DE19852366C2 - Highly heat-conducting body, process for its production and its use - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen hochwärmeleitenden Körper mit einer planaren Fläche zur Übertragung von Kontaktwärme auf einen anderen Körper mit planarer Fläche, ein Verfahren zur Her stellung des Körpers und seine Verwendung als Kochzone eines Kochfeldes.The invention relates to a highly heat-conducting body with a planar surface Transfer of contact heat to another body with a planar surface, a method of manufacture position of the body and its use as the cooking zone of a hob.
Kochgeräte mit Glaskeramikkochfeldern sind seit langem bekannt. Die Beheizung der Kochzonen erfolgt dabei mittels elektrischer oder gasbetriebener Beheizungseinrichtun gen, welche unterhalb der Keramikkochfläche im Bereich der Kochzonen angeordnet sind.Cooking appliances with glass ceramic hobs have been known for a long time. Heating the Cooking zones are carried out by means of electrical or gas-operated heating devices gene, which is arranged below the ceramic hob in the area of the cooking zones are.
Ein anderer Ansatz ist die Verwendung eines Keramikmaterials mit hoher Wärmeleitfä higkeit, geringer thermischer Ausdehnung sowie einer hohen Temperaturwechselbestän digkeit. In der EP 0 069 298 wird Siliciumnitrid (Si3N4) als ein Kochplattenmaterial mit diesen Eigenschaften beschrieben. Infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit des Keramik materials ließ sich der Wärmefluß durch die Kochplatte auf das zu erhitzende Gut erhö hen, woraus eine bessere Energieausnutzung resultierte.Another approach is the use of a ceramic material with high thermal conductivity, low thermal expansion and high temperature change resistance. EP 0 069 298 describes silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a hotplate material with these properties. As a result of the high thermal conductivity of the ceramic material, the heat flow through the hotplate onto the material to be heated could be increased, resulting in better energy utilization.
Eine weitere Steigerung der Ankochwirkungsgrade wurde mit einem in dem Gebrauchs muster DE 297 02 813 U1 beschriebenen, kontaktwärmeübertragenden System erzielt, indem ein Kochplattenkörper aus Glaskeramik auf Basis von nichtoxidischer Keramik, insbesondere Si3N4 oder Siliciumcarbid (SiC), an der Oberseite geschliffen und gegebe nenfalls noch geläppt und poliert wurde. Damit wurde eine Oberflächenplanität erzielt, die über den wesentlichen Bereich des Kochbereichs um weniger als 0,1 mm von einer idealen Ebene abwich. Zwischen der Elektrokochplatte und dem Kochgefäß mit planem Boden ließ sich eine effiziente Kontaktwärmeübertragung mit einem verbesserten An kochwirkungsgrad erzielen.A further increase in the parboiling efficiency was achieved with a contact heat transfer system described in the utility model DE 297 02 813 U1, in that a hotplate body made of glass ceramic based on non-oxide ceramic, in particular Si 3 N 4 or silicon carbide (SiC), ground on the top and if necessary, was lapped and polished. This achieved a surface flatness that deviated from an ideal level by less than 0.1 mm over the main area of the cooking area. Efficient contact heat transfer with an improved heating efficiency could be achieved between the electric hotplate and the flat-bottomed cooking vessel.
Die DE 197 01 640 A1 beschreibt ein kontaktwärmeübertragendes Kochsystem mit einer Elektrokochplatte. Die bekannte Kochplatte ist derart eben ausgebildet, daß sie weniger als 0,1 mm von der idealen Ebene abweicht. Als besonders bevorzugter Bereich wird eine Unebenheit angegeben, die 0,05 mm nicht überschreiten soll. Auf diese Weise soll eine extrem gute Wärmeübertragung sichergestellt werden.DE 197 01 640 A1 describes a contact heat-transferring cooking system with a Electric hotplate. The known hotplate is designed so flat that it is less deviates from the ideal plane by 0.1 mm. As a particularly preferred area specified an unevenness that should not exceed 0.05 mm. This is supposed to extremely good heat transfer can be ensured.
Derartige Keramikkochplatten weisen aber immer noch erhebliche Nachteile auf. Insbe sondere ist das Schleifen der Keramikoberfläche zeitaufwendig, arbeits- und kosteninten siv. Darüber hinaus weisen gesinterte, geschliffene Keramikplatten aufgrund ihrer un vermeidlichen Restporosität eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Fingerprints und Ge brauchsspuren auf. Dies bringt Nachteile bezüglich Ästhetik und Verschmutzung.Such ceramic hot plates still have considerable disadvantages. in particular in particular, grinding the ceramic surface is time-consuming, labor and cost intensive intensive. In addition, sintered, ground ceramic plates have un avoidable residual porosity a high sensitivity to fingerprints and Ge signs of wear. This has disadvantages in terms of aesthetics and pollution.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Platten material zur Verfügung zu stellen, das ohne großen Aufwand kostengünstig herstellbar ist und dennoch den hohen Anforderungen an eine Oberflächenplanität genügt. Zusätz lich sollen durch die dichte Oberfläche Funktionsvorteile bezüglich Ästhetik, Reinigung und Gebrauchsspuren geschaffen werden. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufga be zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers anzugeben.The present invention is therefore based on the object of improved boarding To provide material that can be produced inexpensively without much effort is and still meets the high requirements for surface flatness. Zusätz Due to the dense surface, functional advantages in terms of aesthetics and cleaning should be achieved and signs of wear are created. In addition, the invention is the task be based on specifying a method for producing such a body.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1, 21 bzw. 22 ange gebenen Merkmalen.The object is achieved according to the invention with the in claims 1, 21 and 22 respectively given characteristics.
Die hohe Oberflächenplanität sowie die oben genannten Funktionsvorteile werden da durch erreicht, daß auf das keramische Basismaterial mindestens eine zusätzliche Schicht aufgetragen wird, wobei die Zusammensetzung der Oberflächenschicht 24 bis 70 Gew.- % SiO2, 1 bis 20 Gew.-% Al2O3 und 2 bis 25 Gew.-% B2O3 aufweist.The high surface flatness and the functional advantages mentioned above are achieved by applying at least one additional layer to the ceramic base material, the composition of the surface layer being 24 to 70% by weight of SiO 2 , 1 to 20% by weight of Al 2 O. 3 and 2 to 25 wt .-% B 2 O 3 .
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das hochwärmeleitende Material ist vorzugsweise eine Platte aus nichtoxidischer Kera mik, wie z. B. aus Si3N4, SiC oder Al2O3, und mindestens einer auf die nicht bearbeitete Oberfläche der Basisplatte aufgetragenen Schicht aus einem Material, das sich mittels mechanischer Bearbeitung, vorzugsweise durch Polieren, wesentlich leichter als die ke ramische Basisplatte allein auf die erforderliche Oberflächenplanität von ≦ 0,05 mm bringen läßt und/oder sich mit einem solchen Verfahren aufbringen läßt, daß die er wünschte Oberflächenplanität direkt ohne weitere Bearbeitung erzielt werden kann. Das Schichtmaterial muß mit der hohen Wärmeleitfähigkeit, der thermischen Ausdehnung und der Temperaturwechselbeständigkeit der keramischen Basisplatte kompatibel sein.The highly thermally conductive material is preferably a plate made of non-oxide ceramic, such as. B. of Si 3 N 4 , SiC or Al 2 O 3 , and at least one applied to the unworked surface of the base plate layer made of a material that is by mechanical processing, preferably by polishing, much easier than the ceramic base plate alone can bring the required surface flatness of ≦ 0.05 mm and / or can be applied with such a method that the desired surface flatness can be achieved directly without further processing. The layer material must be compatible with the high thermal conductivity, the thermal expansion and the thermal shock resistance of the ceramic base plate.
Von Vorteil ist, wenn in das Schichtmaterial hochwärmeleitende Partikel und/oder farb gebende Partikel und/oder thermochrome Partikel eingebettet werden. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit verbessert und dem hochwärmeleitenden Material gleichzeitig ein dekoratives Erscheinungsbild verliehen werden. It is advantageous if highly thermally conductive particles and / or color are in the layer material giving particles and / or thermochromic particles are embedded. This allows the Thermal conductivity improved and the highly thermally conductive material at the same time decorative appearance.
Darüber hinaus schafft die Beschichtung des keramischen Basismaterials die Möglichkeit, den hochwärmeleitenden Körper gegenüber Gebrauchsspuren und Fingerprints unempfindlich zu machen.In addition, the coating of the ceramic base material creates the possibility of highly heat-conductive body insensitive to signs of wear and fingerprints do.
Die Vorteile des hochwärmeleitenden Körpers kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn dieser die Kochzone eines Kochfeldes bildet. Mit dem hochwärmeleitenden Körper kann eine Kochzone mit hohem Wirkungsgrad geschaffen werden, die sich farblich leicht an ihre Umgebung anpassen, bzw. mit Dekors versehen, gegenüber Gebrauchsspuren und Fingerprints unempfindlich machen und ohne großen Aufwand kostengünstig herstellen läßt.The advantages of the highly heat-conducting body are particularly evident when this forms the cooking zone of a hob. With the highly heat-conducting body, one can Cooking zone can be created with high efficiency, the color of their light Adapt the environment, or provide decorations, against signs of wear and tear Make fingerprints insensitive and inexpensive to produce with little effort.
Das Auftragen der Oberflächenschicht kann mittels Siebdruck, Spritzdrucktechnik, Rakeln oder Tauchen erfolgen, vorzugsweise mit Schichtdicken im Bereich von 5 ≦ 50 µm.The surface layer can be applied by means of screen printing, spray printing technology, knife coating or Diving takes place, preferably with layer thicknesses in the range of 5 ≦ 50 microns.
Der sich aus dem keramischen Basismaterial und der mindestens einen Schicht zusammensetzende, hochwärmeleitende Körper sollte eine Wärmeleitfähigkeit von größer 10 W/mK aufweisen. Gegebenenfalls ist die aufgetragene Schicht daher mit hochwärmeleitenden Partikeln durchsetzt.Which consists of the ceramic base material and the at least one layer Composing, highly thermally conductive body should have a thermal conductivity greater than 10 W / mK exhibit. If necessary, the applied layer is therefore highly thermally conductive Particles penetrated.
Mit diesen Techniken lassen sich gleichzeitig mit dem Auftragen der Schicht hochwärmeleitende Partikel, farbgebende Partikel und/oder thermochrome Partikel in das Schichtmaterial einbringen, mit welchen dann entsprechend die thermische Leitfähigkeit und/oder die farbliche Ausgestaltung der Schicht beeinflußt werden können. Im letzteren Falle kann also die Schicht zur Erzielung der spezifischen Oberflächenplanität gleichzeitig als Dekorschicht dienen.With these techniques you can simultaneously apply the layer highly thermally conductive particles, coloring particles and / or thermochromic particles in the Introduce layer material with which the thermal conductivity is then correspondingly and / or the color design of the layer can be influenced. In the latter case can the layer to achieve the specific surface flatness simultaneously as Serve decorative layer.
Als hochwärmeleitfähige Partikel können insbesondere Partikel aus SiC und/oder Si3N4 dienen, d. h. also im wesentlichen aus dem Material für die nichtoxidische Keramik der Basisplatte. Als farbgebende Partikel sind alle im Stand der Technik für Glasuren bekannten, anorganischen Pigmente geeignet. Als Material für die thermochromen Partikel kommen insbesondere CdS und oder ZnS in Frage.In particular, particles made of SiC and / or Si 3 N 4 can serve as highly heat-conductive particles, ie essentially made of the material for the non-oxide ceramic of the base plate. All inorganic pigments known in the prior art for glazes are suitable as coloring particles. CdS and or ZnS are particularly suitable as the material for the thermochromic particles.
