DE19631047A1 - Elektrokeramischer Werkstoff mit einstellbarer elektrischer Leitfähigkeit - Google Patents
Elektrokeramischer Werkstoff mit einstellbarer elektrischer LeitfähigkeitInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisch lei
tender keramischer Werkstoff gemäß Oberbegriff des Haupt
anspruchs
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß das Aufheizen der
Fixierkomponenten in Kopiergeräten, beispielsweise Hohlwalzen
oder Platten zur Fixierung des Toners, im allgemeinen durch
Heizdrähte oder durch technisch und finanziell sehr aufwen
dige Lampen erfolgt. Nachteile dieser Verfahren sind bekannt
lich sehr lange Erwärmungsphasen bis zum Erreichen des sta
tionären thermischen Zustandes und ein hoher Energieverbrauch
in der ungenutzten Bereitstellungsphase. Diese thermische
Trägheit stammt bei den bekannten Verfahren von der Umwand
lung des Lichtes in Wärme, der notwendigen Wärmeleitung von
der erwärmten Oberfläche der Walze zur Fixierfläche und von
den thermischen Eigenkapazitäten der Strahlungsquellen. Wer
den spezielle Lampen eingesetzt, besitzt der Glühfaden
typischerweise eine hohe Temperatur von 1.000 K, der dann
entsprechend seiner Temperatur im wesentlichen sichtbare und
infrarote Strahlung emittiert, die dann sukzessiv an der
Oberfläche der Fixierelemente in Wärme umgewandelt wird und
über Wärmeleitung sich auf das Toner-Fixierelement verteilt.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die thermisch trägen
Erwärmungsprozesse der Fixierbauteile über Lampen oder Heiz
elemente, Prozesse, die die Fixierwalze indirekt erwärmen,
durch die nahezu spontane und verlustfreie Ohmsche Erwärmung
der Walze selbst zu ersetzen. Bei diesen Prozessen wird die
Energie unmittelbar durch die Reibung freier Ladungsträger im
Material der Walze direkt in Wärme umgewandelt.
Die US-PS 5,191,381 beschreibt eine thermische Fixiervorrich
tung aus einer keramischen Walze, die aus sogenannten
"positive temperature coefficient ofresistance"-Materialien
(PTC-Materialien) besteht. Diese Materialien bestehen typi
scherweise aus Bariumtitanat, das mit Lanthan oder Cer do
tiert ist. Der Dotierungsgrad bestimmt den ferroelektrischen
Phasenübergang, der den Übergang vom Halbleiter zum Isolator
verursacht. Nachteilig bei diesen Materialien ist ihr sprung
haft sich ändernder Widerstand bei sich ändernden Temperatu
ren, die Notwendigkeit, bei einer Tonerwalze aus diesen Mate
rialien diese innen und außen zu metallisieren, die schwer zu
erzielende Homogenität, so daß es bei Anlegen der Spannung zu
lokalen anstelle einer globalen Erwärmungen führt sowie ihre
unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften. Die, im Ver
gleich zu Metallen, den bisher üblicherweise verwendeten Ma
terialien für Tonerwalzen, schlechteren mechanischen Eigen
schaften können zum Durchbiegen oder Bruch der Tonerwalze
führen.
Aus der japanischen Anmeldung JP 07 06 4425 ist eine Toner
walze bekannt, die aus einer Seltenerd/Chromoxid-Keramik be
steht. Diese Keramik kann aufgrund ihrer Herstellweise und
der zu verwendenden hochpreisigen und ökologisch problemati
schen Ausgangsmaterialien wirtschaftlich und ökologisch als
nicht sinnvoll angesehen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, einen
elektrisch leitenden keramischen Werkstoff bereitzustellen,
der metallische Eigenschaften besitzt, dessen elektrische
Leitfähigkeit beliebig um ca. 10 Größenordnungen in Richtung
Isolator eingestellt werden kann und bei Verwendung bei
spielsweise als thermische Fixiervorrichtung die Nachteile
der im Stand der Technik bekannten Materialien nicht auf
weist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Werkstoff mit den
Kennzeichen des Hauptanspruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen
finden sich in den Unteransprüchen.
