专利名称：陶瓷炉灶面的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷炉灶面，包括玻璃陶瓷或玻璃制成的烹饪板、电热导体层，烹饪板与热导体层之间的绝缘层，以及烹饪板与绝缘层之间的导电中间层。
背景技术：
这种陶瓷炉灶面可从DE 31 05 065 C2和US 6,037,572中得知。
根据DE 31 05 065 C2的烹饪板包括玻璃陶瓷，其底侧例如通过喷涂操作施加有金属层，该金属层上同样通过喷涂操作施加有另一陶瓷绝缘层，最后在该陶瓷绝缘层上通过喷涂操作沉淀或施加一个热导体元件。
已知用于炉灶面的玻璃陶瓷具有NTC特性，即，随着温度的升高，导电性也大大提高。因此，为避免金属锅或烹饪板表面分别与热导体之间产生电流，必须有一个电绝缘层以便操作这样的烹饪系统。为确保必要的安全需要，该系统的电击穿电阻必须为3,750伏。
由于这种陶瓷炉灶面的操作温度必须设计为高达约600℃，因此主要问题会由于所施加材料的热膨胀系数之间的差异而产生。由于玻璃陶瓷，例如Schott的商标为CERAN的玻璃陶瓷，其热膨胀系数在±0.15×10-6K-1的范围内，因此陶瓷材料的热膨胀系数是相当低的。这样，例如，Al2O3的热膨胀系数为约8×10-6K-1。比照而言，金属的热膨胀系数是相当高的。
此外，已知热喷涂是一种用于单层的施加工艺，因为通过这种工艺可相对经济地施加各种材料。由于速度和温度较高，因此通常可获得足够的粘结性。
但是，如果必须施加层厚大于100微米的层，则通常会产生相当大的粘结问题，特别是由于玻璃陶瓷与其它层之间的热膨胀系数之间的差异所导致产生的问题。因此，例如具有必要的击穿电阻的氧化铝层的厚度在几百微米之间的范围，该氧化铝层可通过热喷涂简单地施加，但是在操作期间通常产生碎片，或者层会剥落，这是因为在操作期间快速的温度循环会产生相当大的热应力。
如从DE 31 05 065 C2或US 6,037,572中可知，在绝缘层与烹饪板之间应用一个接地的导电层，则对击穿电阻的要求就会降低。在这样的例子中，对于陶瓷绝缘层来说，1,500伏的击穿电阻足够确保根据VDE的必要的操作安全。
通过这种方式，陶瓷绝缘层的厚度可大大减小，从而可减轻由于热膨胀之间的差异而产生的问题。
另一方面，根据DE 31 05 065 C2或US 6,037,572，采用金属中间层具有向该复合层中引入附加层的缺陷，其也具有显著高于烹饪板的热膨胀系数，因此整个系统的稳定性会受到不利影响。
发明内容
因此，本发明的一个目的是公开一种如在开头所述的陶瓷炉灶面，其具有改进的操作安全性，并同时确保在恶劣的日常操作中具有良好的长期稳定性。
根据本发明，该目的是通过一种在开头提到的陶瓷炉灶面实现的，其中将中间层设计为包括导电陶瓷或金属陶瓷的热喷涂层。
本发明的目的可通过这种方式完全实现。
通过将中间层设计为导电陶瓷，因为适当的陶瓷材料的热膨胀系数远远低于金属的膨胀系数，可极大地改善中间层的热膨胀系数与烹饪板的热膨胀系数之间的匹配，后者的热膨胀系数几乎为零。而且，当采用金属陶瓷层时，由于散布在金属基体中的陶瓷部分，因而产生的热膨胀较小，从而减小热应力。
当采用金属陶瓷层时，可获得特别好的导电性，但当采用导电陶瓷时，必须接受略微减小的导电性。但是，利用导电陶瓷作为中间层会提供额外的优势，即在材料选择方面，陶瓷可与烹饪板的玻璃陶瓷很好地匹配，其中通过特别的材料选择，可在操作中获得特别好的粘结性和特别低的热应力。
根据本发明的一个优选实施例，将中间层设计为氧化物层，其通过在热喷涂期间失去氧而变得导电。
此处，中间层可特别地由下列材料制成TiO2；Al2O3与TiO2混合物，其中添加有至少50％重量百分比，优选至少90％重量百分比的TiO2；ZrO2；Al2O3与ZrO2混合物，其中添加有至少50％重量百分比，优选至少90％重量百分比的ZrO2；TiO2与ZrO2混合物；或Al2O3与TiO2和ZrO2的混合物，其中TiO2和ZrO2部分至少占50％重量百分比，优选至少占90％重量百分比。
由TiO2-x、ZrO2-x或Al2O3与TiO2-x和/或ZrO2-x的混合物制成的这些中间层提供对玻璃陶瓷表面很好的粘结性。通过热喷涂，氧部分减少，以至使这种材料导电。
