專利名稱：陶瓷爐灶面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷爐灶面，包括玻璃陶瓷或玻璃制成的烹飪板、電熱導(dǎo)體層和烹飪板與熱導(dǎo)體層之間的隔絕層。
背景技術(shù)：
這種陶瓷爐灶面的例子可參見DE 31 05 065 C2或US 6,037,572。
這種已知陶瓷爐灶面包括玻璃陶瓷烹飪板，一個接地金屬層噴涂在烹飪板的下側(cè)，接地金屬層上噴涂有一個氧化鋁絕緣層。在陶瓷絕緣層的下側(cè)，通過印刷工藝施加有一個熱導(dǎo)體。
與以前已知的陶瓷爐灶面相比，這種陶瓷爐灶面可提供更節(jié)省能量的加熱，其中在以前已知的陶瓷爐灶面中，基本上是通過輻射能量而進(jìn)行加熱。此處，大大強(qiáng)化了初始烹飪啟動。
由于例如Ceran的玻璃陶瓷具有NTC特性，即，隨著溫度的升高導(dǎo)電率也極大地提到，因此熱導(dǎo)體層與烹飪板之間的絕緣層是必要的。
因此，根據(jù)VDE，為確保必要的安全性要求，在操作溫度下，電絕緣層的擊穿電阻必須為約3,750伏。
為此，需要產(chǎn)生相當(dāng)大層厚的陶瓷絕緣層，例如在采用Al2O3作為絕緣層時，層厚為200-500微米。
但是，據(jù)發(fā)現(xiàn)陶瓷材料在這樣大的層厚中會形成裂紋結(jié)構(gòu)，另外，玻璃陶瓷熱膨脹系數(shù)(±0.15×10-6K-1)與陶瓷熱膨脹系數(shù)(對于Al2O3來說，≈8×10-6K-1)之間的差別在操作期間會產(chǎn)生相當(dāng)大的熱應(yīng)力，因此陶瓷絕緣層可能會剝落。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的陶瓷爐灶面，在長期使用中，這種陶瓷爐灶面中的層結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性，同時確保絕緣層必要的電擊穿電阻。
該目的的實現(xiàn)是通過一種如在開頭提到的陶瓷爐灶面，將該爐灶面的絕緣層設(shè)計成具有朝向熱導(dǎo)體層空隙率逐漸降低的多個層。
本發(fā)明的目的可通過這種方式完全實現(xiàn)。即，據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過特殊地應(yīng)用這種有梯度的層可實現(xiàn)與玻璃陶瓷的熱膨脹系數(shù)的逐漸匹配。較高的空隙率會導(dǎo)致彈性模數(shù)(elasticity module)減小，從而導(dǎo)致抵抗熱應(yīng)力的容限(tolerance)增加。因此，通過將絕緣層劃分成至少兩個單獨的層，其中具有較高空隙率的第一層與烹飪板相接觸，具有較低空隙率的第二層面對熱導(dǎo)體層，從而可獲得較好的抵抗熱應(yīng)力的容限。特別的，即使在絕緣層的總厚度較大的情況下也能防止破裂。同時，還確保了這種陶瓷爐灶面在操作期間相對于高溫循環(huán)的整個層復(fù)合物很好的穩(wěn)定性。
優(yōu)選的，絕緣層中的各層通過熱噴涂形成。
在此，可通過利用不同的粉末性質(zhì)或采用不同的燃燒器，優(yōu)選通過大氣等離子噴涂(APS)，或通過在涂覆工藝中改變工藝參數(shù)而使各層產(chǎn)生不同的空隙率。
另外，優(yōu)選接地的導(dǎo)電中間層可設(shè)置在絕緣層與烹飪板之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，該導(dǎo)電中間層包括金屬陶瓷或?qū)щ娞沾?。而通過采用金屬陶瓷，可確保很好的導(dǎo)電性，同時使其具有相對較小的熱膨脹系數(shù)；利用導(dǎo)電陶瓷，例如通過在熱噴涂過程中TiO2失去氧而獲得的產(chǎn)物，可提供特別有利的良好化學(xué)兼容性和粘接到烹飪板表面的粘結(jié)性，以及與金屬陶瓷相比更小的熱膨脹系數(shù)。
同樣，優(yōu)選的，該導(dǎo)電中間層也通過熱噴涂制備。
通過施加這樣一個接地的導(dǎo)電中間層，可使該陶瓷絕緣層具有較小的擊穿電阻，其中對于烹飪操作來說，約1,500伏就足夠了。在發(fā)生熱導(dǎo)體被電擊穿到烹飪板的情況下，由于烹飪板的接地，本領(lǐng)域所熟知的一個安全裝置觸發(fā)。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利實施例，各層占據(jù)的面積朝向熱導(dǎo)體層逐漸減小。
