EP4313895A1 - Elektrisch leitend beschichteter poröser sinterkörper mit homogener schichtdicke - Google Patents

Elektrisch leitend beschichteter poröser sinterkörper mit homogener schichtdicke

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EP4313895A1
EP4313895A1 EP22719898.3A EP22719898A EP4313895A1 EP 4313895 A1 EP4313895 A1 EP 4313895A1 EP 22719898 A EP22719898 A EP 22719898A EP 4313895 A1 EP4313895 A1 EP 4313895A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sintered body
electrically conductive
conductive coating
layer
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22719898.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian LEUGNER
Thorsten Damm
Stephanie Mangold
Christian Henn
Eveline Rudigier-Voigt
Hartmut Bauch
Sabine Pichler-Wilhelm
Dang Cuong Phan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • C03C17/06—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with metals
    • C03C17/09—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with metals by deposition from the vapour phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
    • C03C17/3429—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
    • C03C17/3435—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising a nitride, oxynitride, boronitride or carbonitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C2217/281—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/10—Deposition methods
    • C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
    • C03C2218/152—Deposition methods from the vapour phase by cvd

Definitions

  • the invention generally relates to an electrically conductive porous sintered body.
  • the invention relates to an evaporator unit comprising a liquid reservoir or liquid buffer and a heating unit for storing and controlled release of evaporable substances.
  • the evaporator unit can be used in particular in electronic cigarettes, in medication administration devices, room humidifiers and/or heatable evaporators for releasing substances into the room air, such as fragrances or insect repellents.
  • Electronic cigarettes, also referred to below as e-cigarettes, are increasingly being used as an alternative to tobacco cigarettes.
  • electronic cigarettes typically include a mouthpiece and vaporizer unit, and an electrical power source operatively connected to the vaporizer unit.
  • the evaporator unit has a liquid reservoir which is connected to a heating element.
  • Certain medicaments in particular medicaments for the treatment of the respiratory tract and/or the oral and/or nasal mucosa, are advantageously administered in a gaseous or vaporized form, for example as an aerosol.
  • Vaporizers according to the invention can be used for the storage and dispensing of such medicaments, particularly in delivery devices for such medicaments.
  • Thermally heatable evaporators are increasingly being used to provide an ambience with fragrances. In particular, these can be bars, hotel lobbies and/or vehicle interiors, for example the interiors of motor vehicles, in particular passenger cars.
  • a liquid reservoir is also connected to a heating element in the evaporator unit used in this case.
  • the liquid reservoir contains a liquid, which is usually a carrier liquid such as propylene glycol or glycerin, in which additives such as fragrances and flavorings and/or nicotine and/or medication are dissolved and/or generally contained.
  • the carrier liquid is deposited on the inner surface by adsorption processes of the liquid reservoir. If necessary, a separate liquid reservoir is provided in order to supply liquid to the liquid reservoir.
  • the liquid stored in the liquid reservoir is vaporized by heating a heating element, desorbed from the wetted surface of the liquid reservoir and can be inhaled by the user. Temperatures of over 200°C can be reached here.
  • the liquid reservoir or liquid buffer must therefore have a high absorption capacity and a high adsorption effect, and at the same time the liquid must be released or transported quickly at high temperatures.
  • Electronic cigarettes with porous liquid reservoirs made of organic polymers are known from the prior art. Due to the low temperature stability of the polymeric material, there is therefore a need to maintain a minimum distance between the felt element and the liquid reservoir. This prevents a compact construction of the evaporator unit and thus of the electronic cigarette.
  • a wick can be used, which leads the liquid to be evaporated to the flex coil by capillary action. This wick is usually made of glass fibers. Although these have high temperature stability, the individual glass fibers can easily break.
  • liquid reservoir itself is made of glass fibers. There is therefore a risk that the user will inhale loose or detached fiber fragments.
  • wicks made of cellulose fibers, cotton or bamboo fibers can also be used. Although these have a lower risk of breakage than wicks made of glass fibers, they are less temperature-stable. For this reason, evaporator units are also used whose liquid reservoirs consist of porous glass or ceramics. Due to the higher temperature stability of these liquid stores, a more compact construction of the evaporator and thus of the electronic cigarette as a whole can be implemented. In practice, local evaporation can be achieved by using a low pressure combined with a high temperature.
  • the low pressure is achieved, for example, by the suction pressure when puffing on the cigarette during consumption, so the pressure is regulated by the consumer.
  • the temperatures in the liquid reservoir required for evaporation are generated by a heating unit. Temperatures of more than 200°C are usually reached here in order to ensure rapid evaporation.
  • the heating output is usually provided by an electrical heating coil operated by means of a battery or accumulator. The required heating output depends on the evaporating volume and the effectiveness of the heating.
  • the heat transport from the heating coil to the liquid should be effected by non-contact radiation.
  • the heating coil is attached as close as possible to the evaporation surface, but preferably without touching it. On the other hand, when the coil touches the surface, the liquid often overheats and decomposes.
  • EP 2 764783 A1 describes an electronic cigarette with an evaporator that has a porous liquid reservoir made of a sintered material.
  • the heating element can be designed as a heating coil or as an electrically conductive coating, with the coating being deposited only on parts of the lateral surfaces of the liquid reservoir.
  • the evaporation is locally limited.
  • US 2011/0226236 A1 describes an inhaler in which the liquid reservoir and the heating element are cohesively connected to one another.
  • Liquid reservoir and heating element form a flat composite material.
  • the liquid reservoir for example made of an open-pored sintered body, acts as a wick and directs the liquid to be evaporated to the heating element.
  • the heating element is applied to one of the surfaces of the liquid reservoir, for example in the form of a coating.
  • the evaporation takes place in a locally limited manner on the surface, so that there is also a risk of overheating.
  • evaporator units are known from the prior art in which the evaporation takes place not only on the outer surface, also referred to as the lateral surface, of the evaporator, but on its inner surface he follows.
  • the vapor develops not only locally on the surface, but in the entire volume of the evaporator.
  • the vapor pressure within the evaporator is largely constant and capillary transport of the liquid to the surface of the evaporator is still guaranteed. Accordingly, the evaporation rate is no longer minimized by capillary transport.
  • a prerequisite for a corresponding evaporator is an electrically conductive and porous material.
  • the entire volume of the evaporator heats up and evaporation takes place throughout the volume.
  • Corresponding evaporators are described in US 2014/0238424 A1 and US 2014/0238423 A1.
  • the liquid reservoir and the heating element are combined in one component, for example in the form of a porous body made of metal or a metal mesh.
  • the disadvantage here is that in the porous bodies described, the ratio of pore size to electrical resistance cannot be easily adjusted. Degradation of the coating can also occur after the application of the electrically conductive coating as a result of subsequent sintering.
  • evaporators comprising a sintered body made of glass or glass ceramic, the entire surface of which has a conductive coating.
  • a porous sintered body made of glass or glass ceramic is first produced, which in a subsequent step is provided with a relatively thick, conductive coating, for example in the form of an ITO coating.
  • the coating is applied by adsorption processes from solutions or dispersions, for example by a dipping process.
  • the disadvantage is that the production process becomes cost-intensive due to the high material requirement for conductive material such as ITO.
  • the properties of the sintered body may be adversely altered as a result of the subsequent application of a thick coating.
  • small pores in the sintered body closed by the coating and thus the active surface of the sintered body can be reduced.
  • the invention strives for good heatability and precise adjustability of the electrical resistance and porosity of the evaporator.
  • Another object of the invention is to provide a method for producing a corresponding electrically conductive sintered body.
  • the invention relates to a coated sintered body with an electrically conductive coating.
  • the sintered body is porous and has an open porosity in the range from 10 to 90%, in particular in the range from 50 to 80%, based on the volume of the sintered body. Glass, glass ceramics, plastics and/or ceramics are used as materials for the sintered body. Such sintered bodies and their production are described in DE 10 2017 123 00 A1, which is hereby fully incorporated. According to one embodiment, the sintered body additionally contains metal.
