CN1494815A - 陶瓷炉灶面 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷炉灶面，其包括玻璃陶瓷或玻璃制成的加热板(12)、电热元件层(22)和加热板(12)与加热元件层(22)之间的绝缘层(14)。该绝缘层(14)包括多个单个层(16、18、20)，这些单个层的特征在于，其朝向加热元件层(22)的空隙率逐渐减小。

Description

陶瓷炉灶面

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、电热导体层和烹饪板与热导体层之间的隔绝层。

背景技术

这种陶瓷炉灶面的例子可参见DE 31 05 065 C2或US 6,037,572。

这种已知陶瓷炉灶面包括玻璃陶瓷烹饪板，一个接地金属层喷涂在烹饪板的下侧，接地金属层上喷涂有一个氧化铝绝缘层。在陶瓷绝缘层的下侧，通过印刷工艺施加有一个热导体。

与以前已知的陶瓷炉灶面相比，这种陶瓷炉灶面可提供更节省能量的加热，其中在以前已知的陶瓷炉灶面中，基本上是通过辐射能量而进行加热。此处，大大强化了初始烹饪启动。

由于例如Ceran的玻璃陶瓷具有NTC特性，即，随着温度的升高导电率也极大地提到，因此热导体层与烹饪板之间的绝缘层是必要的。

因此，根据VDE，为确保必要的安全性要求，在操作温度下，电绝缘层的击穿电阻必须为约3,750伏。

为此，需要产生相当大层厚的陶瓷绝缘层，例如在采用Al₂O₃作为绝缘层时，层厚为200-500微米。

但是，据发现陶瓷材料在这样大的层厚中会形成裂纹结构，另外，玻璃陶瓷热膨胀系数(±0.15×10^-6K^-1)与陶瓷热膨胀系数(对于Al₂O₃来说，≈8×10^-6K^-1)之间的差别在操作期间会产生相当大的热应力，因此陶瓷绝缘层可能会剥落。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种改进的陶瓷炉灶面，在长期使用中，这种陶瓷炉灶面中的层结构具有较高的稳定性，同时确保绝缘层必要的电击穿电阻。

该目的的实现是通过一种如在开头提到的陶瓷炉灶面，将该炉灶面的绝缘层设计成具有朝向热导体层空隙率逐渐降低的多个层。

本发明的目的可通过这种方式完全实现。即，据发现，通过特殊地应用这种有梯度的层可实现与玻璃陶瓷的热膨胀系数的逐渐匹配。较高的空隙率会导致弹性模数(elasticity module)减小，从而导致抵抗热应力的容限(tolerance)增加。因此，通过将绝缘层划分成至少两个单独的层，其中具有较高空隙率的第一层与烹饪板相接触，具有较低空隙率的第二层面对热导体层，从而可获得较好的抵抗热应力的容限。特别的，即使在绝缘层的总厚度较大的情况下也能防止破裂。同时，还确保了这种陶瓷炉灶面在操作期间相对于高温循环的整个层复合物很好的稳定性。

优选的，绝缘层中的各层通过热喷涂形成。

在此，可通过利用不同的粉末性质或采用不同的燃烧器，优选通过大气等离子喷涂(APS)，或通过在涂覆工艺中改变工艺参数而使各层产生不同的空隙率。

另外，优选接地的导电中间层可设置在绝缘层与烹饪板之间。

根据本发明的一个优选实施例，该导电中间层包括金属陶瓷或导电陶瓷。而通过采用金属陶瓷，可确保很好的导电性，同时使其具有相对较小的热膨胀系数；利用导电陶瓷，例如通过在热喷涂过程中TiO₂失去氧而获得的产物，可提供特别有利的良好化学兼容性和粘接到烹饪板表面的粘结性，以及与金属陶瓷相比更小的热膨胀系数。

同样，优选的，该导电中间层也通过热喷涂制备。

通过施加这样一个接地的导电中间层，可使该陶瓷绝缘层具有较小的击穿电阻，其中对于烹饪操作来说，约1,500伏就足够了。在发生热导体被电击穿到烹饪板的情况下，由于烹饪板的接地，本领域所熟知的一个安全装置触发。