Hergestellt werden die erfindungsgemäßen Werkstoffe durch die
gleichmäßige Belegung von Granulaten aus elektrisch nicht
leitenden Materialien, beispielsweise Granulaten von
sinterfähigen keramischen Massen oder tonhaltigen Massen mit
elektrisch leitenden Materialien, die im makroskopischen Zu
stand eine elektrische Gleichstromleitfähigkeit von 10⁵ bis
10⁸ S/m aufweisen. Diese elektrisch leitenden Materialien
können aus einer oder mehreren der nachfolgenden Verbindungen
ausgewählt sein: korrosionsbeständige, hochschmelzende Me
talle, Karbide, Nitride, Karbonitride oder Boride von Titan,
Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän
und Wolfram. Die elektrisch leitenden Partikel müssen im
Werkstoff miteinander in Verbindung (Perkolation) stehen, so
daß der Werkstoff durchgehend elektrisch leitfähig ist. Die
Partikelgröße des elektrisch leitenden Materials liegt erfin
dungsgemäß im Bereich von 1 nm bis 10 µm. Durch die gleichmä
ßige Belegung bzw. Vernetzung der Granulate mit diesen elek
trisch leitenden Partikeln ist es möglich, den Füllfaktor zu
reduzieren, ohne daß dadurch die Perkolation beeinträchtigt
wird. Durch diese Maßnahmen wird die Perkolation bereits bei
einer Belegung der Granulate mit 0,1 bis 5 Vol. -%, bezogen
auf die Gesamtgranulatmenge, an elektrisch leitenden Partikeln
ermöglicht. Die gezielte Auswahl der Art und Partikel
größe des elektrisch leitenden Materials läßt den Füllfaktor
und damit die elektrische Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen
Werkstoffes dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend an
passen. Besonders feine Partikel elektrisch leitender
Materialien werden erhalten, wenn das Ausgangsmaterial in
Wasser oder unpolaren Lösungsmitteln intensiv vorgemahlen
wird.
Vorzugsweise werden Granulate aus sinterfähigen Materialien,
wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumnitrid oder Aluminium
nitrid, besonders bevorzugt wird Aluminiumoxid eingesetzt.
Bei diesen Materialien ist zu beachten, daß die Granulate
selbst aus sinterfähigen Kristalliten bestehen. Als tonhal
tige Materialien lassen sich Porzellan, Steatit oder Cordie
rit einsetzen. Die Granulatgröße beträgt im Mittelwert 80 bis
150 µm, während die Größe der Primärkristallite im Bereich
weniger µm liegt. Die Granulate werden aus einem Rohstoff
hergestellt, dessen Primärkristallitgröße im Bereich von 2
bis 3 µm liegt. Dieser Rohstoff wird in wäßriger Suspension
mit 1% eines organischen Binders, vorzugsweise Polyvinylal
kohol (PVA), Poyethylenglykol (PEG) oder Zellulose vermischt
und anschließend beispielsweise sprühgetrocknet. Die Granu
latgröße von 80 bis 150 µm läßt sich reproduzierbar durch die
Viskosität des Schlickers, der Oberflächenspannung des
Schlickers, der Drehzahl des Schleuderrades oder der
Düseneinstellungen festlegen. Das elektrisch leitende
Material, vorzugsweise Ti(C,N), wird diesem Granulat trocken
zugegeben. In einer Mischtrommel werden beide Bestandteile
durch Rotation so lange trocken miteinander gemischt, bis das
Granulat mit dem leitenden Material gleichmäßig belegt ist.
Wird als elektrisch leitendes Material Ti(C,N) und als elek
trisch nicht leitendes Material Al₂O₃-Granulat eingesetzt,
macht sich die gleichmäßige Belegung durch eine einheitliche
Graufärbung der Mischung bemerkbar. Nach der gleichmäßigen
Belegung wird der Werkstoff in die dem Verwendungszweck angepaßte
Form gebracht und durch axiales oder isostatisches
Pressen verdichtet. Die so erhaltenen Grünkörper werden gege
benfalls überdreht und anschließend in einer, dem Fachmann
bekannten und auf die jeweiligen Materialien angepaßten
Weise, falls erforderlich unter Schutzgas oder im Teilvakuum,
gesintert oder durch Temperatureinwirkung verdichtet. Soweit
nötig wird das so erhaltene Bauteil einer Endbehandlung, bei
spielsweise mittels Feinschleifen unterzogen.
Von besonderer Bedeutung ist, daß sich der elektrische Wider
stand der erfindungsgemäßen Werkstoffe bei Temperaturänderun
gen wie der eines Metalles verhält. Je nach elektrischer
Leitfähigkeit kann der erfindungsgemäße Werkstoff für die
unterschiedlichsten Einsatzbereiche eingesetzt werden. Werk
stoffe mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10-3 bis
10³ S/m können beispielsweise in thermischen Fixiervorrich
tungen, wie sie in der US-PS 5,191,381 oder der japanischen
Anmeldung JP 07 06 4425 beschrieben sind, verwendet werden.
Eine aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellte
Heizwalze für einen Kopierer läßt sich direkt zur raschen und
ökonomischen Erhitzung von thermischen Fixiervorrichtungen in
Kopiergeräten mit Tonern in vorteilhafter Weise einsetzen.
Eine Tonerwalze aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff auf Ba
sis Al₂O₃/Ti(C,N) wurde mit den Abmessungen: Länge ca.