  • the surface of the sintered body includes the surface formed by the open pores or cavities.
  • the electrically conductive coating is deposited on the sintered body and is part of a heating device.
  • the surfaces of the open pores or the open cavities are also connected to the electrically conductive coating.
  • the surface of the sintered body which also includes the surfaces of the open pores in the volume of the sintered body, is referred to as the inner surface.
  • the lateral surfaces of the sintered body represent its outer surface, which is at least visually accessible and therefore visible from the outside.
  • the surfaces of structures such as bores or channels are also referred to as lateral surfaces. Accordingly, in the case of a cylindrical sintered body, for example, the term "inner surface” also includes the surface of the sintered body which is formed by the pores in the interior of the body. The inner surface is thus generally larger than the outer surface of the body.
  • the electrically conductive coating is non-positively and materially connected to the surface of the sintered body.
  • the sintered body has at least one further coating in addition to the electrically conductive coating.
  • the additional layer can be arranged on the electrically conductive coating or between the sintered body and the electrically conductive coating.
  • the coated sintered body has at least two layers in addition to the electrically conductive coating. These can be arranged on the electrically conductive coating and/or between the sintered body and the electrically conductive coating.
  • the additional layer is an adhesion promoter layer.
  • the sintered body has an adhesion promoter layer, which is preferably arranged between the sintered body and the electrically conductive coating and preferably contains titanium oxide, SiO2 and/or tin oxide.
  • the additional layer can be an adhesion promoter layer.
  • the adhesion promoter layer can have a thermal expansion coefficient that lies between the thermal expansion coefficient of the sintered body and the electrically conductive coating.
  • the adhesion promoter layer can be electrically conductive.
  • the sintered body can be provided with a barrier layer.
  • the barrier layer can be arranged both between the sintered body and the electrically conductive coating and also above the electrically conductive coating (ie the electrically conductive coating is between the sintered body and the barrier layer).
  • the barrier layer can also be electrically conductive.
  • the barrier layer is arranged between the surface of the sintered body and the electrically conductive coating.
  • the barrier layer can also have adhesion-promoting properties and thus also act as an adhesion-promoting layer at the same time.
  • the adhesion promoter layer can also have the properties of a barrier layer.
  • barrier layer comprising titanium oxide or aluminum oxide in particular have proven to be advantageous for the barrier layer.
  • the barrier layer can also be in the form of a cover layer or passivation layer and can protect the coated sintered body from oxidation, for example. Furthermore, a barrier layer can prevent particles of the electrically conductive coating from being detached and getting into the steam. Adhesion promoter layer and/or barrier layer are preferably applied by means of ALD methods (atomic layer deposition).
  • the pores or cavities on the lateral surfaces of the porous sintered body are provided with the electrically conductive coating.
  • at least all pores of the sintered body with a pore size of more than 3 mhi are provided with the electrically conductive coating.
  • pores or cavities with diameters or constrictions of less than 3 mhi can also be only partially coated. This is due to the poor accessibility of such cavities.
  • the penetration of the coating precursors during the coating process may be different or uneven due to the poorer accessibility of the corresponding very small cavity.
  • the inner pore surface of the sintered body is also provided with the electrically conductive coating, it flows.
  • the electrically conductive coating is thus deposited on the surface of the sintered body and connected to the surface of the sintered body, with the electrically conductive coating lining the pores that are located in the interior of the sintered body, so that with at least partial or sectional electrical contacting of the sintered body and Applying a current, this current flows at least partially through the interior of the sintered body and heats the interior of the sintered body.
  • the entire body volume of the sintered body through which current flows is heated and the liquid to be evaporated is accordingly evaporated on the entire electrically conductively coated inner surface of the sintered body.
  • the vapor pressure is the same everywhere in the sintered body and the vapor develops not only locally on the outer surface of the sintered body, which forms its lateral surfaces, but also inside the sintered body.
  • the electrically conductive coating is applied to the surface of the sintered body and forms at least a part of its pore surface.
  • evaporators which have a local heating device, for example a heating coil or an electrically conductive coating only on the lateral surfaces of the sintered body
  • capillary transport to the surface of the sintered body is not necessary. This prevents the evaporator from running dry if the capillary effect is too low and thus local overheating. This has an advantageous effect on the service life of the evaporator unit.
  • the sintered body has an inner surface area of more than 0.1 m 2 /g.
  • the internal surface area is less than 1 m 2 /g or even less than 0.7 m 2 /g.
  • a limitation of the inner surface is advantageous since this way chromatographic effects can be avoided during the evaporation process.
  • the sintered body has an inner surface area in the range from 0.1 to 0.5 m 2 /g, preferably in the range from 0.2 to 0.4 m 2 /g.
  • the electrically conductive coating has a homogeneous layer thickness.
  • the local deviation in the layer thickness of the electrically conductive coating is a maximum of 50% of the average layer thickness.
  • the above-described deviation in the layer thickness of the electrically conductive coating of max. 50% of the average layer thickness is therefore fulfilled by the coated surface minus the areas with pores or cavities smaller than 3 mhi or local artefacts or defects.
  • the sintered body Due to the homogeneous layer thickness, a constant or almost constant electrical resistance is achieved over the entire volume. Since the heat output of the evaporator depends on the electrical resistance of the coated sintered body the sintered body thus has a homogeneous heat output over the entire volume of the sintered body. In this way, local temperature maxima, which can lead to non-uniform evaporation or even decomposition of the liquid to be evaporated, can be avoided. According to a preferred embodiment, the deviation in the layer thickness is at most 30%, at most 20% or even at most 5%.
  • the layer thickness of a sample of the coated sintered body is determined at several, at least three, points on the inner surface using a combination of ion thinning (focus ion beam, FIB) and scanning electron microscopy (SEM).
  • the individual points of the sintered body at which the layer thickness determination is carried out are spaced apart at least 10 mhi, preferably at least 20 mhi.
  • the measuring points for determining the layer thickness are distributed over the specimen in this way.
  • a hole is first generated locally at one point using FIB, which extends through the applied layers into the sample body (substrate).
  • the working principle of the FIB is similar to that of the SEM, whereby ions (e.g. Ga ions) are used instead of electrons.
  • ions are focused in one point by means of ion optics and guided line by line over the surface within the measuring area.
  • an acceleration voltage in the range from 2 to 50 kV is applied and beam currents in the range from 1 pA to 1 mA are realized.
  • the material removal which becomes significant with higher intensities and energies, is used to remove existing coatings from samples in the near-surface area (several micrometers) in a targeted manner right down to the base material, thereby making a cross-section accessible for the subsequent layer thickness measurement using SEM.
  • the measuring range is selected in such a way that any obvious defects and artefacts that may occur in the coating are outside the measuring range.
  • the electrically conductive coating is a layer applied by means of an atomic layer deposition (ALD) method.
  • ALD atomic layer deposition
  • the atomic layer deposition method homogeneous layers can be obtained here, in particular with regard to the layer thickness.
  • the deposition process can be well controlled in the atomic layer deposition process.
  • the desired layer thickness can be set precisely in this way.
  • the electrical resistance and the heating capacity of the sintered body can thus also be adjusted in a targeted manner.
  • the deposition of very thin layers is also possible with the atomic layer deposition process.
  • a further aspect of the invention thus lies in the use of the atomic layer deposition method or ALD method for producing an electrically conductively coated sintered body.
  • the electrically conductive coating has a layer thickness in the range from 1 to 1500 nm.
  • the electrically conductive coating has a layer thickness of less than 1300 nm, preferably less than 1000 nm or even less than 700 nm.
  • the layer thickness of the electrically conductive coating according to this embodiment is therefore significantly less than, for example, electrically conductive coatings that are deposited by immersion processes.
  • the use of comparatively thin electrically conductive coatings makes it possible to avoid closing or clogging of the pores of the sintered body by the electrically conductive coating. This is advantageous since all or almost all of the open pores are available as evaporation volumes.
  • the electrically conductive coating contains a metal M, a metal oxide, metal carbide and/or a metal nitride.
  • Metals, metal oxides, metal carbides or metal nitrides with electrical resistivity in the range from 0.016 to 100 mW*hi are preferred, particularly preferably in the range from 0.05 mW*hi to 10 mW*hi and very particularly preferably in the range of 0.1 mW *hi to 10mW*hi used.
  • the metals, metal oxides, metal carbides or metal nitrides used have a specific electrical resistance in the range from 0.1 mW*hi to 5 mW*hi.
  • the metal, metal oxide, metal carbide or metal nitride coatings deposited using the ALD process can have process-related electrical resistances that are greater than the electrical resistances described above from the literature.
  • the electrical resistance of a coating deposited using the ALD process can be higher by a factor of 100 than the electrical resistance of the corresponding connection known from the literature, without departing from the invention.
  • the relatively thin coatings prevent clogging or closing of individual, small pores.
  • the required layer thickness of the electrically conductive or electrically conductive material is large enough due to the specific electrical conductivity to be able to set the electrical conductivity of the sintered body in a targeted manner.
  • the electrically conductive sintered body has a specific electrical resistance in the range from 1 to 10 9 ohm-m, preferably 100 to 100,000 ohm-m.
  • the electrically conductive coating can contain nickel.
  • metal carbides and/or metal nitrides in particular nitrides and/or carbides of the metals silver, gold, aluminum, iridium, tungsten, zinc, platinum, palladium, titanium, bismuth, molybdenum and/or ruthenium.
  • the layer thickness of the electrically conductive coating is preferably in the range from 1 to 1500 nm.
  • the respective layer thickness of the electrically conductive coating depends on the electrical conductivity to be achieved of the sintered body and on the specific electrical resistance of the component used in the electrically conductive coating. According to one embodiment, Table 1 shows the layer thicknesses of the electrically conductive coating as a function of the specific electrical resistance of the materials used.
  • Group A includes materials whose specific electrical resistance is in the range from 0.016 to 0.06 mW*hi.
  • the layer thickness here is preferably in the range from 1 to 20 nm or even in the range from 1 to 10 nm.
  • group A includes the materials silver, gold, copper, aluminum, iridium and tungsten, ie in particular materials from the class of metals.
  • the sintered body has a silver coating with a layer thickness in the range from 1 to 10 nm.
  • the materials summarized in group B have a specific electrical resistance of 0.06 to 10 mW-m.
  • Group B includes, for example, the materials zinc, platinum, indium tin oxide, palladium, titanium and titanium nitride.
  • Coatings made from group B materials preferably have a layer thickness in the range from 10 to 1000 nm.
  • Group C includes materials with a specific electrical resistance in the range from 10 to 60 mW-m.
  • Group C includes aluminum-doped zinc oxide (AZO), doped silicon, carbon, and titanium carbide.
  • the layer thickness here is preferably in the range from 200 to 1500 nm.
  • groups A to C include typical materials with typical values and there can be modifications in the materials which represent compounds, for example ITO or TiN, which are also assigned or can be assigned to another group.
  • the layer thicknesses listed in Table 1 have proven to be advantageous in particular when using a dielectric sintered body, for example a sintered body made of glass or glass ceramic.
  • the layer thicknesses required to set the desired electrical conductivity of the coated sintered body can deviate from the layer thicknesses listed in Table 1.
  • a smaller layer thickness (deviating from Table 1) of the electrically conductive coating can be sufficient to achieve a specific, desired to achieve electrical conductivity of the coated sintered body.
  • the electrically conductive layer can also comprise or consist of combinations of the materials from groups A to C. Alloying of the materials, doping with one or more materials or layer sequences and combinations thereof can be used in a targeted manner in order to obtain the required electrical conductivity. This can be advantageous, for example, to adjust the thickness of the electrically conductive layer or to increase the mechanical stability of a thin layer.
  • the composition of the electrically conductive coating can be used to set its thermomechanical properties, which is particularly advantageous when the coated sintered body is used hot. For example, the coefficient of thermal expansion of the electrically conductive coating can be matched to that of the sintered body. This avoids mechanical stresses, which increases the mechanical stability, especially with thick coatings. The tendency of the coated sintered body to delaminate can thus also be reduced.
  • a combination of materials from groups A to C can be advantageous with regard to the production of the coated sintered body, for example with regard to the process time and associated costs.
  • the electrically conductive coating can contain other materials.
  • the total content of the materials listed above in these layers is preferably at least 50% by weight, preferably at least 85% by weight or even at least 90% by weight.
  • Another embodiment provides that the electrically conductive coating consists of the above-mentioned materials, it being possible for the coating to contain foreign materials with a content of up to 5% by weight, preferably up to 1% by weight
  • the electrically conductive coating contains titanium nitride.
  • the particularly advantageous electrical specific resistances of the coated sintered body in particular in the range from 1 to 10 9 pOhm * m, preferably 100 to 10 5 mW * hi, can thus be achieved in particular by coating the sintered body with a titanium nitride layer or a layer containing titanium nitride with a layer thickness of im Range from 10 nm to 1000 nm can be achieved.
  • the layer thickness is preferably 15 nm to 700 nm, particularly preferably 20 nm to 500 nm.
  • the use of titanium nitride as a coating material is advantageous since titanium nitride can be readily deposited by means of an atomic layer deposition process.
  • the electrically conductive coating consists of titanium nitride.
  • the titanium nitride layer is polycrystalline or amorphous.
  • the electrically conductive coating is made up of at least two partial layers.
  • the sub-layers can differ in terms of their composition.
  • One embodiment of this development provides that the electrically conductive coating has at least two electrically conductive sub-layers, with the two sub-layers differing in terms of their composition.
  • the two sub-layers can therefore differ in their electrical conductivity.
  • the use of materials with different electrical conductivities offers the possibility of setting the electrical conductivity of the sintered body particularly precisely.
  • Both or all sub-layers are preferably applied using an ALD method. It is also possible that one of the partial layers is deposited using an ALD method and another deposition method, for example a galvanic deposition method and/or immersion method, is used to deposit another partial layer, without departing from the invention.
  • the electrical coating can also be in the form of a mixed layer.
  • the electrical coating can be a doped layer.
  • at least one partial layer is designed as an adhesion promoter layer or barrier layer.
  • the corresponding sub-layer can also be a be dielectric layer.
  • the corresponding partial layer does not contribute to electrical conductivity of the coated sintered body.
  • Suitable barrier layers and passivation layers contain, for example, Al2O3, T1O2, S1O2 or a layer sequence of at least two partial layers, e.g. in the sequence Al2O3 and T1O2, or a layer sequence of at least three partial layers, e.g. in the sequence T1O2, Al2O3, T1O2.
  • the sintered body can consist of glass, glass ceramic, plastic and/or ceramic and has an open porosity in the range from 10 to 90% based on the volume of the sintered body. At least 90%, in particular at least 95%, of the total pore volume is preferably present as open pores.
  • the open porosity and the pore size distribution can be determined using measuring methods according to DIN EN ISO 1183 and DIN 66133.
  • the sintered body contains an electrically conductive material in addition to a glass or glass-ceramic portion.
  • the electrical conductivity of the coated sintered body required for setting a specific resistance can be reduced.
  • the sintered body is designed as a composite of at least one electrically conductive material and at least one dielectric material.
  • the sintered body already has a basic electrical conductivity without the electrically conductive coating, which is increased to the desired conductivity by the application of the electrically conductive coating.
  • the sintered bodies of these embodiments preferably have a relatively high proportion of electrically conductive material.
  • the sintered body without the electrically conductive coating has no or only a very weak basic electrical conductivity.
  • a further form of this development provides for the use of a sintered body which is a composite of glass or glass ceramic with at least two different electrically conductive materials.