根据本发明的一个有利实施例，各层占据的面积朝向热导体层逐渐减小。

此处，各层优选相互定位在中心，特别是同心设置。通过在边缘区域向相应的邻层逐渐的稳定过渡，可消除边缘区域中的应力。

因此，通过这种设计，可防止边缘层在热应力的影响下从邻层剥落。

如果不这样设计，剥落的可能性就会增加，特别是在边缘区域。

据发现，特别有利的是将各层设计成圆形的层，因为这样在操作过程中，由于热产生的热应力是最小的。但是，另外根据特定的应用，例如方形或椭圆形的不同形状层都可采用。

如果该炉灶面包括几个烹饪区域，例如四个烹饪区域，则优选将绝缘层和相应的其它层仅设置在相应的烹饪区域中，从而使总应力尽可能低。

优选的，绝缘层的各层包括氧化铝，其提供特别好的粘结性和特别好的击穿电阻。除此以外，还可采用富铝红柱石层或堇青石层，或添加有氧化钛、氧化锆或氧化锆与氧化镁混合物的氧化铝。富铝红柱石和堇青石具有热膨胀系数小的优点，但其不具备如氧化铝一样粘接到玻璃陶瓷表面上的很好的粘结性。另外，不能通过热喷涂而在玻璃陶瓷表面上直接产生富铝红柱石层或堇青石层，因为后者会破坏表面。

为此，优选的，在可通过喷涂施加富铝红柱石或堇青石绝缘层之前，可在玻璃陶瓷表面上首先喷涂一个包括例如氧化铝、氧化钛或其二者混合物的粘结层。

根据本发明的另一实施例，烹饪板在其与热导体层相面对的一侧上包括一个环形凹槽，该环形凹槽接近于喷涂到烹饪板上的层的边缘区域而延伸。

该措施还用于减小边缘区域的应力。

附图说明

可以理解，本发明的上述和以下特点不仅仅在给定的组合中应用，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。从以下参照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示出根据本发明的陶瓷炉灶面的第一实施例的横截面视图；及

图2示出相对图1略作修改的陶瓷炉灶面的横截面视图。

具体实施方式

图1中，根据本发明的陶瓷炉灶面以标号10总体标出。

可以理解，这种图示仅仅是示例性质的，特别的，尺寸关系并不是按比例画出的。

陶瓷炉灶面10包括一个例如Schott的CERAN的玻璃陶瓷烹饪板12，该烹饪板设计成平坦的，并用于支撑烹饪器具。

以标号14总体指出的绝缘层设置在烹饪板12下侧可能被加热的区域。在绝缘层的下表面，施加有一个热导体层22。

可以理解的是，这种陶瓷炉灶面10可包括多个烹饪区域，例如为家用目的设置四个烹饪区域。但是，在图1和图2中，仅示出一个烹饪区域。

图1的绝缘层包括三个分层16、18、20，通过热喷涂，其分别被相应施加到烹饪板12上或位于烹饪板12下面的相应层上。

优选的，各层16、18、20构造成圆形的，并且其面积朝向热导体层22逐渐减小，其中各层16、18、20相互同心设置。

该措施用于避免各层在边缘区域剥离。

各绝缘层16、18、20可例如包括氧化铝，并且各层可具有从烹饪板12朝向热导体层22逐渐减小的空隙率。

例如，第一分层可通过热喷涂施加到烹饪板表面，并且其空隙率的范围在15到20的体积百分比之间，而随后的分层18的空隙率在约5到10的体积百分比之间，最后一个分层20的空隙率尽可能小，例如1％或更低。

所有的层16、18、20都通过热喷涂施加，优选采用大气等离子喷涂。

为确保在操作温度下足够高的击穿电阻，即至少为3,750伏，当采用氧化铝时，绝缘层14的总厚度达到约500微米。

在热喷涂之前，不象现有技术那样通常对烹饪板12进行喷砂预处理，因为这样会导致玻璃陶瓷表面的破坏，相反，仅对其进行清洁，例如用丙酮去油污。

可通过掩模工艺从位于下面的相应表面上为各层16、18、20分别精确定界。

在绝缘层14最下面的分层20的下侧上，产生一个热导体层22。该热导体层22包括蜿蜒形状的盘绕热导体24，该热导体可通过例如本领域所熟知的丝网印刷工艺产生。

或者，为制造热导体24，热喷涂工艺与掩模操作相结合的方法也是适用的，这优于已知的丝网印刷工艺生产，因为在丝网印刷中，金属导体具有大于5％的玻璃部分，从而在层焙烧期间降低流温度(flow temperatures)。但是，这种玻璃部分使相应导体轨道部分段的金属部分减少。具有局部增加玻璃部分的导体轨道在该区域具有较高的电阻，这在电流通过期间可能会引起过热或材料击穿。

这些问题都可通过热喷涂热导体层22避免。

而且在这方面，激光喷涂特别有利，因为借此可非常好地产生轨道。

优选的，各个绝缘层16、18、20包括氧化铝，因而可产生粘结到烹饪板12上的特别好的粘结性。同时，氧化铝提供较好的击穿电阻。通过朝向热导体层22逐渐降低空隙率的梯度设计，可极大地避免由热应力引起的问题，所述热应力由于热膨胀系数(对于Al₂O₃来说为约8.0×10^-6K^-1，对于CERAN来说为约±0.15×10^-6K^-1)之间的差异所引起。