270 mm, Außendurchmesser 60 mm, Innendurchmesser 40 mm durch
isostatisches Pressen, anschließender Grünbearbeitung und
Hartbearbeitung hergestellt. Der Außendurchmesser wurde über
dreht und nach dem Sintern hartbearbeitet. An den Stirnflä
chen dieser Tonerwalze wurden elektrische Kontakte ange
bracht. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Walze betrug
12 S/m. Je nach Wahl der elektrischen Leitfähigkeit kann das
Tonerelement zum Erhitzen an jeden gewünschten Spannungswert,
beispielsweise 12 oder 230 V, direkt angeschlossen werden, um
die notwendige Heizleistung zu erzielen. Für den Einsatz als
Tonerwalze besonders wichtig sind die hervorragenden mecha
nischen Eigenschaften der aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff
hergestellten Walze. Während Tonerwalzen aus Stahl ein E-Mo
dul von 210 GPa aufweisen, besitzt die gemäß der Erfindung
hergestellte Tonerwalze ein E-Modul von 400 GPa; ein Wert,
der sicherstellt, daß sich diese Walze weniger durchbiegt und
somit beispielsweise Papierstaus verhindert werden. Die
erfindungsgemäße Tonerwalze benötigte bei einer elektrischen
Leistung von 600 W, einer Spannung von 230 V und einer Fre
quenz von 50 Hz lediglich eine Aufheizzeit von 13 sek. Toner
walzen aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff können als Hohl-
oder Vollwalze ausgeführt werden und außen auch mit einer
elektrisch isolierenden Schicht versehen sein.
Werkstoffe mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10-3 bis
10-8 S/m können zur Vermeidung statischer Aufladungen und da
mit zur Vermeidung von Überschlägen, beispielsweise als Soc
kel von Röntgen- oder Mikrowellenröhren, eingesetzt werden.
Im Stand der Technik sind Sockel für Röntgen- oder
Mikrowellenröhren aus keramischen Isolatoren bekannt. Kommt
es bei solchen Röhren zu statischen Aufladungen und Überschlägen,
so wird die Röhre zwangsläufig zerstört. Bei Ver
wendung von Sockeln aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff mit
einer elektrischen Leitfähigkeit von 10-3 bis 10-8 S/m wird
die statische Aufladung abgeführt, bevor sie zu gefährlichen
Überschlägen führen kann.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern,
ohne sie jedoch einzuschränken.
Al₂O₃-Pulver mit einer Partikelgröße von 2 bis 3 µm wurde in
wäßriger Lösung mit 1% Polyvinylalkohol als Bindemittel
versetzt und anschließend sprühgetrocknet. Es entstand ein
Al₂O₃-Granulat mit einer mittleren Granulatgröße von 80 bis
150 µm. 500 g dieses Al₂O₃-Granulats und 6,35 g Ti(C,N) einer
Partikelgröße von 0,4 µm (1 Vol.% Ti(C,N), bezogen auf das
Al₂O₃-Granulat) wurden in eine 1-Liter-Weithalsflasche mit
etwa 95 mm Durchmesser gefüllt und 1 Stunde mit ca. 60 U/min
bewegt. Nach diesem Mischvorgang hat sich die Mischung ein
heitlich grau verfärbt. Aus diesem belegtem Material wurden
durch Heißpressen (1530°C, 280 bar, 40 min) Proben herge
stellt, deren Querschliffe im Lichtmikroskop untersucht wur
den (Fig.1 und Fig.2). Die Gleichmäßigkeit der Belegung ist
deutlich zu sehen. Ebenso wurden Proben mit 3,5, 4, und
5 Vol. -% Ti(C,N) hergestellt. Die Querschliffe dieser Proben
zeigen die Figuren 3 bis 7.
Claims (12)
1. Elektrisch leitender keramischer Werkstoff aus im we
sentlichen zwei Phasen, bei dem die erste Phase aus einem
elektrisch nicht leitenden Material und die zweite Phase aus
einem im makroskopischen Zustand elektrisch leitenden Mate
rial besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) das elektrisch nicht leitende Material aus Granula ten von sinterfähigen keramischen Massen oder ton haltigen Massen besteht,
- b) die Granulatgröße im Mittelwert 80 bis 150 µm be trägt,
- c) das elektrisch leitende Material aus einer oder mehreren der nachfolgend angegebenen Verbindungen besteht: korrosionsbeständige, hochschmelzende Me talle, Karbide, Nitride, Karbonitride oder Boride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tan tal, Chrom, Molybdän und Wolfram,
- d) die durchschnittliche Partikelgröße des elektrisch leitenden Materials in einem Bereich von 1 nm bis 10 µm liegt und das Material der Partikel im makroskopischen Zustand eine elektrische Gleich stromleitfähigkeit von 10⁵ bis 10⁸ S/m aufweist,
- e) das elektrisch nicht leitende Material mit dem elektrisch leitenden Material gleichmäßig belegt bzw. vernetzt ist,
- f) die elektrisch leitenden Partikel im Werkstoff miteinander in Verbindung (Perkolation) stehen und innerhalb des für sie zusammenhängenden ersten Phasenbestandteils in einer Menge von 0,1 bis 5 Vol.-% vorliegen und
- g) der Werkstoff eine elektrische Leitfähigkeit von 10-8 bis 1000 S/m aufweist und der Widerstand sich bei Temperaturänderungen wie der eines Metalles verhält.
