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烹飪板、電熱導(dǎo)體層和烹飪板與熱導(dǎo)體層之間的熱噴涂隔絕層。
背景技術(shù)：
這種陶瓷爐灶面的例子可參見DE 05 065 C2或US 6,037,572。這種已知陶瓷爐灶面包括玻璃陶磁制成的烹飪板，其下表面設(shè)置有熱噴涂接地金屬層，該金屬層上噴涂有陶瓷絕緣層，烹飪板下表面最終為一熱導(dǎo)體層，該熱導(dǎo)體層包括一種通過例如絲網(wǎng)印刷工藝施加到其上的熱導(dǎo)體元件。
現(xiàn)有技術(shù)的爐灶面迄今為止基本上是通過熱導(dǎo)體的輻射加熱，其中熱導(dǎo)體設(shè)置在玻璃陶瓷板下面一定距離處，與現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷爐灶面相比較，由于熱量通過熱傳導(dǎo)而進(jìn)行傳導(dǎo)，并在玻璃陶瓷的下表面上直接產(chǎn)生，因此這種爐灶面極大地提高了初始烹飪功率。由于適用于爐灶面的玻璃陶瓷，例如Schott的CERAN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，因此在熱導(dǎo)體層與烹飪板之間設(shè)置陶瓷絕緣層。
這種陶瓷爐灶面的一個(gè)突出問題在于各層之間具有不同的熱膨脹系數(shù)。
已知例如CERAN的玻璃陶瓷的膨脹系數(shù)α接近于0(±0.15×10-6K-1)。相反，金屬具有相當(dāng)高的膨脹系數(shù)，該系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10-5K-1。盡管陶瓷的膨脹系數(shù)較小(例如，對于Al2O3來說為8×10-6K-1)，但是當(dāng)采用較厚的層時(shí)，在操作期間會(huì)由于熱應(yīng)力而產(chǎn)生相當(dāng)大的問題。
根據(jù)VDE，為確保必要的操作安全性，烹飪操作期間絕緣層的擊穿電阻必須為3,750伏。
這需要陶瓷絕緣層具有相對較大的層厚，對于氧化鋁來說，該層厚必須為約300微米。
但是，這樣厚的陶瓷絕緣層不能通過熱噴涂簡單地施加到玻璃陶瓷表面上，因?yàn)檫@樣容易出現(xiàn)碎片或脫層。
但是，如從DE 31 05 065 C2中得知的那樣，在絕緣層與玻璃陶瓷烹飪板之間采用一導(dǎo)電接地中間層，則由于接地層的擊穿電阻僅需要為1,500伏，因此絕緣層的厚度可隨之減小。但是，由于金屬層的熱膨脹系數(shù)較高，因此在絕緣層與玻璃陶瓷板之間應(yīng)用金屬層會(huì)引入其他問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提出一種改進(jìn)的陶瓷爐灶面，其避免了上述缺點(diǎn)，并構(gòu)造為穩(wěn)定的層系統(tǒng)，該層系統(tǒng)一方面確保了必要的電氣安全性，另一方面確保了長期操作期間較高的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明，通過在烹飪板上設(shè)置一個(gè)陶瓷材料的熱噴涂粘結(jié)層來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。
本發(fā)明的該目的可以這種方式完全實(shí)現(xiàn)。即，根據(jù)本發(fā)明，可以在玻璃陶瓷烹飪板上，通過熱噴涂施加除了氧化鋁以外的更適合材料，從而產(chǎn)生絕緣層。即，根據(jù)本發(fā)明，該絕緣層現(xiàn)在可包括堇青石或富鋁紅柱石或二者的混合物，或其它具有類似的低熱膨脹系數(shù)的可熱噴涂陶瓷。
當(dāng)在玻璃陶瓷表面直接熱噴涂這些材料時(shí)，玻璃陶瓷表面會(huì)被破壞。因此，當(dāng)在玻璃陶瓷表面熱噴涂堇青石或富鋁紅柱石時(shí)，會(huì)造成微小裂紋，這會(huì)損害整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
堇青石和富鋁紅柱石的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氧化鋁的熱膨脹系數(shù)。堇青石的熱膨脹系數(shù)為約2.2到2.4×10-6K-1，富鋁紅柱石的熱膨脹系數(shù)為約4.3到5.0×10-6K-1。因此，通過采用這些材料，由于較小的熱膨脹系數(shù)，操作過程中熱引起的應(yīng)力問題可大大減輕。
特別的，由氧化鋁或氧化鈦或二者的混合物構(gòu)成的層適于作為粘結(jié)層。此處，通過熱噴涂施加的粘結(jié)層的層厚優(yōu)選在約10微米和150微米之間，優(yōu)選在約30到100微米之間，特別是在約40和70微米之間的范圍。
這種薄粘結(jié)層優(yōu)選不對熱應(yīng)力產(chǎn)生不利影響，因而不影響整個(gè)系統(tǒng)，但是，它為玻璃陶瓷表面提供非常好的粘合作用，而不會(huì)在界面區(qū)域破壞玻璃陶瓷表面。
現(xiàn)在在該粘結(jié)層上通過熱噴涂直接施加一個(gè)需要層厚的陶瓷層，該陶瓷層優(yōu)選包括堇青石或富鋁紅柱石，還可包括鎂或它們的混合物。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在粘結(jié)層與絕緣層之間施加一個(gè)熱噴涂導(dǎo)電中間層，該中間層優(yōu)選接地。
如上所述，對絕緣層的擊穿電阻的要求降低了，如果中間層接地并與一個(gè)用于在擊穿的情況下閉合的安全開關(guān)相連接，就會(huì)使擊穿電阻減小到約1,500伏。優(yōu)選的，該中間層包括導(dǎo)電陶瓷或金屬陶瓷。該導(dǎo)電陶瓷可通過例如熱噴涂TiO2而產(chǎn)生，因?yàn)樵跓釃娡窟^程中，發(fā)生高氧損失從而使得該材料變得導(dǎo)電。因此其單位體積導(dǎo)電率在室溫下在約103Ωcm到約5×102Ωcm之間。
當(dāng)采用金屬陶瓷形成導(dǎo)電中間層時(shí)，這自然會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的導(dǎo)電率，因此可實(shí)現(xiàn)安全接地。通過在粘結(jié)層上施加一個(gè)金屬陶瓷層，解決了在玻璃陶瓷層上的粘結(jié)問題。適當(dāng)?shù)奶沾山饘侔ㄦ?鉻/鈷合金金屬基體，其中例如碳化鎢或碳化鉻的碳化物微粒散布在基體中。
盡管這種陶瓷層的熱膨脹系數(shù)在約4×10-6K-1到11×10-6K-1之間的范圍，因此略高于氧化鋁，但其仍低于普通金屬的膨脹系數(shù)。
這些優(yōu)點(diǎn)還來源于與現(xiàn)有技術(shù)的比較，現(xiàn)有技術(shù)采用金屬層作為導(dǎo)電中間層。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，通過熱噴涂，特別是激光噴涂產(chǎn)生熱導(dǎo)體層。
因此，可避免利用本領(lǐng)域中已知的通過絲網(wǎng)印刷工藝來產(chǎn)生熱導(dǎo)體層所引起的問題。即，通過絲網(wǎng)印刷工藝產(chǎn)生的熱導(dǎo)體層在金屬導(dǎo)體中具有玻璃部分，該玻璃部分通常占5％以上，從而使得在層焙燒期間產(chǎn)生較低的流溫度。在低溫下融化的混合糊狀物中的玻璃焊劑確保在500到850℃之間的焙燒溫度下產(chǎn)生致密的導(dǎo)體層。但是，玻璃粉部分使金屬導(dǎo)電部分減少。具有強(qiáng)化的玻璃部分的導(dǎo)體軌道的部分段是具有較高電阻的區(qū)域，因此電流可能會(huì)導(dǎo)致過熱或材料擊穿的產(chǎn)生。
這些缺點(diǎn)都可通過熱噴涂熱導(dǎo)體避免。熱導(dǎo)體必要的結(jié)構(gòu)由掩模工藝產(chǎn)生。
特別適合的是激光噴涂工藝，因?yàn)樵摴に囋诋a(chǎn)生軌道形狀的涂層方面特別有利。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在不采用粘結(jié)層的情況下，該實(shí)施例本身也具備專利性，烹飪板在其與熱導(dǎo)體層相對的下表面上具有環(huán)形凹槽，該凹槽在鄰近噴涂到烹飪板上的層的邊緣區(qū)域延伸。
通過這種方式，可大大減小特別是出現(xiàn)在噴涂于烹飪板上的絕緣層的邊緣區(qū)域的應(yīng)力。因此，也避免了在該區(qū)域中脫層的危險(xiǎn)。因此，即使不采用粘結(jié)層也可以噴涂較厚的層。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，各層占據(jù)的面積朝向熱導(dǎo)體層逐漸減小。同樣，通過這種方式，避免了各層在邊緣區(qū)域脫層的危險(xiǎn)。
可以理解，本發(fā)明的上述和以下特點(diǎn)不局限于給定的組合，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(dú)使用。


從以下參照附圖對優(yōu)選實(shí)施例的描述中，可很容易理解本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的陶瓷爐灶面的橫截面視圖；及圖2示出相對圖1修改了的陶瓷爐灶面的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷爐灶面以標(biāo)號(hào)10總體標(biāo)出。其包括一個(gè)扁平烹飪板12，該烹飪板優(yōu)選由玻璃陶瓷、例如Schott的CERAN玻璃陶瓷制成。
可以理解，這種畫法僅僅是示例性質(zhì)的，特別的，尺寸關(guān)系并不是按比例畫出的。
該烹飪板用于支承烹飪用具。在烹飪板12的下表面，在幾個(gè)區(qū)域形生烹飪區(qū)域。為家用目的，這里在陶瓷爐灶面上一般設(shè)置四個(gè)或五個(gè)烹飪區(qū)域。但是，在圖1和圖2中，分別僅示出一個(gè)烹飪區(qū)域。
在烹飪板12的下側(cè)上，至少在在其上將施加絕緣層和熱導(dǎo)體層的區(qū)域上，通過熱噴涂、優(yōu)選通過大氣等離子噴涂(APS)，而施加一粘結(jié)層14。
優(yōu)選的，粘結(jié)層14的施加僅限于烹飪區(qū)域，以便將總應(yīng)力盡可能保持在最低。
該粘結(jié)層14優(yōu)選由氧化鋁、氧化鈦或二者的混合物構(gòu)成。特別的，氧化鋁和具有少量氧化鈦的氧化鋁與氧化鈦的混合物能提供粘接到玻璃陶瓷表面上的特別好的粘合性，并具有非常好的化學(xué)相容性，所述混合物例如包括百分之97重量百分比的Al2O3和百分之3重量百分比的TiO2。粘結(jié)層14以約10到150微米之間的層厚施加，層厚優(yōu)選在約40到70微米之間，例如約50微米?，F(xiàn)在，在該粘結(jié)層14上，通過熱噴涂以需要的層厚施加優(yōu)選包括堇青石(2MgO·2Al2O3)或富鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2)的絕緣層16，從而確保在450℃的操作溫度下，理想的擊穿電阻為3,750伏。在采用堇青石和富鋁紅柱石的情況下，層厚優(yōu)選約500微米，優(yōu)選約200到400微米。
在玻璃陶瓷表面上直接施加堇青石和富鋁紅柱石是不可能的，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致在玻璃陶瓷表面上以微裂紋等形式的損壞。
在熱噴涂之前，不象通常那樣對玻璃陶瓷進(jìn)行噴砂預(yù)處理，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致烹飪板12表面的破壞。相反，僅對烹飪板12的表面進(jìn)行清潔，例如用丙酮去油污。
然后，通過熱噴涂將一個(gè)電熱導(dǎo)體層18施加到絕緣層16的下表面上，其中電熱導(dǎo)體層18的必要結(jié)構(gòu)受掩模工藝的影響，該工藝本身在本領(lǐng)域中是熟知的。例如，通過這種方式可產(chǎn)生蜿蜒形狀的纏繞熱導(dǎo)體20。
這里，熱噴涂的優(yōu)選方法為激光噴涂，因?yàn)檫@種方法可特別地實(shí)現(xiàn)一種有利的軌道形狀涂層。
對該陶瓷爐灶面的修改見圖2，并用標(biāo)號(hào)10’總體指出。
與圖1的實(shí)施例相比，不同處在于粘結(jié)層14不是直接施加到絕緣層16上的，相反，首先施加一個(gè)導(dǎo)電中間層22，在該層上再施加絕緣層16’。
如圖2所示，通過與地24連接，將該導(dǎo)電中間層22接地。在發(fā)生熱導(dǎo)體20被擊穿到烹飪板12的情況下，觸發(fā)本領(lǐng)域所熟知但未示出的開關(guān)。
再次，如前所述，熱導(dǎo)體層18施加到絕緣層16’的下側(cè)上。
該導(dǎo)電中間層22優(yōu)選包括金屬陶瓷，例如基于鎳/鉻/鈷的合金，在金屬陶瓷中散布有碳化物微粒，例如碳化鎢和碳化鉻。與普通金屬相比，例如采用碳化物內(nèi)含物的金屬陶瓷具有較低的熱膨脹系數(shù)，這會(huì)減輕熱應(yīng)力產(chǎn)生的問題。
或者，如果可達(dá)到足夠高的導(dǎo)電率，除了金屬陶瓷，導(dǎo)電陶瓷也可用于這種中間層。例如，可采用TiO2噴涂層，因?yàn)樵跓釃娡科陂g，TiO2以使其變得能導(dǎo)電的形式失去氧。但是，通過這種方式得到的TiO2-x的導(dǎo)電率(單位體積導(dǎo)電率)在103Ωcm到5×102Ωcm之間(室溫下)，這與金屬的導(dǎo)電率相比仍是相當(dāng)?shù)偷摹?br> 圖1中各層14、16或圖2中各層14、22、16’占據(jù)的表面積朝向熱導(dǎo)體層20分別逐漸減小。而且各層逐漸變?yōu)殄F形，即，它們朝向位于其下面的相應(yīng)層逐漸收縮。
這些措施用于防止各層在邊緣區(qū)域脫層。
另外，圖2示出一種可能性，其可部分地減小產(chǎn)生于各層邊緣區(qū)域的較大應(yīng)力。
為此，在烹飪板12的下側(cè)上設(shè)置一個(gè)環(huán)形形狀凹槽26，該凹槽以環(huán)形的方式包圍粘結(jié)層14的邊緣區(qū)域。該凹槽可分別將傳遞到烹飪板12與粘結(jié)層14之間邊緣區(qū)域的應(yīng)力很好地吸收或分散。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷爐灶面，包括玻璃陶瓷或玻璃的烹飪板(12)、電熱導(dǎo)體層(20)，和烹飪板(12)與電熱導(dǎo)體層(20)之間的熱噴涂絕緣層(16；16’)，其特征在于該烹飪板(12)上設(shè)置有陶瓷材料的熱噴涂粘結(jié)層。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷爐灶面，其特征在于該粘結(jié)層(14)包括氧化鋁、氧化鈦或該二者的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷爐灶面，其特征在于該絕緣層(16；16’)包括堇青石、富鋁紅柱石或該二者的混合物。
4.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的陶瓷爐灶面，其特征在于粘結(jié)層(14)的層厚為約10到150微米，優(yōu)選約30到100微米，特別是約40到70微米。
5.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的陶瓷爐灶面，其特征在于粘結(jié)層(14)與絕緣層(16’)之間施加熱噴涂導(dǎo)電中間層(22)，優(yōu)選該導(dǎo)電中間層接地。
6.如權(quán)利要求5所述的陶瓷爐灶面，其特征在于該中間層(22)包括導(dǎo)電陶瓷或金屬陶瓷。
7.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的陶瓷爐灶面，其特征在于，通過熱噴涂，特別是通過激光噴涂形成該熱導(dǎo)體層(20)。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的陶瓷爐灶面，其特征在于各層(14，16；14，22，16’)占據(jù)的面積朝向熱導(dǎo)體層(20)逐漸減小。
9.一種陶瓷爐灶面，包括玻璃陶瓷或玻璃的烹飪板(12)、電熱導(dǎo)體層(20)，和烹飪板(12)與電熱導(dǎo)體層(20)之間的熱噴涂絕緣層(16；16’)，特別的，包括根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的各層，其特征在于，在該烹飪板(12)面對熱導(dǎo)體層(20)的一側(cè)上包括環(huán)形封閉凹槽(26)，所述凹槽鄰近噴涂在烹飪板(12)上的層(14)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(10)，其包括玻璃陶瓷或玻璃的加熱板(12)、電熱導(dǎo)體層(20)和加熱板(12)與熱導(dǎo)體層(20)之間的熱噴涂絕緣層(16)。可包括例如Al
文檔編號(hào)H05B3/68GK1494817SQ02806000
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