而且，堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)和富铝红柱石(3Al₂O₃·2SiO₂)可被有利地用作陶瓷绝缘材料，因为其提供的热膨胀系数α相当低，对于堇青石来说为约2.2到2.3×10^-6K^-1，对于富铝红柱石来说为4.3到5.0×10^-6K^-1。

但是，不能通过热喷涂在玻璃陶瓷上直接施加堇青石层或富铝红柱石层，因为这会导致碎片形成并导致玻璃陶瓷表面的破坏。

在这种情况下，在施加后续的绝缘层之前，首先在玻璃陶瓷表面上喷涂一个厚度在约10到150微米之间的范围、优选为约50到100微米的薄粘结层。

例如氧化铝、氧化钛或其二者的混合物适于作为粘结层。

另外，在图1中可见一个环形凹槽30或槽，其位于烹饪板12的下侧并以环形的方式包围绝缘层16的边缘。该凹槽用于减小该区域中的应力。

图2示出修改的陶瓷炉灶面，其用标号10’总体指出。

该实施例与前面描述的实施例不同之处在于：绝缘层14’仅包括两个分层16’、18’；绝缘层14’与烹饪板12之间设置有一个导电材料的中间层26。该中间层26是接地的，如标号28所示。

在发生热导体24被击穿到烹饪板12的失误情况下，由于接地，触发本领域所熟知的烹饪板12的一个安全装置(未示出)。

由于该措施，绝缘层14’可具有较小的总体厚度，因为现在击穿电阻在操作温度下仅为1,500伏，以根据VDE确保必要的安全性。

这会导致这样的结果，绝缘层14’的总体层厚可仅设计成图1实施例中绝缘层厚度的一半或更薄。

尽管根据图1的实施例，绝缘层14的总体厚度需要达到约500微米，但在采用接地中间层26的情况下，可相应地减小层14’的厚度。

虽然中间层26理论上还可包括金属，但是其同样具有由于金属具有相当高的热膨胀系数而导致的缺点。

因此，优选的是用例如TiO₂的导电陶瓷制造中间层26，其中TiO₂在热喷涂操作过程中，发生高氧损失以至使其变得导电。可用于制造中间层26的另一可选材料为陶瓷金属，例如镍/铬/钴合金，其中例如碳化钨或碳化铬的碳化物微粒散布在其中。

通过采用这种陶瓷金属，可获得特别良好的导电率，但是，当然热膨胀系数高于例如TiO₂，但仍小于普通金属层的热膨胀系数。

同样，如前所述，热导体层22也通过与掩模工艺相结合的热喷涂施加到绝缘层14’的最下面的分层18’的下侧上。

根据图1的各层16、18、20或根据图2的各层26、16’、18’在其边缘区域朝向相应的邻层逐渐收缩，从而形成渐进的过渡。这用于避免在边缘区域脱层。

Claims (10)

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(22)和烹饪板(12)与热导体层(22)之间的绝缘层(14、14’)，其特征在于，绝缘层(14、14’)包括具有空隙率的多个层(16、18、20；16’、18’)，所述空隙率朝向热导体层逐渐减小。

2.如权利要求1所述的陶瓷炉灶面，其特征在于，通过热喷涂制造绝缘层(14、14’)的各层(16、18、20；16’、18’)。

3.如权利要求1或2所述的陶瓷炉灶面，其特征在于导电中间层(26)设置在绝缘层(14’)与烹饪板(12)之间。

4.如权利要求3所述的陶瓷炉灶面，其特征在于导电中间层(14)包括金属陶瓷或导电陶瓷。

5.如权利要求3或4所述的陶瓷炉灶面，其特征在于通过热喷涂施加导电中间层(26)。

6.如前述任一项权利要求所述的陶瓷炉灶面，其特征在于各层(16、18、20；16’、18’)所占据的面积朝向热导体层(22)逐渐减小。

7.如权利要求6所述的陶瓷炉灶面，其特征在于各层(16、18、20；16’、18’)相互在中心定位，特别是相互同心设置。

8.如权利要求6或7所述的陶瓷炉灶面，其特征在于各层(16、18、20；16’、18’)在其边缘部分接近到相应邻层。

9.如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(14、14’)包括氧化铝、富铝红柱石、堇青石、其中添加有氧化钛、氧化锆或氧化锆与氧化镁混合物的氧化铝。

10.如前述任一项权利要求所述的陶瓷炉灶面，其特征在于烹饪板(12)包括一个环形凹槽(26)，其设置在与热导体层(22)面对的一侧，并靠近喷涂到烹饪板(12)上的层(16、26)的边缘区域延伸。

Images