  • the sintered body has at least one first electrically conductive material and at least one second electrically conductive material, the first electrically conductive material having a lower specific electrical conductivity than the second electrically conductive material.
  • the specific electrical resistance of the first electrically conductive material is preferably greater than 0.03 ohm-m, in particular up to 0.1 ohm-m.
  • the second electrically conductive Material preferably has an electrical resistivity of less than 0.1 ohm-m, more preferably less than 0.03 ohm-m.
  • the at least one first conductive material forms a framework for the sintered body.
  • This framework serves to create a stable element that remains mechanically stable even at the sintering temperature.
  • the sintered body has an open porosity in the range of at least 10%, preferably 10%-90%, particularly preferably 30 to 80% and in particular in the range of 40 to 80%.
  • the porosity according to the invention ensures a high adsorptivity of the sintered body.
  • the sintered body can absorb at least 50% of its open pore volume of propylene glycol at a temperature of 20° C. and an adsorption time of a few seconds, for example 3-5 seconds.
  • the sintered body has good mechanical stability.
  • sintered bodies with a relatively low porosity show high mechanical stability, which can be particularly advantageous for some applications.
  • the open porosity is 20 to 50%.
  • the pores have an average pore size in the range from 1 mhi to 1000 mhi.
  • the average pore size of the open pores of the sintered body is preferably in the range from 50 to 800 mhi, particularly preferably in the range from 100 to 600 mhi.
  • Pores with appropriate sizes are advantageous because they are small enough to generate sufficient capillary force and thus ensure the supply of liquid to be evaporated, especially when used as a liquid reservoir in an evaporator, while at the same time they are large enough to allow the liquid to be released quickly to allow steam.
  • the sintered body has a multimodal, preferably a bimodal pore size distribution with large and small pores or cavities.
  • the sintered body preferably contains only a small proportion of closed pores.
  • the sintered body has only a small dead volume, ie a volume which does not contribute to the absorption of the liquid to be evaporated.
  • the sintered body preferably has a proportion of closed pores of less than 15% or even less than 10% of the total volume of the sintered body.
  • the open porosity can be determined as described above. The total porosity is calculated from the density of the body. As a proportion of closed pores the difference between total porosity and open porosity then results.
  • the sintered body even has a proportion of closed pores of less than 5% of the total volume.
  • the electrically conductively coated sintered body When used as an evaporator in electronic cigarettes, the electrically conductively coated sintered body preferably has a specific resistance in the range from 1 to 10 9 pOhm-m, preferably from 100 to 10 5 pOhm-m. Specific resistances in the ranges described above are particularly advantageous in the case of relatively small evaporators such as those used in electronic cigarettes, for example.
  • the specified conductivities are high enough to ensure sufficient heat development for evaporation. At the same time, excessive heat output, which can lead to overheating and thus decomposition of the liquid components, is avoided.
  • the sintered body according to the invention can be used both as an evaporator in electronic cigarettes and as an evaporator in medical inhalers.
  • the two applications make different demands on the evaporator. This applies in particular with regard to the required heating capacity of the evaporator.
  • the electrical resistance and thus the heat output of the evaporator can be adjusted via the layer thickness of the electrically conductive coating and the electrical conductivity thus achieved of the coated sintered body. This is advantageous since the optimum heating output depends on the dimensions of the sintered body and the voltage source used in each case.
  • vaporizers that are used in electronic cigarettes are a few cm in size and are usually operated with one or more voltage sources with a voltage of 1 V-12 V, preferably with a voltage of 1 to 5 V.
  • the evaporator is operated with an operating voltage in the range of 3 to 5 volts. Electrical resistances in the range from 0.2 to 5 ohms and a heating power of up to 80 W have proven to be particularly advantageous. In contrast to this, inhalers for the medical sector, for example, can also be operated at voltages of 110V, 220V/230V or even 380V. Electrical resistances of up to 3000 ohms and outputs of up to 1000 W are beneficial here.
  • the evaporator has mechanical electrical contact, electrical contact by means of an electrically conductive or conductive connector, or a materially bonded electrically conductive connection.
  • the electrical contact is preferably made by a soldered connection. In particular, contact is made on the lateral surfaces of the sintered body.
  • the sintered body comprises glass. Glasses with a relatively low alkali content have proven particularly advantageous here.
  • a low alkali content, in particular a low sodium content, is advantageous here from a number of points of view.
  • corresponding glasses have a relatively high transformation temperature T g , so that after the electrically conductive coating has been applied, it can be stoved at relatively high temperatures.
  • high firing temperatures have an advantageous effect on the density of the electrically conductive coating and the electrical conductivity of the sintered body.
  • the glasses preferably have a transformation temperature Tg in the range from 300.degree. C. to 900.degree. C., preferably 500.degree. C. to 800.degree.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a conventional evaporator
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a sintered body with electrical contacting on the lateral surfaces of the sintered body
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an evaporator with a sintered body coated according to the invention as a heating element
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a sintered body coated according to the invention in cross section
  • Fig. 5 shows an enlarged section of the schematic embodiment shown in Fig. 4,
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a section of the electrically conductively coated sintered body of an embodiment with a single-layer coating in cross section
  • FIG. 7 shows the schematic representation of a section of the electrically conductively coated sintered body of an embodiment with a coating of three partial layers in cross section
  • FIG. 8 shows the schematic representation of a section of the electrically conductively coated sintered body of an embodiment with an electrically conductive coating of a partial layer and an additional barrier layer
  • FIG. 9 shows the schematic representation of a section of the electrically conductively coated sintered body of an embodiment with an electrically conductive coating of a partial layer and an additional adhesion promoter layer
  • FIG. 10 shows the schematic representation of a section of the electrically conductively coated sintered body of an embodiment with an electrically conductive coating of two partial layers
  • FIG. 13 to 15 enlarged sections of the embodiment shown in Fig. 12,
  • FIG. 17 shows the SEM image of an exemplary embodiment in cross section.
  • 1 shows an example of a conventional evaporator with a porous sintered body 2 as a liquid reservoir.
  • the liquid 1 to be evaporated is absorbed by the porous sintered body 2 by the capillary forces of the porous sintered body 2 and transported further in all directions of the sintered body 2 .
  • the arrows 4 symbolize the capillary forces.
  • a heating coil 3 is positioned in the upper portion of the sintered body 2 so that the corresponding portion 2a of the sintered body 2 is heated by heat radiation.
  • the heating coil 3 is therefore brought very close to the lateral surfaces of the sintered body 2 and should not touch the lateral surfaces if possible. In practice, however, direct contact between the heating wire and the jacket surface is often unavoidable.
  • the liquid 1 evaporates in the heating area 2a. This is represented by the arrows 5.
  • FIG. The evaporation rate depends on the temperature and the ambient pressure. The higher the temperature and the lower the pressure, the faster the evaporation of the liquid in the heating area 2a.
  • the liquid 1 evaporates only locally on the lateral surfaces of the heating area 2a of the sintered body, this local area must be heated with relatively high heating power in order to achieve rapid evaporation within 1 to 2 seconds. Therefore high temperatures of more than 200°C have to be applied.
  • excessive heat output particularly in a locally narrowly limited area, can lead to local overheating and thus possibly to decomposition of the liquid 1 to be evaporated and the material of the liquid reservoir or wick.
  • a unit for example a voltage, power and/or temperature setting unit, temperature control or temperature regulation unit (not shown here) can be installed, which, however, is at the expense of battery life and limits the maximum amount of evaporation.
  • FIG. 2 shows an evaporator unit known from the prior art, in which the heating element 30 is arranged directly on the sintered body 20 .
  • the heating element 30 is firmly connected to the sintered body 20 .
  • Such a connection can be achieved in particular by the heating element 30 being in the form of a layer resistor.
  • an electrically conductive coating structured like a ladder is applied to the sintered body 20 in the manner of a layer resistor.
  • a coating applied directly to the sintered body 20 as a heating element 30 is advantageous, among other things, in order to achieve good thermal contact, which enables rapid heating.
  • the evaporator unit shown in FIG. 2 also has only a locally limited evaporation surface, so that there is also a risk of the surface overheating here.
  • FIG. 3 schematically shows the structure of an evaporator with a sintered body 6 according to the invention.
  • a sintered body 6 Like the porous sintered body 2 in FIGS. 1 and 2, it is immersed in the liquid 1 to be evaporated. Capillary forces (represented by the arrows 4) transport the liquid to be evaporated into the entire volume of the sintered body 6.
  • the sintered body 6 has an electrically conductive coating, the surface formed by the open pores having the electrically conductive coating is provided.
  • the sintered body 6 is heated in the entire volume with a large surface.
  • a separate capillary transport to the lateral surfaces or heated surfaces or elements of the sintered body 6 is therefore not necessary.
  • the evaporation in the volume proceeds much more efficiently than by means of a heating coil in a locally limited heating area, the evaporation can take place at much lower temperatures and with a lower heating power.
  • a lower electrical power requirement is advantageous insofar as this increases the usage time per battery charge or smaller rechargeable batteries or batteries can be installed.
  • FIG. 4 shows the structure of a coated sintered body 6 with open porosity using a schematic cross section through an exemplary embodiment.
  • the coated sintered body 6 has a porous, sintered glass matrix 11 with open pores 12a, 12b. A portion of the open pores 12b forms the lateral surfaces of the sintered body with their pore surface, while another portion of the pores 12a form the interior of the sintered body. All pores of Sintered bodies have an electrically conductive coating 9 .
  • the electrically conductive coating 9 preferably contains at least one of the metals or compounds listed in Table 2. Table 2: Preferred materials for the electrically conductive coating
  • the materials listed in Table 2 are particularly suitable for use as the material of the electrically conductive coating 9 because of their specific electrical resistances in the range from 0.016 to 60 mW*hi.
  • the electrically conductive coating contains only one of the materials listed in Table 2.
  • the electrically conductive coating 9 has a mixture or alloy, also as a layer sequence, of at least two materials according to Table 2.
  • the electrically conductive coating 9 preferably contains at least 80% by weight or even at least 95% by weight of electrically conductive materials with a specific electrical resistance in the range from 0.016 to 60 mW-m.
  • the electrically conductive coating 9 consists of materials with specific resistances in the range from 0.016 to 60 mW-m. Electrically have proven to be particularly advantageous with regard to setting the specific resistance conductive coatings 9 made of titanium nitride or aluminum-doped zinc oxide (AZO) exposed.
  • AZO aluminum-doped zinc oxide
  • the specific electrical resistance of the specimen can be adjusted from 1 to 10 9 pOhm-m, preferably 100 to 10 5 Ohm-m.
  • the electrically conductive coating 9 can be deposited in particular by means of an ALD method.
  • the manufacturing process of the coating 9 is described in more detail below using four exemplary embodiments.
  • the procedure for producing a product according to the invention with a uniform coating of the inner surface of aluminum zinc oxide (AZO) by means of atomic layer coating (ALD) is as follows:
  • the respective process gas is first admitted and pumped out after a reaction time of 60s in order to remove unreacted process gas.
  • a reaction time of 60s in order to remove unreacted process gas.
  • several layers of ZnO are deposited, for which purpose the precursor diethylzinc (DEZ) is first introduced in alternation, after which H2O is pumped out as the process gas for the subsequent reaction, and one cycle is completed by a rinsing step (60s).
  • DEZ diethylzinc
  • TMA trimethylaluminum
  • a resistance measurement with an ohmmeter along the length of the specimen (4 mm) gives a resistance of 7 ohms, which corresponds to a specific resistance of approx. 1770 pOhm*m.
  • An analysis of the deposited layer thickness using a focused ion beam (FIB) and a scanning electron microscope (SEM) at various points on the specimen shows an average layer thickness of 100 nm.
  • a cuboid, porous substrate consisting of glass with a porosity of 65% by volume and an average pore size of 75mhi and the geometry 2mm x 2.5mm x 3mm is placed in the process chamber of the ALD system.
  • the respective process gas Under vacuum ( ⁇ 1 mbar) and at a temperature of 430°C, with typical process parameters, the respective process gas is first admitted and pumped out after a reaction time of 60s in order to remove unreacted process gas.
  • the precursor TiCU is first admitted, flushed and then ammonia is introduced as the second process gas. This cycle is repeated 1000 times.
  • the AI2O3 top layer is then deposited.
  • the process temperature is lowered to 350°C and 100 ALD cycles are carried out with the precursors trimethylaluminum (TMA) and water.
  • TMA trimethylaluminum
  • the total layer thickness of the coating is determined using Focused Ion Beam (FIB) and Scanning Electron Microscopy (SEM) and is 160 nm.
  • FIB Focused Ion Beam
  • SEM Scanning Electron Microscopy
  • ALD atomic layer coating processes
  • an Al2O3 layer is produced as an adhesion promoter layer by repeating the four process steps 100 times: inlet of the precursor TMA,
  • the process temperature is increased to 480°C.
  • the precursor titanium tetrachloride (TiCU) is used first.
  • a flushing step of 30 seconds is then carried out, during which nitrogen is admitted into the process chamber and pumped out again.
  • NH3 is used as the process gas to initiate the subsequent reaction.
  • the final step of the ALD cycle for producing a monolayer of TiN is complete. This cycle is repeated 1300 times.
  • a layer package made of T1O2, Al2O3 and T1O2 is to be produced, which acts as a protective layer.
  • the process temperature is reduced to 350°C.
  • 50 ALD cycles are carried out with TiCl4 and water.
  • 50 ALD cycles are performed with trimethylaluminum (TMA) and water, and finally 50 ALD cycles are performed again with TiCU and water.
  • TMA trimethylaluminum
  • a uniform coating of a conductive layer of titanium nitride (TiN) is applied to the inner surface of a 30% glass, 70% steel, porosity 60% porous composite material.
  • the coating process and layer properties correspond to those described in exemplary embodiment 2.
  • the resistance of 1 ohm is determined with an ohmmeter along the length (height) of the specimen of 3 mm and corresponds to a specific resistance of the specimen of about 1670 mOIihthi.
  • FIG. 5 shows an enlarged section of the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the pore or the flea space 12 in the sintered glass matrix 11 has an average diameter Dp 0 re and is provided with the electrically conductive coating 9 .
  • the electrically conductive coating 9 has a layer thickness in the range from 1 nm to 1500 nm, while the average pore diameter is in the range from 1 to 1000 ⁇ m.
  • the coating thickness dßesohtung is very small in relation to the pore size Dp 0 re.
  • a small amount of coating material is required, so that the coating process can be carried out correspondingly inexpensively and/or relatively quickly.
  • due to the relatively small layer thickness of the electrically conductive coating there is no risk of individual pores being closed by the conductive coating and thus no longer being available for evaporation volume.
  • 6 to 9 schematically show cross sections of different exemplary embodiments.
  • 6 shows an exemplary embodiment with a single-layer electrically conductive coating 9.
  • the electrically conductive coating consists of a homogeneous layer of an electrically conductive material.
  • the electrically conductive coating 9 is a titanium nitride layer deposited by an atomic layer deposition process.
  • the titanium nitride layer has a layer thickness in the range from 10 to 1500 nm.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment in which the electrically conductive coating consists of three partial layers 90, 91, 92 and is deposited on the surface of the sintered body 11.
  • the partial layers 90 and 92 have the same composition, while the coating 91 deposited between the partial layers 90 and 92 has a different composition.
  • the electrical conductivity of the coating can be set precisely.
  • materials can also be used in the inner partial layer 91, for example, which are advantageous in terms of their electrical conductivity but would otherwise be less suitable for the respective application, for example materials which do not have sufficient oxidation resistance to the application conditions.
  • the coated sintered body can have additional coatings for the electrically conductive coating 9 .
  • FIG. 8 shows a development of the invention in which the electrically conductive sintered body has a barrier layer 13 in addition to the electrically conductive coating 9 .
  • the barrier layer 13 can be a dielectric layer and is applied to the electrically conductive coating 9 .
  • the electrically conductive coating 9 is thus arranged between the sintered body 11 and the passivation layer 13 .
  • the electrically conductive coating 9 is thus shielded from the environment by the passivation layer 13 .
  • the correspondingly coated sintered body can thus also be used under conditions under which the electrically conductive coating 9 is not stable.
  • the passivation layer is preferably an AhC layer or a TiO 2 layer. Mixed layers are also possible.
  • the adhesion promoter layer can be, for example, an SnO 2 layer or a TiO 2 layer.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment in which the electrically conductive coating is made up of the two partial layers 93, 94.
  • Partial layer 93 is a galvanically deposited silver layer
  • partial layer 94 is a titanium nitride layer and was deposited on the silver layer using an ALD method.
  • Fig. 11 shows an SEM photograph of a sintered body coated by dip coating as a comparative example.
  • the sintered body 11 has pores 12 which are coated with an electrically conductive layer 15 . It is clear from FIG. 11 that the electrically conductive coating was not deposited homogeneously over the entire surface of the sintered body. Furthermore, the coating 15 has a relatively high layer thickness, so that some pores are closed by the electrically conductive coating.
  • FIG. 12 shows an SEM photograph of an exemplary embodiment of a sintered body coated according to the invention.
  • the electrically conductive coating 9 is distributed homogeneously over the surface of the sintered body 11 .
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 12 is a porous sintered body made of glass which has been coated with a titanium nitride layer.
  • the titanium nitride layer has a layer thickness of 200 nm and was applied to the sintered body by means of the ALD process.
  • 13 to 15 are enlarged sections of the embodiment shown in FIG. It becomes clear that the electrically conductive coating has a homogeneous structure even at very high magnification and completely covers the surface of the sintered body.
  • FIG. 16 shows the SEM image of a further exemplary embodiment, in which the electrically conductive coating 9 has been removed in partial areas, so that the surface of the sintered body 11 is visible in the corresponding partial areas.
  • This exemplary embodiment also shows a homogeneous surface of the electrically conductive coating 9.
  • the isolated artefacts 16 can be traced back to irregularities in the substrate surface.
  • FIG. 17 shows the SEM recording of a cross section of a further exemplary embodiment.
  • the high homogeneity of the layer thickness of the electrically conductive coating 9 is evident in the cross section.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen beschichteten Sinterkörper umfassend einen Sinterkörper (11) sowie eine elektrisch leitfähige Beschichtung (9). Der Sinterkörper (11) umfasst eine Glas- oder Glaskeramik und weist eine offene Porosität im Bereich von 10 bis 90% auf. Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist mit der inneren Oberfläche des Sinterkörpers (11) verbunden und die elektrisch leitfähige Beschichtung ist Bestandteil einer Heizvorrichtung des beschichteten Sinterkörpers. Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist homogen auf und weist eine Varianz in der Schichtdicke von maximal 50% auf.

Description

Elektrisch leitend beschichteter poröser Sinterkörper mit homogener Schichtdicke
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen einen elektrisch leitfähigen, porösen Sinterkörper.
Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Verdampfereinheit umfassend einen Flüssigkeitsspeicher bzw. Flüssigkeitspuffer und eine Heizeinheit zur Speicherung und geregelten Abgabe von verdampfbaren Substanzen. Die Verdampfereinheit kann hierbei insbesondere in elektronischen Zigaretten, in Verabreichungsgeräten von Medikamenten, Raumbefeuchter und/oder beheizbaren Evaporatoren zur Abgabe von Substanzen in die Raumluftwie beispielsweise Duftstoffe oder Insektenrepellents verwendet werden. Elektronische Zigaretten, im Folgenden auch als E- Zigaretten bezeichnet, finden im zunehmenden Maße als Alternative zu Tabakzigaretten Verwendung.
Typischerweise umfassen die elektronischen Zigaretten ein Mundstück und eine Verdampfereinheit sowie eine elektrische Energiequelle, die in Wirkverbindung mit der Verdampfereinheit steht. Die Verdampfereinheit weist einen Flüssigkeitsspeicher auf, der mit einem Fleizelement verbunden ist. Bestimmte Medikamente, insbesondere Medikamente für die Behandlung von Atemwegen und/oder der Mund- und/er Nasenschleimhaut, werden vorteilhaft in einer gasförmigen oder verdampften Form verabreicht, z.B. als Aerosol. Erfindungsgemäße Verdampfer können für die Speicherung und Abgabe solcher Medikamente eingesetzt werden, insbesondere in Verabreichungsgeräten für solche Medikamente. Thermisch beheizbare Evaporatoren werden zunehmend dazu eingesetzt, ein Ambiente mit Duftstoffen zu versehen. Dies können insbesondere Bars, Hotellobbies und/oder Fahrzeuginnenräume sein, beispielsweise die Innenräume von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen. Auch bei der dabei eingesetzten Verdampfereinheit ist ein Flüssigkeitsspeicher mit einem Fleizelement verbunden. Der Flüssigkeitsspeicher enthält eine Flüssigkeit, bei der es sich zumeist um eine Trägerflüssigkeit wie beispielsweise Propylenglykol oder Glycerin handelt, in der Zusatzstoffe wie Duft- und Aromastoffe und/oder Nikotin und/oder Medikamente gelöst und/oder generell enthalten sind. Die Trägerflüssigkeit wird durch Adsorptionsprozesse auf der inneren Oberfläche des Flüssigkeitsspeichers gebunden. Gegebenenfalls ist ein separates Flüssigkeitsreservoir vorgesehen, um dem Flüssigkeitsspeicher Flüssigkeit zuzuführen. Allgemein gilt, die im Flüssigkeitsspeicher gespeicherte Flüssigkeit wird durch eine Erwärmung eines Fleizelements verdampft, desorbiert von der benetzten Oberfläche des Flüssigkeitsspeichers und kann vom Benutzer inhaliert werden. Hierbei können Temperaturen von über 200°C erreicht werden. Der Flüssigkeitsspeicher bzw. Flüssigkeitspuffer muss daher eine hohe Aufnahmefähigkeit und eine hohe Adsorptionswirkung aufweisen, gleichzeitig muss die Flüssigkeit bei hohen Temperaturen schnell abgegeben bzw. transportiert werden. Aus dem Stand der Technik sind elektronische Zigaretten mit porösen Flüssigkeitsspeichern aus organischen Polymeren bekannt. Auf Grund der geringen Temperaturstabilität des polymeren Materials besteht daher die Notwendigkeit, einen Mindestabstand zwischen dem Fleizelement und dem Flüssigkeitsspeicher einzuhalten. Dies verhindert eine kompakte Bauweise der Verdampfereinheit und somit der elektronischen Zigarette. Alternativ zur Einhaltung eines Mindestabstandes kann ein Docht Verwendung finden, der die zu verdampfende Flüssigkeit durch Kapillarwirkung an die Fleizwendel führt. Dieser Docht ist meist aus Glasfasern gefertigt. Diese weisen zwar eine hohe Temperaturstabilität auf, jedoch können die einzelnen Glasfasern leicht brechen. Ähnliches gilt wenn auch der Flüssigkeitsspeicher selbst aus Glasfasern hergestellt ist. Daher besteht das Risiko, dass der Benutzer lockere oder angelöste Faserbruchstücke einatmet. Alternativ können auch Dochte aus Cellulosefasern, Baumwolle oder Bambusfasern eingesetzt werden. Diese weisen zwar eine geringe Bruchgefahr als Dochte aus Glasfasern aus, jedoch sind sie weniger temperaturstabil. Daher werden auch Verdampfereinheiten verwendet, deren Flüssigkeitsspeicher aus porösen Gläsern oder Keramiken bestehen. Auf Grund der höheren Temperaturstabilität dieser Flüssigkeitsspeicher kann eine kompaktere Bauweise des Verdampfers und somit auch der elektronischen Zigarette insgesamt realisiert werden. Die lokale Verdampfung kann in der Praxis durch einen niedrigen Druck, verbunden mit einer hohen Temperatur erzielt werden. Bei einer elektronischen Zigarette wird der niedrige Druck beispielsweise durch den Saugdruck beim Ziehen an der Zigarette während des Konsums realisiert, eine Regelung des Drucks erfolgt somit durch den Konsumenten. Die für die Verdampfung benötigten Temperaturen im Flüssigkeitsspeicher werden durch eine Heizeinheit erzeugt. Hierbei werden in der Regel Temperaturen von mehr als 200°C erreicht, um eine schnelle Verdampfung zu gewährleisten. Meist erfolgt die Bereitstellung der Heizleistung durch eine elektrische, mittels Batterie oder Akkumulator, betriebene Heizspirale. Die benötigte Heizleistung ist dabei abhängig vom zu verdampfenden Volumen und der Effektivität der Heizung. Um eine Zersetzung der Flüssigkeit durch zu hohe Temperaturen zu vermeiden, soll der Wärmetransport von der Heizspule zur Flüssigkeit durch kontaktfreie Strahlung erfolgen. Hierzu wird die Heizspirale möglichst nahe an die Verdampfungsoberfläche angebracht, bevorzugt, ohne diese jedoch zu berühren. Berührt die Spule dagegen die Oberfläche, wird die Flüssigkeit oft überhitzt und zersetzt.
Eine Überhitzung der Oberfläche kann sich jedoch auch bei einem Wärmetransport durch kontaktlose Strahlung einstellen. Die Überhitzung entsteht meistens lokal an der Oberfläche des Verdampfers gegenüber der Heizspule. Dies ist der Fall, wenn im Betrieb eine große Dampfmenge benötigt wird und der Flüssigkeitstransport zur Oberfläche des Verdampfers nicht schnell genug erfolgt. Somit kann die Energiezufuhr vom Heizelement nicht zur Verdampfung verbraucht werden, die Oberfläche trocknet aus und kann lokal auf Temperaturen weit oberhalb der Verdampfungstemperatur erhitzt werden und/oder die Temperaturstabilität des Flüssigkeitsspeichers wird überschritten. Daher ist eine genaue Temperatureinstellung und/oder - Steuerung unerlässlich. Nachteilig hierbei ist jedoch der daraus resultierende komplexe Aufbau der elektronischen Zigarette, was sich unter anderem in hohen Herstellungskosten äußert.
Zudem verringert ggf. die Temperaturregelung die Dampfentwicklung und somit die maximal mögliche Dampfintensität. Die EP 2 764783 A1 beschreibt eine elektronische Zigarette mit einem Verdampfer, der einen porösen Flüssigkeitsspeicher aus einem gesinterten Material aufweist.
Das Heizelement kann als Heizspirale oder als eine elektrisch leitende Beschichtung ausgebildet sein, wobei die Beschichtung nur auf Teilen der Mantelflächen des Flüssigkeitsspeichers abgeschieden ist. Somit erfolgt auch hier die Verdampfung lokal begrenzt.
In der US 2011/0226236 A1 wird ein Inhalator beschrieben, bei dem der Flüssigkeitsspeicher und das Heizelement stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Flüssigkeitsspeicher und Heizelement bilden dabei ein flaches Verbundmaterial. Der Flüssigkeitsspeicher, beispielsweise aus einem offenporigem Sinterkörper, fungiert als Docht und leitet die zu verdampfende Flüssigkeit zum Heizelement. Das Heizelement ist dabei auf einer der Oberflächen des Flüssigkeitsspeichers, beispielsweise in Form einer Beschichtung, aufgebracht. Auch hier erfolgt somit die Verdampfung lokal begrenzt auf der Oberfläche, so dass die Gefahr einer Überhitzung ebenfalls gegeben ist.
Um diese Problematik zu umgehen, sind aus dem Stand der Technik Verdampfereinheiten bekannt, bei denen die Verdampfung nicht nur an der äußeren Oberfläche, auch als Mantelfläche bezeichnet, des Verdampfers, sondern über dessen innere Oberfläche erfolgt. Der Dampf entwickelt sich nicht nur lokal an der Oberfläche, sondern im gesamten Volumen des Verdampfers. Somit ist der Dampfdruck innerhalb des Verdampfers weitgehend konstant und ein Kapillartransport der Flüssigkeit zur Oberfläche des Verdampfers ist weiterhin gewährleistet. Entsprechend wird die Verdampfungsgeschwindigkeit nicht länger durch den Kapillartransport minimiert. Voraussetzung für einen entsprechenden Verdampfer ist ein elektrisch leitendes und poröses Material. Legt man eine elektrische Spannung an, erwärmt sich das ganze Volumen des Verdampfers und die Verdampfung findet überall im Volumen statt. Entsprechende Verdampfer werden in der US 2014/0238424 A1 und US 2014/0238423 A1 beschrieben. Hierbei werden Flüssigkeitsspeicher und Heizelement in einem Bauteil kombiniert, beispielsweise in Form eines porösen Körpers aus Metall oder einem Metallnetz. Nachteilig ist hier jedoch, dass bei den beschriebenen porösen Körpern das Verhältnis von Porengröße zu elektrischem Widerstand nicht einfach eingestellt werden kann. Auch kann es nach dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen Beschichtung durch ein darauffolgendes Sintern zu einer Degradation der Beschichtung kommen.
Die im oben genannten Stand der Technik beschriebenen Materialien sind jedoch nicht oder nur bedingt geeignet, um mittels eines Sinterprozesses Verbundstoffe herzustellen, die sowohl eine hohe, einstellbare Porosität als auch gute elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. Generell sind Keramiken aufgrund ihrer feinen Porosität und rauen Oberfläche auch schwierig durchgehend zu beschichten.
In der DE 10 2017 123 000 A1 werden daher Verdampfer umfassend einen Sinterkörper aus Glas oder Glaskeramik beschrieben, dessen gesamte Oberfläche eine leitfähige Beschichtung aufweist. Somit findet, anders als bei Sinterkörpern, die nur auf der äußeren Oberfläche eine entsprechende Beschichtung aufweisen, eine Verdampfung nicht nur auf der äußeren Oberfläche, sondern auch im Inneren des Sinterkörpers statt. Zur Herstellung entsprechender Verdampfer wird zunächst ein poröser Sinterkörper aus Glas oder Glaskeramik erzeugt, welcher in einem nachfolgenden Schritt mit einer relativ dicken, leitfähigen Beschichtung, beispielsweise in Form einer ITO-Beschichtung versehen wird. Hierbei wird die Beschichtung durch Adsorptionsprozesse aus Lösungen oder Dispersionen, beispielsweise durch ein Tauchverfahren, aufgebracht. Nachteilig ist jedoch, dass der Herstellungsprozess durch den hohen Materialbedarf an leitfähigen Material wie beispielsweise ITO kostenintensiv wird. Darüber hinaus werden durch das nachträgliche Aufbringen einer dicken Beschichtung die Eigenschaften des Sinterkörpers ggf. nachteilig verändert. Insbesondere können kleine Poren im Sinterkörper durch die Beschichtung verschlossen und somit die aktive Oberfläche des Sinterkörpers verringert werden.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Sinterkörper bereit zu stellen, der insbesondere zur Verwendung als Verdampfer in elektronischen Zigaretten und/oder Verabreichungsgeräten von Medikamenten und/oder thermisch beheizten Evaporatoren von Duftstoffen geeignet ist und der die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist. So wird durch die Erfindung insbesondere eine gute Beheizbarkeit und genaue Einsteilbarkeit von elektrischem Widerstand und Porosität des Verdampfers angestrebt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden elektrisch leitfähigen Sinterkörpers.