因此，例如对于x≤0.1的TiO2-x，可产生约103Ohms×cm直到约5×102Ohms×cm的单位体积导电率(室温下)。特别的，由于TiO2-x相对较小的热膨胀，以及TiO2-x对玻璃陶瓷特别好的亲和性，因此TiO2-x适于做导电中间层。
但是，除此以外，其它提及的材料也可被简单地应用，其中其它化学性质相似的氧化物，在热喷涂期间会充分失去高氧，从而获得足够高的导电性。
如前文所述，该中间层也可由包括金属基体的金属陶瓷制成。此处，该金属基体优选包括以下成分中的至少一种镍、钴和铬。
根据本实施例的一个有利发展，该中间层由具有金属基体的金属陶瓷制成，为主要成分为镍、钴和铬的合金。
此处，如碳化钨、碳化铬等的碳化物微粒可散布在该金属基体中。
通过这样的金属陶瓷，中间层可获得良好的导电性，同时，与纯金属基体相比，由于含有陶瓷成分，其热膨胀系数减小。相应的金属基体还提供对玻璃陶瓷表面的很好粘结性，由于加强的塑性，其适于吸收一定程度的、可能在操作期间出现的热应力或减小该热应力。
根据本发明进一步发展，在导电中间层与烹饪板之间设置一个陶瓷粘结层。
该粘结层优选包括氧化铝、氧化钛或二者的混合物，优选通过热喷涂施加。
特别的，当采用金属陶瓷材料作为中间层时，该粘结层会进一步改善对玻璃陶瓷表面的粘结性，因此可获得非常稳定的层复合物，该层复合物具有非常好的温度容限和温度循环容限。
施加到中间层上的绝缘层可包括例如堇青石或富铝红柱石，并优选通过热喷涂施加。
采用这些陶瓷材料制造绝缘层可提供热膨胀系数相对较低的优点，对于富铝红柱石来说，热膨胀系数为约4.3到5.0×10-6K-1之间，对于堇青石来说，热膨胀系数为约2.2到2.4×10-6K-1之间。由于热膨胀系数较低，玻璃陶瓷制成的烹饪板仅产生较小的张力。
基本上，当然也可采用其它陶瓷材料来制造陶瓷绝缘层，例如Al2O3，但是，对于前文提到的材料，其具有特别好的优点热膨胀系数较低，同时具有足够高的击穿电阻。
可以理解，本发明的上述和以下特点不局限于给定的组合，而在没有离开本发明范围的情况下，本发明也适用于其他组合或单独使用。
从以下参考附图对优选实施例的描述中，可很容易理解本发明的其它特点和优点。附图中图1示出根据本发明第一实施例的陶瓷炉灶面炉灶面的横截面视图；及图2示出相对图1稍作修改的根据本发明的陶瓷炉灶面的横截面视图。
具体实施例方式
图1是以横截面示出的根据本发明的陶瓷炉灶面，并用标号10总体指出。
可以理解，这种画法仅仅是示例性质的，特别的，尺寸关系并不是按比例画出的。
该陶瓷炉灶面包括例如Ceran的玻璃陶瓷烹饪板12。该烹饪板12用于支承烹饪器具。在烹饪板12的下表面，在几个区域上形成烹饪区域。此处，为家用的目的，通常在陶瓷炉灶面上设置四个或可能五个烹饪区域。在图1和2中，分别仅示出一个烹饪区域。在烹饪板12的下表面，通过热喷涂施加有中间层。该层可通过例如大气等离子喷涂(APS)形成，具有50到250微米的层厚。相应的层优选仅在相应的烹饪区域形成，以便使总体应力保持在最低。
在热喷涂之前，将玻璃陶瓷进行清洁，例如用丙酮去油污。在本例中不进行在现有技术喷涂操作中通常进行的喷砂预处理，因为这种预处理会导致玻璃陶瓷的破坏。
在生成中间层14后，同样通过大气等离子喷涂施加一个优选包括堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)或富铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)的绝缘层16。
绝缘层16的厚度取决于所需的击穿电阻并取决于所采用的材料，该层厚在约100到500微米之间，优选在150到300微米之间。
然后，在绝缘层上施加一个热导体层18，该层可呈现蜿蜒形状的热导体20的形式。热导体20可通过本领域熟知的丝网印刷工艺施加，其中通过施加通常占据大于5％的玻璃部分，可降低层焙烧期间的流温度，这样可获得约500到850℃之间的焙烧温度，从而产生致密精细的导体层。
或者，热导体中间层18也可通过热喷涂制造。为此，初始时，用本领域熟知的掩模工艺将不必涂覆的部分进行遮蔽，然后，通过热喷涂向暴露的部分涂覆热导体材料。
之前遮蔽的部分可随后去掉，因此产生一个卷绕的热导体20，热导体的各个热导体轨迹相互隔离开。