Die Schichten können ganzflächig, d. h. gleichmäßig, über die gesamte, für den Wärmeaustausch vorgesehene Oberfläche verteilt aufgetragen sein; es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die Schicht strukturiert unterbrochen aufgetragen ist, womit sich insbesondere in Verbindung mit einem Oberflächendekor wirkungsvolle Effekte erzielen lassen. Bei derart strukturiert un terbrochenen Oberflächenschichten wird die Ebenheitsabweichung von nicht größer als 0,05 mm auf die effektiven, unmittelbar den Kontakt mit der planen Fläche des aufzuheizenden Körpers herstellenden Flächenbereiche der Oberflächenschicht bezogen.The layers can be full-surface, i. H. evenly, over the whole, for heat exchange intended surface to be applied distributed; however, there is also a possibility that the layer is applied in a structured, interrupted manner, which is particularly associated with it let effective effects be achieved with a surface decor. With such a structured un If the surface layers are broken, the flatness deviation will not exceed 0.05 mm on the effective, direct contact with the flat surface of the one to be heated Body-producing surface areas related to the surface layer.
Die auf die Keramikplatte aufgetragene Schicht kann auch aus einem Mehrschichtensystem bestehen, wobei sich die Teilschichten jeweils in ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Vorzugsweise ist bei einem Zweischichtensystem die unmittelbar auf die Keramikoberfläche aufgetragene, erste Teilschicht ganzflächig aufgetragen und die darüberliegende strukturiert unterbrochen bzw. farblich gestaltet. Vorteilhafterweise ist dann, wenn die erste Teilschicht eine metallische Schicht ist, die zweite Teilschicht aus Glas oder organischem Material. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß sich mindestens eine der Schichten leichter auf die geforderte Planität bearbeiten läßt als das Basismaterial.The layer applied to the ceramic plate can also consist of a multi-layer system exist, the sub-layers each differing in their composition. In the case of a two-layer system, this is preferably directly on the ceramic surface applied, first partial layer applied over the entire surface and the overlying structure interrupted or colored. It is advantageous if the first sub-layer is a metallic layer, the second sub-layer made of glass or organic material. In A preferred embodiment provides that at least one of the layers can be machined more easily to the required flatness than the base material.
Als weiteres, geeignetes Material für die erste Schicht sind Metalle geeignet, insbesondere Ti, Al, W und Edelmetalle. Werden diese mittels Flammspritzens, Plasmaspritzens oder mittels Druckverfahren aufgetragen, erhält man Oberflächen sehr hoher Planität. Wahlweise kann auch eine Hartstoffschicht, insbesondere eine DLC-Schicht (Diamond Like Carbon), aufgetragen sein, z. B. mittels CVD (Chemical Vapor Deposition).As a further suitable material for the first layer, metals are suitable, in particular Ti, Al, W and precious metals. Are these by flame spraying, plasma spraying or by Applying printing processes, surfaces with very high flatness are obtained. Optionally can also a hard material layer, in particular a DLC layer (Diamond Like Carbon), be applied, e.g. B. by means of CVD (Chemical Vapor Deposition).
Im folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren sowie der folgenden Beispiele näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention with reference to the attached figures and the following Examples explained in more detail. Show it:
Fig. 1: Ein Keramikkochfeld 1 mit einer herkömmlichen Glaskeramikplatte 2 mit den üblichen Kochzonen 3 und einer aus einem erfindungsgemäßen Plattensystem bestehenden, hochwärmeleitenden Kochzone 4. Fig. 1: A ceramic hob 1 with a conventional glass ceramic plate 2 with the usual cooking zones 3 and a group consisting of an inventive disk system, highly heat conductive cooking zone 4.
Fig. 2: Einen Querschnitt durch die hochwärmeleitende Kochzone 4 mit einer Basisplatte aus nichtoxidischer Keramik 5, der nicht der erfindungsgemäßen Spezifikation für die Ebenheitsabweichung genügenden, werkstofffreien Oberseite 5a der Basisplatte, der darauf aufgetragenen, hochplanaren Schicht 6 sowie in die Oberflächenschicht 6 eingebettete Partikel hoher Wärmeleitfähigkeit 7. Fig. 2 shows a cross section through the highly heat conductive cooking zone 4 with a base plate of non-oxide ceramic 5, of not meeting the specification of the invention for flatness deviation, material-free upper side 5 a of the base plate, the coated thereon, highly planar layer 6 as well as in the surface layer 6 embedded particles high thermal conductivity 7 .
Die in den folgenden Beispielen wiedergegebenen Zusammensetzungen für die aufgetragene Schicht sind besonders bevorzugt, weil nach dem Einbrennen über die gesamte, beschichtete Oberfläche eine Oberflächenplanität mit einer Ebenheitsabweichung von < 0,05 mm erzielt werden konnte, ohne daß die aufgetragene Schicht einer weiteren, mechanischen Bearbeitung bedurft hätte:The compositions shown in the following examples for the applied Layer are particularly preferred because after baking over the entire, coated Surface achieved a flatness with a flatness deviation of <0.05 mm could be without the applied layer of further mechanical processing would have needed:
Durch die aufgetragene Oberflächenschicht wird die anfängliche, hohe Oberflächenrauhigkeit unbehandelter Keramikplatten so stark geglättet, daß sie den hohen Anforderungen an eine Ebenheitsabweichung von nicht größer als 0,05 mm genügen. Um diese Anforderung auch nur annähernd zu erfüllen, mußten Keramikplatten nach dem bisherigen Stand der Technik in aufwendigen, mechanischen Bearbeitungsverfahren mindestens erst geschliffen und gegebenenfalls dann noch geläppt und poliert werden. Bei den erfindungsgemäßen Plattensystemen ist der Aufwand zur Herstellung von hochwärmeleitenden Platten hoher Oberflächenplanität im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich geringer, was letzlich wesentlich niedrigere Kosten verursacht. Darüber hinaus kann die zusätzlich aufgetragene Oberflächenschicht neben ihrer Funktion als Schutzschicht gegen Gebrauchsspuren und Fingerprints über die Möglichkeit der Einfärbung auch noch als Dekorschicht dienen, was den damit bestückten Kochflächen ein ansprechendes Erscheinungsbild verleiht.The initial, high surface roughness is due to the applied surface layer untreated ceramic plates smoothed so much that they meet the high requirements for a Flatness deviations of no greater than 0.05 mm are sufficient. To meet this requirement too only approximately to meet ceramic plates according to the previous state of the art in elaborate, mechanical processing methods at least first ground and if necessary then lapped and polished. In the invention Plate systems are more expensive to produce highly heat-conducting plates Surface flatness compared to the prior art significantly lower, which ultimately causes much lower costs. In addition, the additionally applied Surface layer in addition to its function as a protective layer against signs of wear and tear Fingerprints on the possibility of coloring also serve as a decorative layer, which the gives cook tops an attractive appearance.
Claims (23)
2. Highly heat-conducting body according to claim 1, characterized in that the composition of the surface layer further comprises at least one of the following oxides in% by weight:
3. Highly heat-conducting body according to claim 2, characterized in that the surface layer has the following composition (in% by weight):
4. Highly heat-conducting body according to claim 3, characterized in that the surface layer has the following composition (in% by weight):
Zurverfügungstellen einer Basisplatte aus keramischem Material, deren Oberfläche nicht bearbeitet ist,
Auftragen einer Schicht auf die Basisplatte und
mechanische Oberflächenbearbeitung der Schicht derart, daß die Oberfläche der Schicht auf eine Oberflächenplanität von kleiner/gleich 0,05 mm gebracht wird. 22. A method for producing a highly heat-conducting body according to one of claims 1 to 20, with the method steps:
Providing a base plate made of ceramic material, the surface of which has not been processed,
Apply a layer on the base plate and
mechanical surface treatment of the layer such that the surface of the layer is brought to a surface flatness of less than or equal to 0.05 mm.
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