，該基質至少部分地包圍所述導電纖維，
其中在制造基質之前或之后導電纖維的至少一部分在可能的電流方向上來看被中斷。
[0028]根據(jù)本發(fā)明以特別巧妙的方式實現(xiàn)，被定向在可能的電流方向上的通過導電材料的電流強制性地至少局部地流經基質，該基質至少部分地包圍導電纖維。因此導電材料的電特性以至今未實現(xiàn)的方式一方面很面向目標地并且精確地以及另一方面在驚人大的帶寬中被改變。
[0029]首先可以通過被中斷的纖維的份額確定，何種份額的電流強制性地流經基質材料。為此導電纖維的一部分或所有纖維(在其長度上來看)可以被中斷一次或也可以被中斷多次。
[0030]另一方面，通過具有電導率的基質材料的面向目標的選擇可以總體上實現(xiàn)導電材料的電特性的很精確的并且可復制的設計。為此例如可以選擇具有相當?shù)偷碾妼驶蛞簿哂新劦碾妼实幕|材料。
[0031]通過根據(jù)本發(fā)明所設置的強制性地將基質材料包含在電流流動中，由現(xiàn)有技術已知的問題有效地被克服，根據(jù)該問題，導電材料的電特性完全占優(yōu)勢地通過導電纖維被預給定。
[0032]在本發(fā)明意義上的導電材料在此一方面包括適合于進一步加工和/或成形的基本材料。然而，在本發(fā)明意義上的術語導電材料特別是也包括已經經歷了確定的裝配的材料，并且特別地也包括燈絲、白熱燈絲、熱絲、螺旋形燈絲、加熱棒或諸如此類的。此外，該導電材料已經可以擁有電連接端子。
[0033]特別是，但是非限制性地，本發(fā)明的導電材料涉及用于光輻射器、特別是燈或紅外輻射器的材料或燈絲，所述光輻射器的燈絲溫度明顯超過碳在空氣中的氧化極限，并且因此在真空中或在保護氣氛下運行。
[0034]術語“通過該導電材料的可能的電流方向”首先描述每一任意方向，在該方向上電流可以被引導通過根據(jù)本發(fā)明的導電材料。優(yōu)選地，優(yōu)選的電流方向然而在此涉及導電材料的縱向延伸方向。這樣的縱向延伸方向特別是可以與輻射器殼體的縱軸重合，導電材料、特別是作為燈絲可以被引入到該輻射器殼體中。然而，在此始終可能的是，導電材料螺旋狀地或曲折狀地被構造，使得在這方面導電材料的縱向延伸方向可以偏離包圍的殼體的縱軸。
[0035]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的第一優(yōu)選的擴展方案，導電材料以至少95質量百分t匕(Ma.-%)的碳含量來制造。優(yōu)選的碳含量特別是多于96 Ma.-%，特別優(yōu)選地多于97Ma.-%。而碳含量的優(yōu)選的上限是99.6 Ma.-%。
[0036]導電材料之內的導電纖維可以包含碳纖維、碳化硅纖維、具有陶瓷組成部分的纖維、或由這些纖維中的至少兩種構成的混合物。只要使用碳纖維，其優(yōu)選地由聚丙烯腈(PAN )、焦油、粘膠、或這些材料中的至少兩種構成的混合物獲得。
[0037]根據(jù)另一有利的擴展方案，使用基于聚丙烯腈(PAN)的碳纖維，所述碳纖維具有被對準纖維軸的碳微管。因此可以在纖維方向上提高碳纖維的電導率。由此大多得出橫向于纖維方向的小的電導率，由此可以導致較高的電阻。
[0038]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的一種特別優(yōu)選的改進方案，基質具有比導電纖維更小的比電導率。通過根據(jù)本發(fā)明強制的通過基質的至少一個部分區(qū)域的電流，導電材料的電阻的提高因此可以總體上被實現(xiàn)。
[0039]優(yōu)選地，相較于導電纖維，基質具有為至多1/5、優(yōu)選地至多1/10的比電導率。
[0040]該方法的一種優(yōu)選的擴展方案規(guī)定導電纖維、特別是碳纖維、并且特別是基于PAN的碳纖維的使用，這些纖維在室溫下具有1.0X 10_3到1.7X 10_3Ω cm、特別優(yōu)選地1.6X10_3Qcm的比電阻。附加地或本身來看，包圍材料的使用是優(yōu)選的，該包圍材料在室溫下具有大于107Qcm、特別優(yōu)選地大于IO16Qcm的比電阻。該包圍材料在此表示至少部分地包圍導電纖維的材料，由該材料(特別是通過碳化)制造具有電導率的基質。比電阻的所說明的值在此涉及通過按照DIN IEC 60093:1983 -,Prilfverfahren ftlrElektroisolierstoffe; Spezifischer Durchgangswiderstand und spezifischerOberflachenwiderstand von festen, elektrisch isolierendeni(9//--的狽|J量方法的確定。[0041]基質可以優(yōu)選地通過包圍由導電纖維構成的結構的熱塑性或熱固性材料、或這些材料的混合物在600°C到1500°C的溫度范圍內的高溫處理來制造。在此，特別優(yōu)選的是800°C到1200°C的溫度范圍。所述的包圍導電纖維的材料在此對應于已經被提及的包圍材料，由該包圍材料來制造具有電導率的基質。高溫處理在此特別是可以包括碳化。必要時石墨化可以跟隨在碳化之后。兩個過程步驟已經在上面被闡述。要利用高溫來處理的、包圍導電纖維的材料(包圍材料)可以優(yōu)選地涂覆、結合、保持或浸潰由導電纖維構成的結構。
[0042]優(yōu)選由熱塑性和/或熱固性材料來制造基質。其它的填料、如無機的微粒、優(yōu)選地氧化物、硫酸鹽、鋁酸鹽、或者這些填料的混合物可以被添加到包圍材料之內的熱塑性和/或熱固性材料中。
[0043]只要用于制造導電材料的方法包括熱塑性材料作為包圍材料的使用以及用于轉化為基質，那么如下實施方式是優(yōu)選的，在該實施方式中熱塑性材料包含聚丙烯、聚酰胺、聚丁烯對苯二甲酸脂、聚對 苯二甲酸乙二醇脂、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚鄰苯二甲酰胺、聚醚酰亞胺或聚醚砜、或由這些材料中的至少兩種構成的混合物。
[0044]在規(guī)定熱固性材料作為包圍材料使用的擴展方案中，熱固性材料的使用是優(yōu)選的，該材料包含乙烯酯樹脂、酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂、或由這些材料中的至少兩種構成的混合物。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的方法的一種擴展方案一般是優(yōu)選的，在該擴展方案中作為基質的基礎使用的包圍材料包括熱塑性材料。替代地或附加地，然而該包圍材料也可以具有熱固性材料。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種優(yōu)選的實施方式具有以下被列舉的步驟:
a.借助包含導電纖維的前體面形成物(Precursorfljichengebilde)提供由導電纖維構成的結構，
b.碳化前體面形成物的與導電纖維不同的份額，以及
c.通過引入缺陷位置、特別是鉆孔來中斷導電纖維的至少一部分。
[0047]在此，根據(jù)a.的前體面形成物可以特別是具有所謂的碳纖維帶、優(yōu)選地單向的和/或熱塑性的碳纖維帶。在這樣的前體面形成物或碳纖維帶中，導電纖維可以被積聚或嵌入到包圍材料、特別是熱塑性的包圍材料上或中。在此，該前體面形成物、特別是碳纖維帶可以具有帶狀的表現(xiàn)形式。在此，單向的前體面形成物、特別是碳纖維帶的特征在于，導電纖維的平行的積聚，更確切地說特別是在前體面形成物、特別是碳纖維帶的縱向延伸方向上的平行的積聚。
[0048]該實施方式的根據(jù)b.的方法步驟在此應被理解為如下方法步驟，在該方法步驟中使整個前體面形成物、特別是碳纖維帶遭受根據(jù)所描述的碳化方法的熱處理。然而，作為結果，只由與導電纖維不同的份額、特別是由熱塑性的和/或熱固性的聚合物形成基質，該基質包圍導電材料之內的導電纖維。因此一種擴展方案是優(yōu)選的，在該擴展方案中該前體面形成物具有作為導電纖維的碳纖維，和/或前體面形成物的與導電纖維不同的份額特別是具有包圍材料、熱塑性和/或熱固性材料。
[0049]根據(jù)c.的缺陷位置的引入可以特別是通過鉆孔的設置來實現(xiàn)。在此可以使用特別是具有10.2μπι的波長或具有1064 nm的波大的激光。如果激光被用于鉆孔的設置，那么優(yōu)選CO2激光的使用。為了將鉆孔引入到前體面形成物中以便面向目標地中斷導電纖維，如下鉆孔圖案是優(yōu)選的，該鉆孔圖案具有分別0.2 mm的鉆孔直徑，和/或在該鉆孔圖案中鉆孔相對于前體面形成物的寬度的間距是I mm，和/或在該鉆孔圖案中鉆孔相對于前體面形成物的長度的間距(即鉆孔行彼此間的間距)是I mm。所述的前體面形成物、特別是碳纖維帶在此必要時也可以被稱為燈絲，特別是其中該前體面形成物在縱向延伸方向上延伸。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的方法的最后所述的實施方式的一種優(yōu)選的改進方案規(guī)定，該前體面形成物在碳化之前被裁剪。在此該前體面形成物、特別是碳纖維帶優(yōu)選地被裁剪，使得導電纖維平行于切邊伸展。因此借助隨后引入的鉆孔可以實現(xiàn)電特性的精確的并且可復制的調節(jié)。導電材料的電阻的可同樣很好地復制的并且準確的可調節(jié)性通過該方法的另一種擴展方案實現(xiàn)，據(jù)此在碳化之前至少兩個前體面形成物、特別是碳纖維帶以與0°不同的角度相互對準地彼此重疊地被層壓。通過至少兩個前體面形成物之間的角度的選取，電特性的調節(jié)可以因此在很寬的范圍之內實現(xiàn)。
[0051]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種優(yōu)選的改進方案，由導電纖維構成的結構從如下組中選擇，該組由以下項組成:
一多個纖維束，
一由纖維或多個纖維束或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的織物，
一由纖維或多個纖維束或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的編織物，
一由纖維或多個纖維束或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的針織物，或 一由纖維或多個纖維束或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的針織品，
或上述項中的至少兩個的組合。
[0052]上面所述類型的纖維束也可以被稱為粗紗。該術語在此同義地被使用。粗紗是由纖維、特別是碳纖維構成的束，所述束優(yōu)選地具有很大的長度。此外，粗紗優(yōu)選地是未絞合的纖維束。商業(yè)上通用的粗紗例如以每個粗紗12000個、3000個以及更罕見地以1000個纖維來供應。單獨的碳纖維的直徑在此一般是大約5 μ m到大約8 μ m。
[0053]具有不同數(shù)量的纖維的粗紗的很受限制的供應重新闡明不同的導電材料或燈絲的技術上可能的變化的至今根據(jù)現(xiàn)有技術可確定的限制，因為至今利用少量的商業(yè)上供應的粗紗不能覆蓋寬泛地改變的電阻值。
[0054]該方法的最后所述的實施方式的另一種優(yōu)選的擴展方案涉及一種方法，在該方法中為了制造基質，利用包圍材料來包圍由導電纖維構成的結構，其中所形成的復合體在隨后的石墨化步驟之前被裁剪，使得導電纖維的至少一部分在通過導電材料的電流方向上來看被中斷。按照另一種根據(jù)本發(fā)明的擴展方案可以同樣優(yōu)選的是，裁剪在碳化步驟之前實現(xiàn)。
[0055]術語包圍材料已經被闡述并且優(yōu)選地涉及熱塑性和/或熱固性材料、特別優(yōu)選地僅僅熱塑性材料。關于電流方向的定義也參閱以前的敘述。因此，電流方向特別是涉及導電材料的縱向延伸方向，然而一般地可以涉及每一個可能的方向，在該方向上電流可以被引導通過導電材料。
[0056]以優(yōu)選的方式，由導電纖維的結構和包圍材料構成的復合體在進一步處理之前被加固，用此意指機械固化或壓緊。該加固在此可以隨著熱效應而出現(xiàn)，在這樣的情況下存在熱加固。加固例如可以通過復合體的輥壓或加熱、或兩者來實現(xiàn)。此外，由導電纖維構成的結構可以已經在復合體的形成之前、即在利用包圍材料包圍該結構之前經受熱處理。該包圍材料可以優(yōu)選地涂覆、結合、保持或浸潰由導電纖維構成的結構。
[0057]此外優(yōu)選的是，由導電纖維構成的結構的所有纖維關于導電材料的兩個相對的端部、特別是在縱向上來看并且特別是關于在縱向延伸方向上延伸的燈絲的兩個相對的端部被中斷至少一次。根據(jù)該改進方案來實現(xiàn)，沒有一個在導電材料之內的、特別是在由此被裝配的燈絲之內的纖維從一個電接觸部伸展至相對的電接觸部。因此,整個電流強制性地至少局部地流經基質。導電纖維的中斷優(yōu)選地通過由導電纖維和包圍材料構成的復合體的裁剪來實現(xiàn)。
[0058]在此預給定還要由復合體形成的導電材料的縱向延伸方向的切邊可以在織物存在的情況下以20°到70°、特別優(yōu)選地40°到50°的角度相對于緯紗傾斜，或可以在編織物、特別是平坦編織物存在的情況下平行于編織物邊伸展。
[0059]換句話說，根據(jù)該擴展方案來實現(xiàn)，導電纖維相對于此后被形成的導電材料的縱向延伸方向具有一定的傾斜。因此至少一部分、然而優(yōu)選地所有纖維在從導電材料的一端至相對端的至少一次中斷的情況下伸展。更確切地說，在導電纖維可以到達相對端之前，導電纖維在導電材料、特別是燈絲的通過切邊所預給定的上或下邊處終止。由此通過基質的電流強制性地被預給定。
[0060]織物一般通過以下方式產生，即引導一根或多根緯紗通過一系列經紗。通常經紗和緯紗相對于彼此成大約90°的角度。在編織物的情況下，至少三根線相互圍繞地被放置。通常所述至少三根線相對于彼此成與大約90°不同的角度。相較于紡織和編織，在放置時不進行單線的引導。更確切地說，相較于編織和紡織經常更短的線相當隨機地被放下。
[0061]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種擴展方案，在裁剪之前，通過混合導電纖維和包圍材料作為預浸料坯(Prepreg)形式的前體面形成物或通過使包圍材料氣相沉積在導電纖維上作為沉積構造形式的前體面形成物而獲得由導電纖維和包圍材料構成的結構。預浸料坯在此特別是可以具有由導電纖維、特別是由碳纖維構成的織物、編織物、針織物或針織品，其與包圍材料、特別是熱塑性的和/或熱固性的包圍材料混合并且必要時被加固。預浸料坯中的纖維體積份額優(yōu)選地是40%到80%。通過該比例的變化，所產生的導電材料的電阻可以附加地極為有效地被影響。該混合在此可以包括固體材料的混合過程或利用液體的涂覆和/或浸濕。該混合一般可以利用攪拌過程來實現(xiàn)。浸濕過程例如可以借助浸潰池或刷子來實現(xiàn)。
[0062]包圍材料的氣相沉積特別是可以在由導電纖維、特別是由碳纖維構成的織物、編織物、針織物或針織品上進行。對于該氣相沉積，CVD過程(chemical vapor deposition(化學氣相沉積))或CVI過程(chemical vapor infiltration (化學氣相滲透))是優(yōu)選的。因此氣相沉積過程不限于由導電纖維構成的結構的涂覆，更確切地說，也可以利用包圍材料進行導電結構的滲透。
[0063]該方法的另一種有利的實施方式規(guī)定，由導電纖維構成的結構包含纖維束，所述纖維束在被引入到該結構中之前被減小厚度，或結構中的纖維束的厚度在制造該結構之后被減小，或兩者兼而有之。通過纖維在被引入到結構中之前的厚度減小和/或結構的厚度減小，總體上可以附加地引起導電材料的電特性的特別有效的改變。纖維優(yōu)選地作為纖維束或粗紗而存在，其厚度以所述的方式被減小。具有減小的厚度的粗紗特別是具有橢圓形的或矩形的橫截面，優(yōu)選地是被擠壓的粗紗。替代地或附加地，由導電纖維構成的整個結構可以被擠壓、特別是被輥壓。厚度減小的纖維束的厚度優(yōu)選地小于厚度沒有減小的纖維束的80%、優(yōu)選地小于50%、并且特別優(yōu)選地小于25%。[0064]附加地或替代地，電特性的影響可以在以下情況下進行，即在由導電纖維構成的結構之內，交叉的纖維或纖維束或兩者之間的編織角度分別偏離90°。該編織角度優(yōu)選地在45°和160°之間。優(yōu)選地，該編織角度在制造由導電纖維構成的結構之后通過結構的壓縮后來被改變。通過編織角度的面向目標的變化，電流通過導電材料的路徑極為有效地被影響，即特別是被延長或縮短。替代地或附加地，基質材料在電流的總路徑上的份額也可以因此被影響。
[0065]關于導電材料的電阻的進一步的值得想望的提高，該方法的一種實施方式被提出，在該實施方式中碳從導電材料中被去除。該去除過程優(yōu)選地在完成導電材料之后進行。在這種情況下特別優(yōu)選的是，利用反應流體、特別是氫水和/或水蒸氣處理導電材料。
[0066]—種導電材料也有助于解決開頭所述的任務，該導電材料按照根據(jù)本發(fā)明的方法是可獲得的。該導電材料特別是可以用于產生紅外輻射，并且特別是適合于提供特別是用于紅外輻射器的、作為輻射源的燈絲、白熱燈絲、熱絲、螺旋形燈絲或加熱棒。參閱有關的根據(jù)本發(fā)明的方法的敘述。
[0067]—種導電材料也有助于解決開頭所述的任務，該導電材料包含:
a.由導電纖維構成的結構，
b.導電基質，該導電基質至少部分地包圍導電纖維，
其中導電纖維展示出比導電基質更高的比電導率，
其中導電材料在縱向延伸方向上延伸，并且
其中在材料之內在縱向延伸方向上來看，導電纖維的至少一部分被中斷至少一次。
[0068]優(yōu)選地，導電材料具有導電纖維，導電纖維的纖維長度服從雙峰分布。
[0069]在此，材料在縱向延伸方向上的延伸與如下陳述意義相同，根據(jù)該陳述，該材料縱向延伸地被構造。如下導電材料是特別優(yōu)選的，在該導電材料中(關于適宜的或商業(yè)上通用的長度，特別是作為燈絲)所有導電纖維被中斷至少一次。這意味著，在優(yōu)選的導電纖維中沒有一個導電纖維在沒有至少一次中斷的情況下從導電材料的一端延伸直至相對端。參閱關于本發(fā)明的方法的相應的闡述。
[0070]在導電材料之內，導電纖維可以在導電材料的縱向延伸方向上來看通過以下方式被中斷，即導電纖維在相對于縱向延伸方向傾斜的方向(纖維方向)上延伸，或導電纖維具有一個或多個被引入的缺陷位置，或兩者兼而有之。
[0071]所述的缺陷位置可以以機械方式、特別是通過鉆孔的設置而被引入。優(yōu)選地，利用激光將缺陷位置引入到材料中。參閱就此而言的上面的闡述。
[0072]對于纖維方向偏離導電材料的縱向延伸方向的情況，纖維在此不從導電材料的一端伸展直至另一端，因為纖維事先到達導電材料的上或下邊緣(即上或下邊)或在那里強制性地終止。由此通過基質的電流強制性地發(fā)生。附加地或替代地，纖維可以一次或多次地通過以機械方式引入的缺陷位置、特別是鉆孔被中斷。此外，參閱關于本發(fā)明的方法的相應的敘述。
[0073]在導電材料之內，纖維的相對于導電材料而言至少50質量百分比(Ma.-% )具有最多0.5 m、優(yōu)選地最多0.1 m、并且特別優(yōu)選地最多0.05 m的纖維長度。根據(jù)該實施方案來實現(xiàn)，即使在大的輻射器長度的情況下導電纖維的至少一個主要的部分在相應的長度上來看具有至少一個中斷，使得基質始終參與電流。[0074]具體地，然而僅僅示例性地并且非限制性地，在由編織物組成的導電材料(最終產品)中纖維長度可以優(yōu)選地在5.4 _ (在5 mm寬度的情況下)和52.3 mm (在20 mm寬度的情況下)之間，其中該編織物配備包圍材料、被切割并且被碳化。對于最終產品的厚度恒定的情況，平均纖維長度與導電材料的長度(燈絲長度)的相互關系可以被建立。導電纖維的平均長度越小，輻射器就越短，該輻射器以230V來運行，具有1250°C的色溫或1900 nm的波長最大值。優(yōu)選地，纖維可以具有在13 mm (在5 mm寬度的情況下)和53 mm (在20 mm寬度的情況下)之間的長度，因此具有1200 mm長的輻射燈絲的輻射器在以230V來運行的情況下可以達到1900 nm的波長最大值。替代地,導電纖維可以具有在5.4 mm和22 mm之間的長度，在該情況下具有600 mm長的燈絲的輻射器在以230V來運行的情況下可以達到1900 nm的波長最大值。導電材料(燈絲)的厚度在此可以是0.35 mm。
[0075]在從由導電纖維構成的織物出發(fā)配備有包圍材料、被切割并且被碳化的導電材料中，可以實現(xiàn)在經紗和緯紗中相同數(shù)量的纖維和/或纖維在面上在兩個方向上的相同的分布。在具有平行于經紗被定向的切邊的一種優(yōu)選的實施方式中，平均纖維長度可以在11 mm和44 mm之間。在具有相對于經紗以45°的角度被定向的切邊的一種替代的實施方式中，平均纖維長度可以在7 mm和28 mm之間被調節(jié)。
[0076]一種輻射器也有助于解決開頭所述的任務，該輻射器包含:
a.透明的或半透明的殼體；
b.被布置在該殼體中的根據(jù)本發(fā)明的導電材料。
[0077]被布置在輻射器中的導電材料在此特別是可以被裝配為燈絲，和/或具有熱絲、白熱燈絲、螺旋形燈絲、加熱棒或加熱板的形狀。
[0078]如下輻射器是優(yōu)選的，在該輻射器中導電材料具有這樣的柔韌性，使得該導電材料可以圓形地并且在其整個長度上圍繞1.0 m、優(yōu)選地小于1.0 m、特別優(yōu)選地0.25 m的半徑被彎曲，而不發(fā)生導電纖維和/或基質的斷裂和/或導電纖維和基質的分開。在所有的情況下，導電材料應該具有在彎曲之后又返回到給予該導電材料的延伸的形狀的趨勢。
[0079]該輻射器可以具有導電材料，該導電材料具有作為導電材料、特別是燈絲的每單位長度的運行電壓被測量的、在大于1.5、優(yōu)選地大于3.0的范圍內的電導率。
[0080]該輻射器可以具有導電材料，該導電材料具有作為導電材料、特別是燈絲的每單位長度的運行電壓被測量的、在大于150 V/m、優(yōu)選地大于300 V/m的范圍內的電導率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0081]隨后借助非限制性的圖和具體的實施例進一步闡述本發(fā)明。
[0082]在下文中，附圖和在附圖內被示出的實施例首先一般性地被闡述。隨后，一些部分附加的實施例具體地被說明，其中部分地重新參考圖。
[0083]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的導電材料I的一個實施例的示意圖，該導電材料按照根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的實施方式是可獲得的。該導電材料I具有由導電纖維3構成的結構2。這些纖維3根據(jù)本實例具有碳纖維4。此外，導電纖維3被基于碳的、具有電導率的基質5包圍。
[0084]在圖1中被示出的導電材料I是燈絲6的部分，該燈絲可用作輻射器中的輻射源。該導電材料1、即燈絲6由前體面形成物7獲得，該前體面形成物在此具有單向的碳纖維帶8。在碳纖維帶8之內，導電纖維3在縱向延伸方向上并且彼此平行地被布置。該基質5通過導電纖維3的包圍材料的碳化來形成。該包圍材料在當前的碳纖維帶8中是熱塑性材料。在當前的燈絲6中，可能的電流方向9通過燈絲的縱向延伸方向10被預給定。此外，該燈絲6被裝配，使得切邊11平行于縱向延伸方向10并且平行于導電纖維3被定向。
[0085]在被示出的導電材料I中，所有的導電纖維3在可能的電流方向9上、即在縱向延伸方向10上來看多次被中斷。為此在燈絲6中引入了多個缺陷位置12、即鉆孔13。由此被定向在電流方向9上的電流強制性地至少流經基質5的部分區(qū)域。
[0086]圖2示出燈絲6，該燈絲包括作為原材料的織物14。該織物14由導電纖維3、即碳纖維4組成，這些纖維分別被聯(lián)合為纖維束15或粗紗。在所示出的燈絲6中，由導電纖維3構成的結構2、即織物14還被包圍材料16包圍，該包圍材料由熱塑性材料組成。與此相應地，在此還沒有進行碳化并且因此沒有進行真正的導電材料的制造。由導電纖維3構成的結構2和包圍材料16的被示出的復合體然而已經被裁剪，以便預給定燈絲6的形狀。在此根據(jù)該實例，切邊11平行于織物14的經紗17伸展。因此，作為結果，完成的燈絲6、即還要形成的導電材料的電導率基本上通過纖維3的好的電導率來確定。此外，切邊11平行于燈絲6的縱向延伸方向10以及電流方向9被定向。替代地，切邊11也可以平行于緯紗18伸展。
[0087]而圖3示出根據(jù)圖2的技術的修改方案，該修改方案闡明根據(jù)本發(fā)明的方法以及根據(jù)本發(fā)明的導電材料的一種特別優(yōu)選的實施方式。在此兩個切邊11相對于緯紗18并且也相對于經紗17傾斜，使得在此后可獲得的導電材料之內沒有導電纖維3在燈絲6的兩個電接觸部(未被示出)之間沒有中斷地伸展。燈絲6或此后的導電材料的形狀在此通過切邊11之間的間隙被預給定。
[0088]圖4以示意性的方式闡明根據(jù)本發(fā)明的方法并且因此還有根據(jù)本發(fā)明的材料的另一種有利的改進方案。因此提出，對被聯(lián)合為纖維束或粗紗的導電纖維3、在此碳纖維4在其橫截面上進行改變。纖維束15在加入到由導電纖維構成的結構中之前或此后被修改成具有橢圓形橫截面19的纖維束或具有矩形橫截面20的纖維束。由于導電纖維3之間的間隙在由導電纖維構成的結構中的相應的減小，導電材料的電特性因此可以面向目標地被改變。
[0089]圖5示出由導電纖維3構成的結構2的示意圖，該結構在此被構造為編織物21。該結構2可以在實施根據(jù)本發(fā)明的方法時并且為了制造根據(jù)本發(fā)明的導電材料被使用。已經認識到，此后要制造的導電材料的電導率決定性地通過編織角度22來確定。因此提出，通過編織角度22的改變來影響結構2的電導率。為此該編織物21在加固之前可以被壓縮。在此編織角度22可以取直至160°的值。該編織角度22越大，此后的導電材料的電阻就越高。因此已經發(fā)現(xiàn)，編織角度22從45°擴大到135°導致電阻增大了 300%。
[0090]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的輻射器23的一個優(yōu)選的實施例的側視圖，該輻射器在此被構造為紅外輻射器。該輻射器23包括導電材料1，該導電材料被構造為縱向延伸的燈絲6。該燈絲6在此由根據(jù)本發(fā)明的導電材料I來生產。該燈絲6被透明的殼體24包圍，該殼體也可以被稱為殼管。保護氣體、即氬氣位于該殼體24內。替代地，該燈絲6可以在殼體24內在真空下運行。
[0091]該燈絲6借助接觸元件25與電引線26連接。在接觸元件25和電引線26之間分別布置有螺旋形的補償元件27，以便可以補償殼體24和燈絲6的不同的熱膨脹。電引線26真空密封地從殼體24中被引出。為此可以使用擠壓連接或任意的其它的適宜的技術用于真空密封的實施。
[0092]測暈方法 比電陽.比電阻的被說明的值涉及通過根據(jù)DIN IEC 60093:1983; Prilfverfahren furElektroi soli ers toffe; Spezi fi scher Durchgangs wi ders tand und spezi fi scherOberflachenwiders tand von festen, elektrisch isolierendeni(9//--的狽|J 量方法
的確定。
[0093]電導率、比電導率電導率以及電陽.導電材料的電導率可以在冷的狀態(tài)下和/或在被安裝到輻射器或諸如此類的中之前借助電阻測量設備或電導率測量設備來實現(xiàn)，其中也可以由特別是作為燈絲的導電材料的借助卷尺或游標卡尺所確定的幾何尺寸(長度、寬度、厚度)和所測量的電阻來計算比電阻(見上文)。
[0094]被安裝到輻射器中和/或在按照規(guī)定的運行期間的導電材料的電阻可以由輻射器上的電壓降的測量和流經輻射器的電流的測量借助歐姆定律來計算。此外，如果在導電材料被安裝到輻射器中之前已經確定了導電材料的幾何尺寸，那么以該方式此外可以計算導電材料的比電阻的依賴于溫度的值。用于計算比電阻的該方法是優(yōu)選的，因為在這種情況下測量不會由于接觸電阻而失真。
[0095]纖維和某質材料的電導率比電導率
比電導率電導率的確定可以通過以下方式實現(xiàn)，即導電纖維在其用于制造導電材料之前和基質材料分開地被測量?？梢酝ㄟ^以下方式獲得沒有導電纖維的基質材料，即例如50g的包圍材料(例如熱塑性聚合物)在排除空氣的情況下在大約980°C下被熱處理大約60min0
[0096]纖維長度分布
纖維長度可以以幾何方式確定。由這些值可以推導出平均纖維長度以及纖維長度分布。
[0097]導電材料的柔靭性
柔韌性可以通過以下方式確定，即導電材料圓形地并且在其整個長度上圍繞半徑被彎曲，該半徑優(yōu)選地可以具有大約0.25 m- 1.0 m的值。導電纖維和/或基質的斷裂的不出現(xiàn)和/或導電纖維和/或基質的分開的不出現(xiàn)在此是用于導電材料的柔韌性的量度。如果例如導電材料可以圍繞具有0.25 m的半徑的圓形輪廓被彎曲，那么該導電材料被視為特別柔韌的。為了通過在具體的半徑下的柔韌性測試，該導電材料應該始終具有又返回到給予(aufgepragt)該導電材料的延伸的形狀的趨勢。
[0098]在下文中進一步闡述本發(fā)明、特別是根據(jù)本發(fā)明的方法并且因此還有根據(jù)本發(fā)明的導電材料的非限制性的實施例。只要這些實施例參考已經被闡述的圖，那么相應的段落也配備相應的附圖標記。
【具體實施方式】[0099]實例
實施例1
實施例1涉及制造根據(jù)圖1的燈絲。為此使用單向的、熱塑性的碳纖維帶8，帶狀的燈絲6從該碳纖維帶被裁剪成所需的尺寸(長度和寬度)，其中燈絲6的長度遠遠大于寬度。在此碳纖維4在燈絲6的縱向延伸方向10上平行于切邊11伸展。緊接著，電接觸部(未被示出)被安置在燈絲6上，燈絲6被碳化并且在需要時緊接著被石墨化。
[0100]燈絲此后被配備具有0.1 mm到1.5 mm的直徑的鉆孔13，這些鉆孔借助激光被引入到材料中。鉆孔13在此被布置，使得每個單獨的碳纖維4在兩個電接觸部(在此未被示出)之間被割斷至少一次。因此保證了電流不能直接跟隨各個纖維3，所述纖維在纖維方向上、即在電流方向9上有很高的電導率和導熱性。電流必須在被鉆穿的纖維3附近從被割斷的纖維3轉移其它的放置在附近的、在該位置上未被鉆穿的纖維3。
[0101]根據(jù)鉆孔13的數(shù)量、布置和直徑，燈絲6的電阻可以被提高到至多4倍。為了實現(xiàn)電功率轉化為熱的均勻的分布，而同時不過分地損害燈絲6的機械完整性，已經被證明為有利的是，引入具有0.2 mm到0.5 mm的直徑的并且每cm2 I個到每cm2 100個鉆孔13數(shù)量的鉆孔13。圖1示例性地闡明這樣的燈絲6。示意性地示出了鉆孔13以及單向的、熱塑性的碳纖維帶8的各個碳纖維4。
[0102]隨后，這些燈絲可以配備電引線(在此未被示出)，被引入到石英管中并且這些石英管適當?shù)乇环忾]，使得優(yōu)選地由氬氣構成的保護氣體氣氛可以處于所形成的輻射器管(未被示出)的內部。最后，根據(jù)需要將陶瓷和電引線(未被示出)安置在外部。就此而言僅僅示例性地參閱根據(jù)圖6的描繪和描述。
[0103]實施例2
該實施例進一步參考圖2和圖3。
[0104]為了制造燈絲6，作為原材料的織物14被用作結構2，該織物利用作為包圍材料16的熱塑性材料來涂覆并且隨后被加固。帶狀的燈絲6然后從該復合體被裁剪成所需的尺寸。
[0105]該織物14由碳纖維4組成，所述碳纖維作為纖維束15或粗紗(該術語在此同義地被使用)由盡可能少的纖維3組成。特別合適的是具有25 tex到100 tex (I tex被定義為每1000米纖維長度Ig)的粗紗15或束不僅作為經紗17而且作為緯紗18?？梢允褂糜删哂?.5k、Ik或3k的碳纖維4構成的粗紗15，其中0.5k和Ik應是優(yōu)選的。
[0106]織物14以平紋組織、斜紋組織或其它組織類型來制造并且達到30g/m2直至最大500g/m2的單位面積重量。粉末形式的或薄的、覆蓋織物的薄膜形式的熱塑性塑料作為包圍材料16被施加到織物14上。盡管在此可以使用不同的熱塑性塑料、諸如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚丁烯對苯二甲酸脂、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚砜、聚苯醚(PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亞胺(PEI )、聚醚砜和/或這些塑料的混合物，但是應優(yōu)選PEEK的使用。
[0107]所施加的粉末量理想地被測定，使得大約60%的纖維體積份額在纖維包圍材料復合體中被達到。該包圍材料16均勻地被施加到織物14的要涂覆的面上。均勻的分布優(yōu)選地通過震動器實現(xiàn)，該震動器將熱塑性粉末施加到卷開的(ablaufend)織物14上。如此被涂覆的織物14在后續(xù)的加工步驟中優(yōu)選地在壓熱器或熱壓機中在350°C和425°C之間的溫度下并且在6到9 bar的壓力下被加固。利用這些加工步驟，燈絲6的此后的電特性被預定義。比電導率在此可以通過碳纖維4的選取、包圍材料16的選擇并且通過包圍材料16在所加固的復合體中的體積份額來調節(jié)。此外，電阻通過單位面積重量(即所加固的復合體的每單位面積的質量)來影響。
[0108]燈絲6然后從所加固的復合體被修剪成所需要的寬度和長度。如圖2所示，切邊11在此可以平行于經紗17伸展，使得燈絲6的電導率基本上通過碳纖維4在纖維方向上很好的電導率來確定。替代地，切邊11也可以平行于緯紗18伸展(未被示出的替代方案)。
[0109]但是，如果燈絲6的切邊11伸展，使得在各個燈絲6從織物14上被修剪時被加固的復合體的每個碳纖維4被割斷，因此沒有纖維3在不割斷的情況下直接在燈絲6的兩個電接觸部(未被示出)之間伸展，那么燈絲6的電導率顯著地被減小，因為橫向于纖維方向的電導率是多倍分之一(um ein Vielfaches geringer)。這樣的裁剪在圖3中被示出。與此相應地,燈絲6的電導率可以通過所加固的復合體中的切邊11和纖維方向(即經紗17或緯紗18)之間的角度的選取決定性地被調節(jié)。
[0110]在裁剪之后，電接觸部(未被示出)被安置在燈絲6上，燈絲6被碳化并且在需要時隨后被石墨化。
[0111]隨后，這些燈絲6可以配備通常的電引線，被引入到石英管中并且這些石英管適當?shù)乇环忾]，使得優(yōu)選地由氬氣構成的保護氣體氣氛處于輻射器管的內部。最后，根據(jù)需要將陶瓷和電引線安置在外部。就此而言僅僅示例性地參閱根據(jù)圖6的描繪和描述。
[0112]特別是可以因此針對對燈絲6的不同的技術要求(這些要求通過額定電壓、在施加額定電壓時所需的額定功率和燈絲6的長度被定義)分別簡單地并且快速地制造合適的燈絲6。
[0113]實施例3
在實施例2的一種改進方案中，如下方法步驟被置于所描述的利用包圍材料涂覆和加固織物14的過程的前面:為了制造織物14所使用的纖維束15如在圖4中所闡明的那樣首先在其形狀上從盡最大可能圓的束橫截面被修改成具有橢圓形橫截面19的纖維束或具有矩形橫截面20的纖維束。
[0114]這優(yōu)選地通過以下方式被實現(xiàn)，即根據(jù)圖3的織物14松弛地延伸通過鼓風機或該織物被引導通過軋輥。在此纖維3均勻地分布在預給定的面上。最初存在于織物4中的空隙幾乎完全地閉合并且該織物14變得更平。
[0115]實施例4
在實施例3的一種改進方案中，各個纖維束首先被展開到最大的寬度和最小的厚度，其中保證了纖維的均勻分布。在所使用的方法中，這對應于在最大2 mm的寬度上數(shù)量為1000的纖維。這些被展開的粗紗隨后被加工成織物，而在此不改變首先所制造的形狀。在此碳纖維粗紗可以被用作具有每個粗紗至多24000個纖維的經紗或緯紗。因此可以制造很薄的織物。
[0116]實施例5
在實施例1到4的進一步改進方案中，燈絲經受其它的過程，在該過程中碳有針對性地被去除。為此輻射器燈絲被置于高于400°C的溫度并且被氫氬混合氣溢流。通過所調節(jié)的過程參數(shù)(這些過程參數(shù)是混合氣體的組成、溢流速度、壓力、輻射器燈絲的溫度和過程持續(xù)時間)，碳的去除率可以改變。因此影響燈絲的厚度并且因此調節(jié)電阻。因此可以實現(xiàn)將輻射器燈絲的電阻提高到至多2.7倍，而沒有破壞燈絲的機械完整性。
[0117]實施例6
由導電纖維3構成的編織物21被用于制造燈絲，如示意性地在圖5中被示出的。該編織物21利用熱塑性材料來涂覆并且隨后被加固。然后燈絲從所形成的復合體被裁剪成所需的尺寸。
[0118]該編織物21由碳纖維4組成，所述碳纖維作為纖維束15由盡可能少的纖維3組成。特別合適的是具有25 tex到100 tex (I tex被定義為每1000米纖維長度Ig)的粗紗15或束。相應地可以使用由具有0.5k、Ik或3k的碳纖維4構成的粗紗15 (Ik對應于每束15有1000個纖維3)。
[0119]該編織物21可以作為單或雙編織的編織物21來制造，達到30g/m2直至最大500g/m2的單位面積重量。粉末形式的或覆蓋編織物的薄膜形式的熱塑性材料作為包圍材料被施加到編織物21上。盡管在此可以使用不同的熱塑性塑料、諸如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚丁烯對苯二甲酸脂、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚砜、聚苯醚(PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亞胺(PEI )、聚醚砜和/或這些塑料的混合物，但是應優(yōu)選PEEK的使用。
[0120]所施加的粉末量理想地被測定，使得大約60%的纖維體積份額在纖維包圍材料復合體中被達到。該熱塑性包圍材料均勻地被施加到編織物21的要涂覆的面上。均勻的分布優(yōu)選地通過震動器實現(xiàn)，該震動器將熱塑性粉末施加到卷開的帶狀的編織物21上。如此被涂覆的編織物21在后續(xù)的加工步驟中優(yōu)選地在壓熱器或熱壓機中在350°C和425°C之間的溫度下并且在6到9 bar的壓力下被加固。利用這些加工步驟，燈絲的此后的電特性被預定義。電導率在此可以通過碳纖維4的選取、包圍材料、即特別是熱塑性材料的選擇、通過單位面積重量(即所加固的復合體的每單位面積的質量)并且通過包圍材料在所加固的材料中的體積份額來調節(jié)。
[0121]燈絲然后由編織物21和包圍材料之間的被加固的復合體被修剪成所需的寬度和長度。在此，燈絲的切邊伸展，使得編織物21的每個碳纖維4被割斷。該過程參考圖4中的織物被示出并且借助該圖詳細地被闡述。
[0122]電導率在此決定性地通過編織角度22來定義，參見圖5。
[0123]在45°的編織角度22的情況下，相較于由單向的碳纖維帶構成的同樣厚度的燈絲，該燈絲的電導率減小到至少1/3或該燈絲的電阻增加到至多3倍。
[0124]緊接著，電接觸部(在此未被示出，圖5只示出編織物21)被安置在燈絲上，所述燈絲被碳化并且在需要時隨后被石墨化。
[0125]隨后，這些燈絲6可以配備通常的電引線，被引入到石英管中并且這些石英管適當?shù)乇环忾]，使得優(yōu)選地由氬氣構成的保護氣體氣氛可以處于輻射器管的內部。最后，根據(jù)需要將陶瓷和電引線安置在外部。就此而言僅僅示例性地參閱根據(jù)圖6的描繪和描述。
[0126]實施例7
在實施例6的一種擴展方案中，根據(jù)圖5的編織物21可以在加固之前被壓縮。該編織角度22可以通過壓縮的程度來影響并且可以取直至160°的值。該編織角度22越大，由編織物21制造的燈絲的電阻就越高。[0127]利用編織角度22的變化，這樣的燈絲的電阻可以決定性地被調節(jié)。編織角度22從45°擴大到135°導致電阻增大了 300%。
[0128]實施例8
單向的、熱塑性的碳纖維帶被用于制造燈絲。
[0129]單向的、熱塑性的碳纖維帶優(yōu)選地在壓熱器中在350°C和425°C之間的溫度下并且在6到9 bar的壓力下彼此重疊地被層壓成兩層。在此兩個帶的單向的纖維定向相對于彼此的角度可以自由選擇。該角度決定性地影響輻射器燈絲的電阻。附加地，完成的輻射器燈絲的電阻也通過在裁剪燈絲時切割方向的選取被一起定義。
[0130]緊接著，電接觸部被安置在燈絲上，所述燈絲被碳化并且在需要時隨后被石墨化。
[0131]隨后，這些燈絲可以配備通常的電引線，被引入到石英管中并且這些石英管適當?shù)乇环忾]，使得優(yōu)選地由氬氣構成的保護氣體氣氛處于輻射器管的內部。最后，根據(jù)需要將陶瓷和電引線安置在外部。就此而言僅僅示例性地參閱根據(jù)圖6的描繪和描述。
[0132]實施例9
帶或絞合線形式的被編織的原材料被用于制造燈絲。該帶或絞合線比完成的輻射器燈絲更寬。被編織的原材料由碳纖維組成，所述碳纖維作為纖維束由盡可能少的纖維組成。特別合適的是具有25 tex到100 tex (I tex被定義為每1000米纖維長度Ig)的粗紗或束。相應地可以使用由具有每纖維束0.5k、Ik或3k (Ik = 1000)個纖維的碳纖維構成的粗紗。
[0133]緊接著，電接觸部被安置在被編織的帶上，所述帶被碳化并且隨后被石墨化。
[0134]隨后，被編織的帶經受CVD/CVI過程，在該過程中由Sp2和sp3雜化碳的混合物組成的非晶碳結構積聚在被編織的帶上以及纖維之間。該非晶碳結構導致所編織的帶的形狀穩(wěn)定以及各個纖維相互的結合。此外，該結構有小的電導率，所述小的電導率對完成的輻射器燈絲產生提高電阻的效果。緊接著，該輻射器燈絲通過以下方式從如此被涂覆并且被浸潤的被編織的帶被切割，即編織物的每個碳纖維被切斷至少一次。
[0135]隨后，這些燈絲可以配備通常的電引線，被引入到石英管中并且這些石英管適當?shù)乇环忾]，使得優(yōu)選地由氬氣構成的保護氣體氣氛處于輻射器管的內部。最后，根據(jù)需要將陶瓷和電引線安置在外部。就此而言僅僅示例性地參閱根據(jù)圖6的描繪和描述。
[0136]最后，應該指出，在所描述的實施例中熱塑性材料是優(yōu)選的包圍材料。然而，可選的包圍材料并不限于熱塑性材料，更確切地說，熱固性材料、必要時以與熱塑性材料的混合物也可以用作包圍材料。一般地，如下的每一種材料可以被用作包圍材料，該材料可以以適宜的方式、即特別是通過熱作用、優(yōu)選地通過碳化被轉化為基質。
[0137]附圖標記列表
1導電材料
2(由導電纖維構成的)結構
3導電纖維
4碳纖維
5基質
6燈絲
7前體面形成物
8碳纖維帶9電流方向
10縱向延伸方向
11切邊
12缺陷位置
13鉆孔
14織物
15纖維束/粗紗
16包圍材料
17經紗(織物)
18緯紗(織物)
19具有橢圓形橫截面的纖維束
20具有矩形橫截面的纖維束
21編織物
22編織角度
23輻射器
24殼體(福射器)
25接觸元件
26電引線
27補償元件。
【權利要求】
1.一種用于制造導電材料(I)的方法，其中所述方法包含以下步驟: a.提供由導電纖維(3)構成的結構(2)， b.制造基于碳的、具有電導率的基質(5)，所述基質至少部分地包圍所述導電纖維(3)， 其中在制造所述基質(5 )之前或之后所述導電纖維(3 )的至少一部分在可能的電流方向(9)上來看被中斷。
2.根據(jù)上述權利要求所述的方法，其中所述導電材料(I)以至少95質量百分比的碳含量來制造。
3.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中所述導電纖維(3)包含碳纖維、碳化硅纖維、具有陶瓷組成部分的纖維、或由所述纖維中的至少兩種構成的混合物。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中所述基質(5)具有比所述導電纖維(3)更小的比電導率。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中所述基質(5)通過包圍由導電纖維(3)構成的結構(2)的熱塑性或熱固性材料、或這些材料的混合物在600°C到1500°C的溫度范圍內的高溫處理來制造。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述熱塑性材料包含聚丙烯、聚酰胺、聚丁烯對苯二甲酸脂、聚對苯二甲酸乙二醇脂、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚鄰苯二甲酰胺、聚醚酰亞胺或聚醚砜、或由這些材料中的至少兩種構成的混合物。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述熱固性材料包含乙烯酯樹脂、酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂、或由這些材料中的至少兩種構成的混合物。
8.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，此外包含以下步驟: a.借助包含導電纖維(3)的前體面形成物(7)提供由導電纖維(3)構成的結構(2)，以及 b.碳化所述前體面形成物(7)的與所述導電纖維(3)不同的份額，以及 c.通過引入缺陷位置(12)、特別是鉆孔(13)來中斷所述導電纖維(3)的至少一部分。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述前體面形成物(7)在碳化之前被裁剪。
10.根據(jù)權利要求1到7之一所述的方法，其中由導電纖維(3)構成的結構(2)從組中選擇，所述組由以下項組成: 一多個纖維束(15)， -由纖維(3)或多個纖維束(15)或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的織物(14)，一由纖維(3)或多個纖維束(15)或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的編織物(21)， 一由纖維(3)或多個纖維束(15)或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的針織物，或 一由纖維(3)或多個纖維束(15)或這些纖維或纖維束中的至少兩個構成的針織品， 或上述項中的至少兩個的組合。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中為了制造所述基質(5)，利用包圍材料(16)包圍由導電纖維(3)構成的結構(2)，并且其中所形成的復合體在隨后的石墨化步驟之前被裁剪，使得所述導電纖維(3 )的至少一部分在通過所述導電材料(I)的電流方向(9 )上來看被中斷。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中預給定所述導電材料(I)的縱向延伸方向(10)的切邊(11)， 一在織物(14)存在的情況下以20°到70°的角度相對于緯紗(18)傾斜，或 一在編織物(21)存在的情況下平行于編織物邊伸展。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，其中在裁剪之前，通過混合所述導電纖維(3)和包圍材料(16)作為預浸料坯形式的前體面形成物(7)， 或通過使所述包圍材料(16)氣相沉積在所述導電纖維(3)上作為沉積構造形式的前體面形成物(7)而獲得由導電纖維(3)和包圍材料(16)構成的復合體。
14.根據(jù)權利要求11到13之一所述的方法，其中所述結構(2)包含纖維束(15)，所述纖維束在被引入到所述結構(2)中之前被減小厚度， 或 其中所述結構(2)中的纖維束(15)的厚度在制造所述結構(2)之后被減小， 或兩者兼而有之。
15.根據(jù)權利要求11到14之一所述的方法，其中在由導電纖維(3)構成的結構(2)之內，交叉的纖維(3)或纖維束(15)或兩者之間的編織角度(22)分別偏離90°。
16.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中碳從所述導電材料(I)中被去除。
17.一種導電材料(1)，能夠按照根據(jù)上述權利要求之一所述的方法來獲得。
18.—種導電材料(I)，包含: a.由導電纖維(3)構成的結構(2)， b.導電基質(5)，所述導電基質至少部分地包圍所述導電纖維(3 )， 其中所述導電纖維(3)展示出比所述導電基質(5)更高的比電導率， 其中所述導電材料(I)在縱向延伸方向(10)上延伸，并且其中在所述材料(I)之內在縱向延伸方向(10)上來看所述導電纖維(3)的至少一部分被中斷至少一次。
19.根據(jù)權利要求17或18所述的導電材料(1)，其中導電纖維(3)在所述導電材料(I)的縱向延伸方向(10)上來看通過以下方式被中斷，即導電纖維(3)在相對于所述縱向延伸方向(10)傾斜的方向上延伸，或導電纖維(3)具有一個或多個被引入的缺陷位置(12)，或兩者兼而有之。
20.根據(jù)權利要求17到19之一所述的導電材料(I)，其中在所述導電材料(I)內，所述纖維(3)的相對于所述導電材料(I)而言至少50質量百分比具有最多0.5 m的纖維長度。
21.—種福射器(23),包含: a.透明的或半透明的殼體(24); b.被布置在所述殼體(24)內的根據(jù)權利要求17到20之一的導電材料(I)。
22.根據(jù)權利要求21所述的輻射器(23)，其中所述導電材料(I)具有這樣的柔韌性，使得所述導電材料(I)能夠在其整個長度上圓形地圍繞1.0 m、優(yōu)選地0.25 m的半徑被彎曲，而不發(fā)生所述導電纖維(3 )和/或所述基質(5 )的斷裂和/或導電纖維(3 )和所述基質(5)的分開。
23.根據(jù)權利要求21或22所述的輻射器(23)，其中所述導電材料(I)具有作為所述導電材料(5)的每單位長度的運行電壓被測量的大于150 V/m的電導率。
【文檔編號】H01B3/00GK103959899SQ201280049038
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年7月4日 優(yōu)先權日:2011年8月5日
【發(fā)明者】S.利諾夫, M.克盧姆普 申請人:賀利氏特種光源有限責任公司