通过热喷涂TiO2而施加的中间层14，由于氧化钛在热喷涂期间损失高氧而变得导电。此处，得到约103Ohms×cm直到约5×102Ohms×cm的单位体积导电率(室温下)。如在图1中所示，通过与地22相连接，这对于将中间层14有效接地是足够的。因此，绝缘层16的必要击穿电阻减小到约1,500伏。在发生热导体20击穿到烹饪板12的情况中，触发本领域所熟知但未示出的安全开关。
对该陶瓷炉灶面的修改在图2中示出，并用标号10’总体指出。
同样，在由例如Ceran的玻璃陶瓷制成的烹饪板12的下侧施加一个导电中间层14’。但是，该导电中间层14’为金属陶瓷层，并被喷涂到烹饪板12上的粘结层24所隔开。
该粘结层24优选包括Al2O3或Al2O3与TiO2的混合物，例如97重量百分比的Al2O3和3％重量百分比的TiO2。粘结层24以约10到150微米的层厚进行热喷涂，优选通过大气等离子喷涂。优选层厚在约30到100微米的范围之间。然后，在粘结层24上，喷涂一个包括镍/钴/铬合金的金属陶瓷层，该合金中包括散布在其中的碳化物微粒(碳化钨、碳化铬等)。该中间层14’以约50到250微米、优选约50到100微米的层厚产生。然后，绝缘层16和热导体层18施加于其上，如前文参照图1所述。
如可从图1和2中看到的，各层相互叠加，并在边缘区域径向逐渐变小，因此相应地渐渐接近于位于下面的相应的层上。而且各层的总面积沿朝向热导体层的方向逐渐减小。同样通过这种方式，在各层的边缘区域可达到有利的应力特性，这可防止各层发生脱层。
另外，如图1所示，一个环形凹槽26以环形方式在中间层14的边缘区域将其围绕。
由于这个小的凹槽，可能出现在烹饪板12与中间层14之间的应力被吸收并减小到一定程度。
权利要求
1.一种陶瓷炉灶面，包括玻璃陶瓷或玻璃制成的烹饪板(12)、电热导体层(18)、烹饪板(12)与热导体层(18)之间的绝缘层(16)，和烹饪板(12)与绝缘层(16)之间的导电中间层(14)，其特征在于，该中间层(14)是热喷涂层，包括导电陶瓷或金属陶瓷。
2.如权利要求1所述的陶瓷炉灶面，其特征在于该中间层(14)是氧化物层，该氧化物通过在热喷涂期间失去氧而导电。
3.如权利要求2所述的陶瓷炉灶面，其特征在于中间层(14)由下列材料制成TiO2；TiO2和Al2O3混合物，其中TiO2至少占50％重量百分比、优选至少占90％重量百分比；ZrO2；ZrO2和Al2O3混合物，其中ZrO2至少占50％重量百分比、优选至少占90％重量百分比；TiO2与ZrO2的混合物；或Al2O3与TiO2和ZrO2的混合物，其中TiO2和ZrO2部分至少占50％重量百分比，优选TiO2和ZrO2至少占90％重量百分比。
4.如权利要求1所述的陶瓷炉灶面，其特征在于该中间层(14)由具有金属基体的金属陶瓷制成，该金属基体包括以下成分中的至少一种镍、钴和铬。
5.如权利要求4所述的陶瓷炉灶面，其特征在于该中间层(14)由具有金属基体的金属陶瓷制成，该金属基体是主要成分为镍、钴和铬的合金。
6.如权利要求4或5所述的陶瓷炉灶面，其特征在于如碳化钨、碳化铬等的碳化物微粒散布在该金属基体中。
7.根据前述任一权利要求所述的陶瓷炉灶面，其特征在于陶瓷粘结层(24)设置在导电中间层(14’)与烹饪板之间。
8.如权利要求7所述的陶瓷炉灶面，其特征在于粘结层(24)是热喷涂的氧化铝、氧化钛或该二者混合物。
9.根据前述任一项权利要求所述的陶瓷炉灶面，其特征在于绝缘层(16)包括堇青石或富铝红柱石，并优选通过热喷涂施加。
全文摘要
本发明涉及一种陶瓷炉灶面，包括由玻璃陶瓷或玻璃制成的烹饪板(12)。该陶瓷炉灶面还包括一个电热导体层(18)、位于烹饪板(12)与热导体层(18)之间的绝缘层(16)，以及导电中间层(14)，该导电中间层位于烹饪板(12)与绝缘层(16)之间。中间层(14)为火焰喷涂层，包括导电陶瓷材料，优选包括通过在火焰喷涂期间损失氧而导电的氧化物层，或包括金属陶瓷。
文档编号H05B3/74GK1494816SQ02805999
公开日2004年5月5日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年3月6日
发明者雷内·加多, 安德烈亚斯·基林格, 克里斯蒂安·弗里德里希, 李传飞, 卡斯滕·韦姆特, 韦姆特, 亚斯 基林格, 蒂安 弗里德里希, 雷内 加多 申请人:肖特玻璃公司