此處，各層優(yōu)選相互定位在中心，特別是同心設(shè)置。通過在邊緣區(qū)域向相應(yīng)的鄰層逐漸的穩(wěn)定過渡，可消除邊緣區(qū)域中的應(yīng)力。
因此，通過這種設(shè)計，可防止邊緣層在熱應(yīng)力的影響下從鄰層剝落。
如果不這樣設(shè)計，剝落的可能性就會增加，特別是在邊緣區(qū)域。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，特別有利的是將各層設(shè)計成圓形的層，因為這樣在操作過程中，由于熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力是最小的。但是，另外根據(jù)特定的應(yīng)用，例如方形或橢圓形的不同形狀層都可采用。
如果該爐灶面包括幾個烹飪區(qū)域，例如四個烹飪區(qū)域，則優(yōu)選將絕緣層和相應(yīng)的其它層僅設(shè)置在相應(yīng)的烹飪區(qū)域中，從而使總應(yīng)力盡可能低。
優(yōu)選的，絕緣層的各層包括氧化鋁，其提供特別好的粘結(jié)性和特別好的擊穿電阻。除此以外，還可采用富鋁紅柱石層或堇青石層，或添加有氧化鈦、氧化鋯或氧化鋯與氧化鎂混合物的氧化鋁。富鋁紅柱石和堇青石具有熱膨脹系數(shù)小的優(yōu)點，但其不具備如氧化鋁一樣粘接到玻璃陶瓷表面上的很好的粘結(jié)性。另外，不能通過熱噴涂而在玻璃陶瓷表面上直接產(chǎn)生富鋁紅柱石層或堇青石層，因為后者會破壞表面。
為此，優(yōu)選的，在可通過噴涂施加富鋁紅柱石或堇青石絕緣層之前，可在玻璃陶瓷表面上首先噴涂一個包括例如氧化鋁、氧化鈦或其二者混合物的粘結(jié)層。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，烹飪板在其與熱導(dǎo)體層相面對的一側(cè)上包括一個環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽接近于噴涂到烹飪板上的層的邊緣區(qū)域而延伸。
該措施還用于減小邊緣區(qū)域的應(yīng)力。


可以理解，本發(fā)明的上述和以下特點不僅僅在給定的組合中應(yīng)用，而在沒有離開本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明也適用于其他組合或單獨使用。從以下參照附圖對優(yōu)選實施例的描述中，可很容易理解本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點。附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的陶瓷爐灶面的第一實施例的橫截面視圖；及圖2示出相對圖1略作修改的陶瓷爐灶面的橫截面視圖。
具體實施例方式
圖1中，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷爐灶面以標(biāo)號10總體標(biāo)出。
可以理解，這種圖示僅僅是示例性質(zhì)的，特別的，尺寸關(guān)系并不是按比例畫出的。
陶瓷爐灶面10包括一個例如Schott的CERAN的玻璃陶瓷烹飪板12，該烹飪板設(shè)計成平坦的，并用于支撐烹飪器具。
以標(biāo)號14總體指出的絕緣層設(shè)置在烹飪板12下側(cè)可能被加熱的區(qū)域。在絕緣層的下表面，施加有一個熱導(dǎo)體層22。
可以理解的是，這種陶瓷爐灶面10可包括多個烹飪區(qū)域，例如為家用目的設(shè)置四個烹飪區(qū)域。但是，在圖1和圖2中，僅示出一個烹飪區(qū)域。
圖1的絕緣層包括三個分層16、18、20，通過熱噴涂，其分別被相應(yīng)施加到烹飪板12上或位于烹飪板12下面的相應(yīng)層上。
優(yōu)選的，各層16、18、20構(gòu)造成圓形的，并且其面積朝向熱導(dǎo)體層22逐漸減小，其中各層16、18、20相互同心設(shè)置。
該措施用于避免各層在邊緣區(qū)域剝離。
各絕緣層16、18、20可例如包括氧化鋁，并且各層可具有從烹飪板12朝向熱導(dǎo)體層22逐漸減小的空隙率。
例如，第一分層可通過熱噴涂施加到烹飪板表面，并且其空隙率的范圍在15到20的體積百分比之間，而隨后的分層18的空隙率在約5到10的體積百分比之間，最后一個分層20的空隙率盡可能小，例如1％或更低。
所有的層16、18、20都通過熱噴涂施加，優(yōu)選采用大氣等離子噴涂。
為確保在操作溫度下足夠高的擊穿電阻，即至少為3,750伏，當(dāng)采用氧化鋁時，絕緣層14的總厚度達(dá)到約500微米。
在熱噴涂之前，不象現(xiàn)有技術(shù)那樣通常對烹飪板12進(jìn)行噴砂預(yù)處理，因為這樣會導(dǎo)致玻璃陶瓷表面的破壞，相反，僅對其進(jìn)行清潔，例如用丙酮去油污。
可通過掩模工藝從位于下面的相應(yīng)表面上為各層16、18、20分別精確定界。
在絕緣層14最下面的分層20的下側(cè)上，產(chǎn)生一個熱導(dǎo)體層22。該熱導(dǎo)體層22包括蜿蜒形狀的盤繞熱導(dǎo)體24，該熱導(dǎo)體可通過例如本領(lǐng)域所熟知的絲網(wǎng)印刷工藝產(chǎn)生。
或者，為制造熱導(dǎo)體24，熱噴涂工藝與掩模操作相結(jié)合的方法也是適用的，這優(yōu)于已知的絲網(wǎng)印刷工藝生產(chǎn)，因為在絲網(wǎng)印刷中，金屬導(dǎo)體具有大于5％的玻璃部分，從而在層焙燒期間降低流溫度(flow temperatures)。但是，這種玻璃部分使相應(yīng)導(dǎo)體軌道部分段的金屬部分減少。具有局部增加玻璃部分的導(dǎo)體軌道在該區(qū)域具有較高的電阻，這在電流通過期間可能會引起過熱或材料擊穿。
這些問題都可通過熱噴涂熱導(dǎo)體層22避免。
而且在這方面，激光噴涂特別有利，因為借此可非常好地產(chǎn)生軌道。
優(yōu)選的，各個絕緣層16、18、20包括氧化鋁，因而可產(chǎn)生粘結(jié)到烹飪板12上的特別好的粘結(jié)性。同時，氧化鋁提供較好的擊穿電阻。通過朝向熱導(dǎo)體層22逐漸降低空隙率的梯度設(shè)計，可極大地避免由熱應(yīng)力引起的問題，所述熱應(yīng)力由于熱膨脹系數(shù)(對于Al2O3來說為約8.0×10-6K-1，對于CERAN來說為約±0.15×10-6K-1)之間的差異所引起。
而且，堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)和富鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2)可被有利地用作陶瓷絕緣材料，因為其提供的熱膨脹系數(shù)α相當(dāng)?shù)?，對于堇青石來說為約2.2到2.3×10-6K-1，對于富鋁紅柱石來說為4.3到5.0×10-6K-1。
但是，不能通過熱噴涂在玻璃陶瓷上直接施加堇青石層或富鋁紅柱石層，因為這會導(dǎo)致碎片形成并導(dǎo)致玻璃陶瓷表面的破壞。
在這種情況下，在施加后續(xù)的絕緣層之前，首先在玻璃陶瓷表面上噴涂一個厚度在約10到150微米之間的范圍、優(yōu)選為約50到100微米的薄粘結(jié)層。
例如氧化鋁、氧化鈦或其二者的混合物適于作為粘結(jié)層。
另外，在圖1中可見一個環(huán)形凹槽30或槽，其位于烹飪板12的下側(cè)并以環(huán)形的方式包圍絕緣層16的邊緣。該凹槽用于減小該區(qū)域中的應(yīng)力。
圖2示出修改的陶瓷爐灶面，其用標(biāo)號10’總體指出。
該實施例與前面描述的實施例不同之處在于絕緣層14’僅包括兩個分層16’、18’；絕緣層14’與烹飪板12之間設(shè)置有一個導(dǎo)電材料的中間層26。該中間層26是接地的，如標(biāo)號28所示。
在發(fā)生熱導(dǎo)體24被擊穿到烹飪板12的失誤情況下，由于接地，觸發(fā)本領(lǐng)域所熟知的烹飪板12的一個安全裝置(未示出)。
由于該措施，絕緣層14’可具有較小的總體厚度，因為現(xiàn)在擊穿電阻在操作溫度下僅為1,500伏，以根據(jù)VDE確保必要的安全性。
這會導(dǎo)致這樣的結(jié)果，絕緣層14’的總體層厚可僅設(shè)計成圖1實施例中絕緣層厚度的一半或更薄。
盡管根據(jù)圖1的實施例，絕緣層14的總體厚度需要達(dá)到約500微米，但在采用接地中間層26的情況下，可相應(yīng)地減小層14’的厚度。
雖然中間層26理論上還可包括金屬，但是其同樣具有由于金屬具有相當(dāng)高的熱膨脹系數(shù)而導(dǎo)致的缺點。
因此，優(yōu)選的是用例如TiO2的導(dǎo)電陶瓷制造中間層26，其中TiO2在熱噴涂操作過程中，發(fā)生高氧損失以至使其變得導(dǎo)電?？捎糜谥圃熘虚g層26的另一可選材料為陶瓷金屬，例如鎳/鉻/鈷合金，其中例如碳化鎢或碳化鉻的碳化物微粒散布在其中。
通過采用這種陶瓷金屬，可獲得特別良好的導(dǎo)電率，但是，當(dāng)然熱膨脹系數(shù)高于例如TiO2，但仍小于普通金屬層的熱膨脹系數(shù)。
同樣，如前所述，熱導(dǎo)體層22也通過與掩模工藝相結(jié)合的熱噴涂施加到絕緣層14’的最下面的分層18’的下側(cè)上。
根據(jù)圖1的各層16、18、20或根據(jù)圖2的各層26、16’、18’在其邊緣區(qū)域朝向相應(yīng)的鄰層逐漸收縮，從而形成漸進(jìn)的過渡。這用于避免在邊緣區(qū)域脫層。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷爐灶面，包括玻璃陶瓷或玻璃制成的烹飪板(12)、電熱導(dǎo)體層(22)和烹飪板(12)與熱導(dǎo)體層(22)之間的絕緣層(14、14’)，其特征在于，絕緣層(14、14’)包括具有空隙率的多個層(16、18、20；16’、18’)，所述空隙率朝向熱導(dǎo)體層逐漸減小。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷爐灶面，其特征在于，通過熱噴涂制造絕緣層(14、14’)的各層(16、18、20；16’、18’)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的陶瓷爐灶面，其特征在于導(dǎo)電中間層(26)設(shè)置在絕緣層(14’)與烹飪板(12)之間。
4.如權(quán)利要求3所述的陶瓷爐灶面，其特征在于導(dǎo)電中間層(14)包括金屬陶瓷或?qū)щ娞沾伞?br> 5.如權(quán)利要求3或4所述的陶瓷爐灶面，其特征在于通過熱噴涂施加導(dǎo)電中間層(26)。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述的陶瓷爐灶面，其特征在于各層(16、18、20；16’、18’)所占據(jù)的面積朝向熱導(dǎo)體層(22)逐漸減小。
7.如權(quán)利要求6所述的陶瓷爐灶面，其特征在于各層(16、18、20；16’、18’)相互在中心定位，特別是相互同心設(shè)置。
8.如權(quán)利要求6或7所述的陶瓷爐灶面，其特征在于各層(16、18、20；16’、18’)在其邊緣部分接近到相應(yīng)鄰層。
9.如前述任一項權(quán)利要求所述的陶瓷爐灶面，其特征在于絕緣層(14、14’)包括氧化鋁、富鋁紅柱石、堇青石、其中添加有氧化鈦、氧化鋯或氧化鋯與氧化鎂混合物的氧化鋁。
10.如前述任一項權(quán)利要求所述的陶瓷爐灶面，其特征在于烹飪板(12)包括一個環(huán)形凹槽(26)，其設(shè)置在與熱導(dǎo)體層(22)面對的一側(cè)，并靠近噴涂到烹飪板(12)上的層(16、26)的邊緣區(qū)域延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷爐灶面，其包括玻璃陶瓷或玻璃制成的加熱板(12)、電熱元件層(22)和加熱板(12)與加熱元件層(22)之間的絕緣層(14)。該絕緣層(14)包括多個單個層(16、18、20)，這些單個層的特征在于，其朝向加熱元件層(22)的空隙率逐漸減小。
文檔編號H05B3/74GK1494815SQ02805998
公開日2004年5月5日 申請日期2002年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月6日
發(fā)明者雷內(nèi)·加多, 安德烈亞斯·基林格, 克里斯蒂安·弗里德里希, 李傳飛, 卡斯滕·韋姆特, 韋姆特, 亞斯 基林格, 蒂安 弗里德里希, 雷內(nèi) 加多 申請人:肖特玻璃公司