2. Elektrisch leitender keramischer Werkstoff gemäß An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch
nicht leitende Material ausgewählt ist aus: Al₂O₃, ZrO₂,
Si₃N₄, AlN, Porzellan, Steatit, Cordierit oder deren Mi
schungen und das elektrisch leitende Material ausgewählt
ist aus: Ti(C,N), TiC, TiN, WC, ZrB₂, TiB₂, Mo₂C oder
deren Mischungen.
3. Elektrisch leitender keramischer Werkstoff gemäß An
spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk
stoff eine elektrische Leitfähigkeit von 10-3 bis
10³ S/m aufweist.
4. Elektrisch leitender keramischer Werkstoff gemäß An
spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk
stoff eine elektrische Leitfähigkeit von 10-3 bis
10-8 S/m aufweist.
5. Verwendung des Werkstoffes gemäß Anspruch 3 als
Ausgangsmaterial zur Herstellung thermischer Fixiervor
richtungen.
6. Verwendung des Werkstoffes gemäß Anspruch 4 als
Ausgangsmaterial zur Herstellung von Bauteilen zur Ver
meidung statischer Aufladungen.
7. Thermische Fixiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 3 besteht.
8. Thermische Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Voll- oder Hohlwalze ausge
führt ist.
9. Thermische Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sie an den Stirnseiten zwei
elektrische Kontakte aufweist.
10. Thermische Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außen mit einer elek
trisch isolierenden Schicht versehen ist.
11. Thermische Fixiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus
Al₂O₃/Ti(C,N) besteht und ein E-Modul von 400 GPa be
sitzt.
12. Bauteil zur Vermeidung statischer Aufladungen, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus einem Werkstoff gemäß An
spruch 4 besteht.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996131047 DE19631047A1 (de) | 1995-08-03 | 1996-08-01 | Elektrokeramischer Werkstoff mit einstellbarer elektrischer Leitfähigkeit |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19528510 | 1995-08-03 | ||
| DE1996131047 DE19631047A1 (de) | 1995-08-03 | 1996-08-01 | Elektrokeramischer Werkstoff mit einstellbarer elektrischer Leitfähigkeit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19631047A1 true DE19631047A1 (de) | 1997-02-06 |
Family
ID=7768588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1996131047 Withdrawn DE19631047A1 (de) | 1995-08-03 | 1996-08-01 | Elektrokeramischer Werkstoff mit einstellbarer elektrischer Leitfähigkeit |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19631047A1 (de) |
| WO (1) | WO1997006118A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2765723A1 (fr) * | 1997-07-01 | 1999-01-08 | Commissariat Energie Atomique | Materiau composite conducteur, materiau obtenu par frittage de celui-ci, plaques bipolaires preparees avec ce dernier, et dispositif de pile a combustible comprenant ces plaques bipolaires |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5978973A (ja) * | 1982-10-27 | 1984-05-08 | 株式会社日立製作所 | 導電性セラミツクス |
| JPS63307489A (ja) * | 1987-06-09 | 1988-12-15 | Hitachi Metals Ltd | トナ−定着用ヒ−トロ−ル |
| JPH01107458A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Sanyo Electric Co Ltd | りん酸燃料電池 |
| JP2515840B2 (ja) * | 1988-03-11 | 1996-07-10 | 株式会社日立製作所 | 熱定着装置 |
| JP3313380B2 (ja) * | 1990-09-04 | 2002-08-12 | 旭硝子株式会社 | 電子部品帯電除去用セラミックスおよびそれを使用した電子部品の取り扱い方法 |
| US5342564A (en) * | 1992-12-31 | 1994-08-30 | Valenite Inc. | Rapid sintering method for producing alumina-titanium carbide composites |
-
1996
- 1996-08-01 DE DE1996131047 patent/DE19631047A1/de not_active Withdrawn
- 1996-08-01 WO PCT/EP1996/003388 patent/WO1997006118A1/de active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2765723A1 (fr) * | 1997-07-01 | 1999-01-08 | Commissariat Energie Atomique | Materiau composite conducteur, materiau obtenu par frittage de celui-ci, plaques bipolaires preparees avec ce dernier, et dispositif de pile a combustible comprenant ces plaques bipolaires |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1997006118A1 (de) | 1997-02-20 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |