CN105611660A

CN105611660A - 制备电感应加热元件的方法

Info

Publication number: CN105611660A
Application number: CN201510701608.1A
Authority: CN
Inventors: K·迪茨; 许国华; 陈炜
Original assignee: Heraeus Materials Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2016-05-25

Abstract

本发明涉及一种制备电感应加热元件的方法。特别地，本发明涉及一种方法、一种设备及其用途。本发明涉及一种制备敷金属容器的方法，其包括如下步骤：a.提供具有表面的电绝缘性容器，其中所述容器具有内部和外部，其中内部能容纳液体；b.提供包含银化合物的固体膜；c.将所述膜叠合在容器表面上，从而获得前体；d.加热所述前体，从而获得敷金属的容器。

Description

制备电感应加热元件的方法

发明领域

本发明涉及一种制备电感应加热元件的方法。特别地，本发明涉及一种方法、一种设备及其用途。

发明背景

电感应加热器为常规加热器如烘箱、煤气炉和常规电炉的有吸引力的替代物。电感应加热器提供了数种相对于其他类型加热器的优点。首先，由于热能在目标容器内直接产生，可提高能量效率。其次，由于可降低从热炉表面燃烧的风险，可提高安全性。

感应加热元件通常通过将感应元件施加至蒸煮容器而制造。方法是已知的，但现有技术存在许多缺点，特别是就要求昂贵的印刷和焙烧设备以及高能量费用而言。

发明简述

一般而言，本发明基于克服与感应加热器有关的现有技术中所遇到的至少一个问题的目的。

更具体地，本发明进一步基于如下目的：提供在容器上制备敷金属(metallisation)的改进方法。

本发明的一个目的是提供一种便利的敷金属方法，其具有更低的昂贵机械，特别是印刷设备需求，以及降低的熟练工人要求。

对实现至少一个上述目的的贡献由构成本发明权利要求的主题类别作出。其他贡献由代表本发明具体实施方案的本发明从属权利要求的主题作出。

详细描述

对实现至少一个上述目的的贡献由本发明的如下实施方案作出。

|1|一种制备敷金属容器的方法，其包括如下步骤：

a.提供具有表面的电绝缘性容器，其中所述容器具有内部和外部，其中内

部能容纳液体；

b.提供包含银化合物的固体膜；

c.将所述膜叠合在容器表面上，从而获得前体；

d.加热所述前体，从而获得敷金属的容器。

|2|根据实施方案|1|的方法，其中固体膜具有约40-约80℃，优选约45-约75℃，更优选约50-约70℃的熔点。在该实施方案的一个方面中，该熔点对应于固体膜的有机组分。在该实施方案的一个方面中，所述固体膜具有一个或多个其他熔点，其中的一个或多个优选对应于银化合物。

|3|根据实施方案|1|或|2|的方法，其中所述固体膜包含一种或多种脂族有机化合物，其中脂族有机化合物的总含量为约5-约50重量％，优选约10-约45重量％，更优选约15-约40重量％，基于所述膜的总重量。

|4|根据实施方案|3|的方法，其中所述脂族有机化合物为不具有杂原子的烃或者具有至少一个杂原子的烃，或者二者的组合。

|5|根据实施方案|4|的方法，其中所述不具有杂原子的烃具有大于约30，优选大于约50，更优选大于约80的碳原子数。

|6|根据实施方案|4|的方法，其中所述具有至少一个杂原子的烃的杂原子为选自如下组中的一种或多种：O、S、N和P；优选N或O；更优选O。

|7|根据实施方案|4|或|6|的方法，其中所述具有至少一个杂原子的烃为选自如下组中的一种或多种：醇、酯和羧酸；优选醇或羧酸；更优选醇。

|8|根据实施方案|4|、|6|或|7|的方法，其中所述具有至少一个杂原子的烃具有约5-约30，优选约8-约26，更优选约12-约22的碳原子数。

|9|根据实施方案|3|-|8|中任一项的方法，其包含至少2种就其碳原子数而言不同的脂族有机化合物。在该实施方案的一个方面中，所述固体膜包含具有高斯分布的碳原子的脂族化合物，其中优选具有约12-约25，更优选约15-约20，最优选约16-约18的分布最大值。

|10|根据前述实施方案中任一项的方法，其中所述银化合物为选自如下组中的一种或多种：碳酸银、硝酸银、氧化银和银有机化合物；优选选自碳酸银和氧化银中的一种或两种；更优选氧化银。

|11|根据实施方案|10|的方法，其中所述银有机化合物为一种或多种树脂酸银。

|12|根据前述实施方案中任一项的方法，其中所述银化合物为约50-约95重量％，优选约60-约90重量％，更优选约70-约85重量％，基于银原子的重量和所述膜的总重量。

|13|根据前述实施方案中任一项的方法，其中所述膜进一步包含约0.2-约10重量％，优选约0.5-约5重量％，更优选约1-约3.5重量％的玻璃，基于所述膜的总重量。

|14|根据前述实施方案中任一项的方法，其中所述膜不含大于约1重量％，优选不大于约0.3重量％，更优选不大于约0.1重量％的元素银。

|15|根据前述实施方案中任一项的方法，其中加热步骤中的温度为约400-约1300℃，优选约500-约1100℃，更优选约550-约900℃。

|16|根据前述实施方案中任一项的方法，其中所述容器包含无机氧化物。在该实施方案的一个方面中，基材为选自如下组中的一种或多种：玻璃、瓷器和陶瓷。

|17|根据前述实施方案中任一项的方法，包括其中将所述膜尺寸减小为图案的另一步骤。

|18|一种可通过根据前述实施方案中任一项的方法获得的设备。

|19|根据实施方案|18|的设备，其中所述设备包含含银感应加热元件。

|20|根据实施方案|19|的设备，进一步包含叠合在含银加热元件上的玻璃层。在该实施方案的一个方面中，所述玻璃层具有小于约3mm，优选小于约2mm，更优选小于约1.5mm的厚度。

|21|根据实施方案|20|的设备在通过施加电磁场而加热物品中的用途。

固体膜

就本发明而言，优选的固体膜包含一种或多种银化合物。固体膜优选适于施加至基材上，从而形成敷金属，优选在具有提高的能量效率、降低的设备依赖性和提高的便利性和/或速度的方法中。

就本发明而言，固体膜优选具有薄片形状，优选具有约0.01mm至约1cm，优选约0.1-约8mm，更优选约0.2-约4mm的厚度。

在一个实施方案中，优选固体膜具有比与其垂直的层状复合体的最小空间延度小至少10倍，更优选至少50倍，最优选至少100倍的厚度。

所述膜优选为固体，优选为非脆性固体。所述膜优选为柔性的，且可压制成凹面、角和边缘。所述膜可优选卷成直径小至20cm，优选小至10cm，更优选小至0.5cm的圆柱体，而不非可逆地破坏该膜的形状，优选不将该膜部分或完全撕裂和/或将该膜分成两片或更多片。可优选将所述膜切割成图案。

在本发明的一个实施方案中，所述膜可通过干燥糊而获得，优选通过在约30-约200℃的温度下，更优选在约40-约150℃的温度下，最优选在约50-约130℃的温度下加热而获得。

在一个实施方案中，所述固体膜为均匀的，优选小至微观尺度。所述固体膜优选不为层状复合体。所述固体膜优选不具有颗粒结构。所述固体膜优选不具有直径大于10μm的颗粒，进一步更优选不具有直径大于1μm的颗粒，最优选不具有直径大于0.1μm的颗粒。

根据本发明，优选所述银化合物包含在有机固体基体中，优选所述银化合物以微观单元形式存在，优选具有小于约1μm，更优选小于约500nm，最优选小于约50nm的直径。

就本发明而言，对优选的有机固体基体进行选择以提供本发明所优选的熔点，且允许银化合物微观分散在本发明的基体中。

有机固体基体的优选成分为选自如下组中的一种或多种：脂族化合物、芳族化合物、环状化合物，优选脂族化合物。

优选的脂族化合物为选自如下组中的一种或多种：烷烃、烯烃、醇、羧酸、羧酸盐和酯，优选羧酸、醇或酯，更优选醇。

优选的醇为选自如下组中的一种或多种：C₆H₁₃OH、C₇H₁₅OH、C₈H₁₇OH、C₉H₁₉OH、C₁₀H₂₁OH、C₁₁H₂₃OH、C₁₂H₂₅OH、C₁₃H₂₇OH、C₁₄H₂₉OH、C₁₅H₃₁OH、C₁₆H₃₃OH、C₁₇H₃₅OH、C₁₈H₃₇OH、C₁₉H₃₉OH、C₂₀H₄₁OH、C₂₁H₄₃OH、C₂₂H₄₅OH、C₂₃H₄₇OH、C₂₄H₄₉OH和C₂₅H₅₁OH。

在本发明的一个优选实施方案中，所述有机基体包含脂族有机化合物，优选具有高斯分布的碳原子数的脂族醇，所述分布优选具有约5-约25个，更优选约10-约20个，最优选约12-约18个碳原子的最大值。

银化合物

本发明的银化合物优选在焙烧后获得导电敷金属。优选的银化合物可包含离子性、共价性或混合离子-共价性键合的银；优选主要或完全为离子性键合的。

就本发明而言，优选的银化合物选自如下组：无机银化合物或有机银化合物，或二者的组合；优选无机银化合物。优选的无机银化合物为选自如下组中的一种或多种：碳酸银、氧化银和硝酸银或其组合；优选碳酸银或氧化银；更优选碳酸银。优选的有机银化合物包含选自如下组中的一种或多种：烷氧基结构部分或羧酸根结构部分；优选羧酸根结构部分。优选的羧酸根结构部分为脂肪酸的阴离子，优选一种或多种选自如下组的酸的阴离子：C₉H₁₉COOH(癸酸)、C₁₁H₂₃COOH(月桂酸)、C₁₃H₂₇COOH(肉豆蔻酸)、C₁₅H₃₁COOH(棕榈酸)、C₁₇H₃₅COOH(硬脂酸)、C₁₈H₃₄O₂(油酸)、C₁₈H₃₂O₂(亚油酸)或其组合。

在一个实施方案中，所述有机银化合物具有如下通式：

Ag(O(CO)R)_x

其中：

R为烷基，其中分子中的R可彼此相同或不同；

x为非零正整数，优选为1或2，更优选为1。

制备固体膜

本领域技术人员可以以其认为适于实现本发明目的的任何方式制备固体膜。优选所述膜通过干燥糊而获得，优选通过在约30-约200℃的温度下，更优选在约40-约150℃，最优选约50-约130℃的温度下加热而获得。

制备敷金属的基材

对实现至少一个本发明目的的贡献由一种制备敷金属基材的方法作出，其包括如下步骤：

a.提供具有表面的电绝缘性容器，其中所述容器具有内部和外部，其中内部能容纳液体；

b.提供包含银化合物的固体膜；

c.将所述膜叠合在容器表面上，从而获得前体；

d.加热所述前体，从而获得敷金属的容器。

步骤d中的加热优选在约400-约1300℃，更优选约500-约1100℃，最优选约600-约1000℃的温度下进行。加热优选在超过银化合物的分解温度的温度下进行。

优选将所述固体膜施加至容器的外部。

在一个实施方案中，所述制备敷金属基材的方法包括如下步骤：其中在叠合至基材上之前，将所述固体膜的尺寸减小，优选切割成图案。在该实施方案的一个方面中，回收获自尺寸减小步骤的切下物并用于制备另一固体膜。

成套包装

本发明的优选成套包装包含：

a)本发明的固体膜；

b)保护层。

在本发明的一个实施方案中，将所述固体膜或保护层或二者叠合在载体层上，优选纸或塑料的载体层上。在该实施方案的一个方面中，在载体层和叠合的层之间存在隔离层，优选其材料可溶于水中或者具有约30-约90℃，优选约35-约85℃，最优选约40-约80℃的熔点，或者二者。

在另一实施方案中，所述固体膜层和保护层存在于一个层状复合体中，优选被隔离层隔开。在该实施方案的一个方面中，所述隔离层还起载体层的作用。

本发明的优选复合体结构包含如下层：

a)固体膜；

b)隔离体，优选为纸或塑料，其优选在两面上涂覆有隔离材料如阿拉伯树胶；

c)保护层。

在一个实施方案中，所述成套包装呈一个或多个卷成卷的薄片形式。

优选所述固体膜在焙烧后获得敷金属。

优选所述保护层在焙烧后获得玻璃质保护层，从而优选为敷金属提供保护，优选提供厚度小于约5mm，更优选小于约3mm，最优选小于约2mm的玻璃质层。

对实现本发明目的的另一贡献由一种在基材上制备敷金属的方法作出，其中将玻璃质保护层，优选厚度小于约5mm，更优选小于约3mm，最优选小于约2mm的玻璃质层与基材相对地叠合在敷金属上。

在一个实施方案中，所述制备设备的方法包括如下步骤：

a)提供基材；

b)提供本发明的成套包装；

c)将固体膜叠合在基材表面上；

d)将保护层与基材相对地叠合在固体膜上；

e)加热基材和叠合的层，从而获得所述设备。

在一个实施方案中，所述制备设备的方法包括如下步骤：

a)提供基材；

b)提供本发明的成套包装；

c)将固体膜叠合在基材表面上；

d)加热基材和叠合的层；

e)将保护层与基材相对地叠合在固体膜上；

f)加热基材和叠合的层，从而获得所述设备。

基材

本发明的基材优选为容器，优选为适于容纳流体的容器。

优选的基材由适于准备食品，特别是加热食品的材料构成。

优选基材是电绝缘的，优选具有大于约10⁸Ω·m，更优选大于约10¹¹Ω·m，最优选大于约10¹²Ω·m的电阻率。

优选的基材材料为无机氧化物材料，优选包含一种或多种无机氧化物。优选的基材材料为选自如下组中的一种或多种：玻璃和陶瓷或其组合。优选的玻璃和陶瓷组合为瓷器。就此而言，优选的玻璃为硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。

在一个实施方案中，基材，优选玻璃基材包含或可由如下选自如下组的一种或多种氧化物制成：SiO₂、Na₂O、CaO、Al₂O₃、K₂O、SO₃、MgO、Fe₂O₃和TiO₂，或其组合。SiO₂优选以约50-约95重量％，更优选约60-约85重量％，最优选约65-约80重量％的范围存在；Na₂O优选以约1-约40重量％，更优选约2-约30重量％，最优选约3-约20重量％的范围存在；CaO优选以约1-约40重量％，更优选约2-约30重量％，最优选约3-约20重量％的范围存在；Al₂O₃优选以约0.1-约20重量％，更优选约0.2-约10重量％，最优选约0.3-约5重量％的范围存在；K₂O优选以约0.01-约20重量％，更优选约0.05-约10重量％，最优选约0.1-约5重量％的范围存在；SO₃优选以约0.01-约20重量％，更优选约0.05-约10重量％，最优选约0.1-约5重量％的范围存在；MgO优选以约0.01-约20重量％，更优选约0.05-约10重量％，最优选约0.1-约5重量％的范围存在；Fe₂O₃优选以约0.001-约5重量％，更优选约0.005-约1重量％，最优选约0.008-约0.1重量％的范围存在；且TiO₂优选以约0.001-约5重量％，更优选约0.005-约1重量％，最优选约0.008-约0.1重量％的范围存在。在每种情况下，重量％基于基材的总重量。

在一个实施方案中，基材材料为玻璃替代品或陶瓷替代品。

优选基材为容器，优选具有内部和外部，优选其中基材能在其内部容纳流体。敷金属可施加至容器的外部或内部，优选施加至外部。

就本发明而言，优选的容器选自如下组中的一种或多种：茶壶、大杯、玻璃、茶杯、碗、碟、烹饪锅、砂锅、煎锅、蒸锅、炒菜锅、浅锅和水罐。这些应各自视为本发明的优选实施方案。

附图说明

现在借助附图解释本发明，所述附图仅仅是出于阐述的目的，不应视为限制本发明的范围。简言之，

图1显示了使用本发明的固体膜对基材进行敷金属的方法。

图2显示了使用本发明的成套包装对基材进行敷金属的方法。

图1显示了使用本发明的固体膜102对基材101进行敷金属的方法。首先，将固体膜102施加至基材101上，从而获得前体。其次，将所述前体加热，从而获得具有敷金属103的基材101。

图2显示了使用本发明的成套包装对基材101进行敷金属的方法200。首先，将固体膜102叠合在基材101上。其次，将保护层201与基材101相对地叠合在固体膜102上，从而获得前体。第三，将所述前体加热，从而获得具有含玻璃质保护层202的敷金属103的基材101。

测试方法

组合物的元素组成

使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)来确定组合物中的金属Ag、Au、B、Bi、Ca、Cr、Cu、Ni、Ir、Pd、Pt、Rh、V、Zn、Zr、Si、Sn、Os和Ti含量。所用仪器为VarianVista-MPX(获自VarianInc.)和ICP专业软件(获自VarianInc.)。

标定通过如下方式进行：通过将具有已知金属含量的标准金属溶液与王水(浓HCl和HNO₃的3:1比例的混合物)混合而制备2个用于下列金属的标定试样。在下表中以mg/l给出了标定溶液的浓度。

样品测量：将0.10+/-0.02g试样与3mlHNO₃和9ml浓HCl混合，在Multiwave3000微波炉(获自AntonPaa)中在800-1200W下处理60分钟。将所得溶液添加至9ml50体积％的HCl溶液中并测量。

ICP仪器在下述条件下运行：

使用如下波长[nm]来计算金属含量：

Ag338.29；In303.94；Sn181.06520.91325.61189.93546.55；Ir254.40；Ti334.19；Au197.74263.97336.12242.79；Pd229.65；V292.40267.59340.46309.31；B208.96360.96；Zn206.20249.77；Pt203.65334.50；Bi223.06214.42；Zr343.82306.77217.47349.62；Ca396.85；Rh249.08422.67343.49；Cr205.56369.24283.56；Ru240.27；Cu224.70245.66324.75；Si251.61；Ni216.55288.16231.60；Os225.59和236.74。

摩擦

对摩擦测试而言，使用摩擦测试仪型号“PaynePinAbrasionTesterPPAT2”(获自AnderenLtd.，UK)。用棉花包裹直径为5mm的针，并使用100g载荷将该针压在表面上。记录首次出现可见划痕后的冲程次数。记录三个测量值并取平均值。

粘合性

使用带TESA4124(获自tesaBeiersdorf)测试粘合性，将其充分施加至基材上的金层平表面上。将该带紧紧摩擦和压在该层上，随后用手以相对于表面为90°的角度撕开。将取下的带置于白色纸片上，当不存在来自测试层且粘附在带上的可见颗粒时，则通过该测试。

洗碗机测试

洗碗机测试根据DINEN12875-1和DINEN12875-2进行。使用专业洗碗机MieleG7835CD(Miele，Guetersloh)和洗涤剂“finishclassic”(Rickett-Benckieser，Ladenburg)。在表3中，评分“+”表示在至少500个周期后通过该测试，而“-”表示在500个周期后未通过该测试。

实施例

现在借助实施例阐述本发明，所述实施例仅仅意欲阐述，而不应视为限制本发明的范围。

制备固体膜

如下所述制备第一层状复合体。提供包含银化合物且具有表1所给组成的糊。玻璃A为Pb-Si-B玻璃，其具有如下组成：PbO63.34重量％、SiO₂12.11重量％、B₂O₃15.11％、Na₂O1.2重量％、Al₂O₃1.23重量％、CdO7重量％。玻璃A具有约420℃的转变温度、约505℃的软化温度且90重量％的颗粒小于约15μm。使用VialkydAS533(获自Cytec)、十八烷-1-醇(LorolC18，获自BASF)、Thixatrol(获自SigmaAldrich)和BYK065(获自BYK)。在80℃下将1mm的糊层通过27T丝网印刷至聚四氟乙烯表面上。将所述糊层在120℃下在Heraeus干燥箱中干燥10分钟，从而获得固体膜。

表

制备保护层

提供具有表2所给组成的糊。玻璃B具有如下组成：47重量％Bi₂O₃、19.11重量％SiO₂、11.8重量％B₂O₃、9.17重量％TiO₂、5重量％Na₂O、3.52重量％ZrO₂、4.1重量％ZnO和0.3重量％Al₂O₃。在80℃下将1mm的糊层通过27T丝网印刷至聚四氟乙烯表面上。将所述糊层在120℃下在Heraeus干燥箱中干燥10分钟，从而获得固体膜。

表2：保护层的糊

成分	重量％
		玻璃B	40
十八烷-1-醇	60

制备敷金属

从固体膜上切下直径为3cm的圆形图案。从保护层上切下直径为3.5cm的圆。将固体膜叠合至由商购自DowCorning，Inc.USA的玻璃制成的硼硅酸盐玻璃碗的圆形底部上。将所述碗和膜在60分钟内由室温加热至580℃。保持该温度10分钟并经3-4小时的时间冷却至低于100℃，从而获得敷金属的碗。然后测试所述碗的耐磨性，加热速率和结果示于表3中。

表3

糊	耐磨性	加热速率	粘合性	洗碗机测试
					1	+	++	+	+
2	+	++	+	+
					3	+	++	+	+
4	-	-	-	-

-差+好++非常好

制备具有保护层的敷金属

重复在“制备敷金属”下所述的实施例。此外，将保护层对称地叠合在固体膜上。在焙烧后，获得显示出优异的茶感应加热的敷金属碗。

附图标记

100敷金属方法

101基材

102固体膜

103敷金属

200敷金属和保护方法

201保护层

202玻璃质层

Claims

1.一种制备敷金属容器的方法，其包括如下步骤：

b.提供包含银化合物的固体膜；

c.将所述膜叠合在容器表面上，从而获得前体；

d.加热所述前体，从而获得敷金属的容器。

2.根据权利要求1的方法，其中固体膜具有约40-约80℃的熔点。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述固体膜包含一种或多种脂族有机化合物，其中脂族有机化合物的总含量为约5-约50重量％，基于所述膜的总重量。

4.根据权利要求3的方法，其中所述脂族有机化合物为不具有杂原子的烃或者具有至少一个杂原子的烃，或者二者的组合。

5.根据权利要求4的方法，其中所述不具有杂原子的烃具有大于约30的碳原子数。

6.根据权利要求4的方法，其中所述具有至少一个杂原子的烃的杂原子为选自如下组中的一种或多种：O、S、N和P。

7.根据权利要求4或6的方法，其中所述具有至少一个杂原子的烃为选自如下组中的一种或多种：醇、酯和羧酸。

8.根据权利要求4、6或7的方法，其中所述具有至少一个杂原子的烃具有约5-约30的碳原子数。

9.根据权利要求3-8中任一项的方法，其包含至少2种就其碳原子数而言不同的脂族有机化合物。

10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述银化合物为选自如下组中的一种或多种：碳酸银、硝酸银、氧化银和银有机化合物。

11.根据权利要求10的方法，其中所述银有机化合物为一种或多种树脂酸银。

12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述银化合物为约50-约95重量％，基于银原子的重量和所述膜的总重量。

13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述膜进一步包含约0.2-约10重量％的玻璃，基于所述膜的总重量。

14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述膜不含大于约1重量％的元素银。

15.根据前述权利要求中任一项的方法，其中加热步骤中的温度为约400-约1300℃。

16.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述容器包含无机氧化物。

17.根据前述权利要求中任一项的方法，包括其中将所述膜尺寸减小为图案的另一步骤。

18.一种可通过根据前述权利要求中任一项的方法获得的设备。

19.根据权利要求18的设备，其中所述设备包含含银感应加热元件。

20.根据权利要求19的设备，进一步包含叠合在含银加热元件上的玻璃层。

21.根据权利要求20的设备在通过施加电磁场而加热物品中的用途。