Kurzbeschreibunq der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft einen beschichteten Sinterkörper mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung. Der Sinterkörper ist porös und weist eine offene Porosität im Bereich von 10 bis 90%, insbesondere im Bereich von 50 bis 80%, bezogen auf das Volumen des Sinterkörpers auf. Als Materialien für den Sinterkörper werden Glas, Glaskeramiken, Kunststoffe und/oder Keramiken verwendet. Derartige Sinterkörper und ihre Herstellung wird in der DE 10 2017 123 00 A1 beschrieben, welche hiermit vollumfänglich inkorporiert wird. Gemäß einer Ausführungsform enthält der Sinterkörper zusätzlich Metall. Die Oberfläche des Sinterkörpers umfasst die Oberfläche, welche durch die offenen Poren bzw. Hohlräume gebildet wird.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung wird auf dem Sinterkörper abgeschieden und ist Bestandteil einer Heizvorrichtung. Hierbei sind auch die Oberflächen der offenen Poren bzw. der offenen Hohlräume mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung verbunden. Die Oberfläche des Sinterkörpers, welche auch die Oberflächen der offenen Poren im Volumen des Sinterkörpers umfasst, wird als innere Oberfläche bezeichnet. Die Mantelflächen des Sinterkörpers stellen seine von außen zumindest visuell zugängliche und damit sichtbare, äußere Oberfläche dar. Hierbei werden auch die Oberflächen von Strukturen wie beispielsweise Bohrungen oder Kanälen als Mantelflächen bezeichnet. Demnach beinhaltet der Begriff "innere Oberfläche" beispielsweise bei einem zylindrischen Sinterkörper auch die Oberfläche des Sinterkörpers, die durch die Poren im Inneren des Körpers, gebildet wird. Die innere Oberfläche ist somit im Allgemeinen größer als die Außenfläche des Körpers.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist gemäß einer Ausführungsform kraft- und stoffschlüssig mit der Oberfläche des Sinterkörpers verbunden. Gemäß einer Weiterbildung weist der Sinterkörper neben der elektrisch leitfähigen Beschichtung zumindest eine weitere Beschichtung auf. Die zusätzliche Schicht kann hierbei auf der elektrisch leitfähigen Beschichtung oder zwischen dem Sinterkörper und der elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist der beschichtete Sinterkörper zumindest zwei Schichten zusätzlich zur elektrisch leitfähigen Beschichtung auf. Diese können auf der elektrisch leitfähigen Beschichtung und/oder zwischen dem Sinterkörper und der elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der zusätzlichen Schicht um eine Haftvermittlerschicht.. Gemäß einer Ausführungsform weist der Sinterkörper eine Haftvermittlerschicht auf, welche bevorzugt zwischen Sinterkörper und elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet ist und vorzugsweise Titanoxid, S1O2 und/oder Zinnoxid enthält. Hierbei kann es sich bei der zusätzlichen Schicht um eine Haftvermittlerschicht handeln. Die Haftvermittlerschicht kann insbesondere einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Sinterkörpers und der elektrisch leitfähigen Beschichtung liegt. Somit können mechanische Spannungen im beschichteten Sinterkörper auch bei schwankenden Temperaturen, beispielsweise beim Aufheizen des beschichteten Sinterkörpers, minimiert und so die Anhaftung der Beschichtung verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann die Haftvermittlerschicht elektrisch leitfähig sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der Sinterkörper mit einer Barriereschicht versehen sein. Die Barriereschicht kann sowohl zwischen Sinterkörper und elektrisch leitfähigen Beschichtung als auch über der elektrisch leitfähigen Beschichtung (d.h. die elektrisch leitfähige Beschichtung ist zwischen dem Sinterkörper und der Barriereschicht) angeordnet sein. Die Barriereschicht kann ebenfalls elektrisch leitfähig sein. Gemäß einer Ausführungsform ist die Barriereschicht zwischen der Oberfläche des Sinterkörpers und der elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet. Hierbei kann die Barriereschicht auch haftvermittelnde Eigenschaften aufweisen und somit auch gleichzeitig als Haftvermittlerschicht wirken. Ebenso kann die Haftvermittlerschicht Eigenschaften einer Barriereschicht aufweisen.
Für die Barriereschicht haben sich insbesondere Schichten umfassend Titanoxid oder Aluminiumoxid als vorteilhaft herausgestellt. Die Barriereschicht kann auch als Deckschicht oder Passivierungsschicht ausgebildet sein und den beschichteten Sinterkörper beispielsweise vor Oxidation schützen. Weiterhin kann durch eine Barriereschicht vermieden werden, dass Partikel der elektrisch leitfähigen Beschichtung abgelöst werden und in den Dampf gelangen. Bevorzugt werden Haftvermittlerschicht und/oder Barriereschicht mittels ALD-Verfahren (atomic layer deposition) aufgebracht.
Es sind nicht nur die Poren oder Hohlräume auf den Mantelflächen des porösen Sinterkörpers, sondern auch die Poren oder Hohlräume im Inneren des Sinterkörpers mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen. Insbesondere sind zumindest sämtliche Poren des Sinterkörpers mit einer Porengröße von mehr als 3 mhi mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen. Poren- oder Hohlräume mit Durchmessern oder Engstellen von weniger als 3 mhi können dagegen auch nur teilweise beschichtet sein. Dies ist auf die schlechte Zugänglichkeit derartiger Hohlräume zurückzuführen. So kann es beispielsweise bei einer Beschichtung mittels ALD-Verfahren (atomic layer deposition) zu einer andersartigen oder ungleichmäßigen Durchdringung der Beschichtungsprecursor während des Beschichtungsvorgangs auf Grund der schlechteren Zugänglichkeit des entsprechenden sehr kleinen Hohlraums zurückzuführen.
Da auch die innere Porenoberfläche des Sinterkörpers mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist, fließt. Dies hat zur Folge, dass bei Beaufschlagung einer Spannung an den erfindungsgemäß beschichteten Sinterkörpers der Strom durch das gesamte Volumen des Sinterkörpers fließt und dieser somit in seinem gesamten Volumen erhitzt wird. Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist also auf der Oberfläche des Sinterkörpers abgeschieden und mit der Oberfläche des Sinterkörpers verbunden, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung die Poren auskleidet, welche sich im Inneren des Sinterkörpers befinden, so dass bei einer zumindest teilweisen oder abschnittsweisen elektrischen Kontaktierung des Sinterkörpers und Beaufschlagung mit einem Strom dieser Strom zumindest teilweise durch das Innere des Sinterkörpers fließt und das Innere des Sinterkörper erhitzt. Somit wird über das gesamte stromdurchflossene Körpervolumen des Sinterkörpers geheizt und entsprechend die zu verdampfende Flüssigkeit auf der gesamten elektrisch leitfähig beschichteten inneren Oberfläche des Sinterkörpers verdampft. Der Dampfdruck ist überall im Sinterkörper gleich hoch und der Dampf entwickelt sich nicht nur lokal auf der äußeren Oberfläche des Sinterkörpers, welche dessen Mantelflächen bildet, sondern auch im Inneren des Sinterkörpers. Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist auf der Oberfläche des Sinterkörpers aufgebracht und bildet zumindest einen Teil von dessen Porenoberfläche.
Anders als bei Verdampfern, die eine lokale Heizeinrichtung, beispielsweise eine Heizspirale oder eine elektrisch leitende Beschichtung nur auf den Mantelflächen des Sinterkörpers, aufweisen ist ein Kapillartransport zur Oberfläche des Sinterkörpers nicht notwendig. Dies verhindert ein Trockenlaufen des Verdampfers bei zu geringer Kapillarwirkung und somit auch eine lokale Überhitzung. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Verdampfereinheit aus.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Sinterkörper eine innere Oberfläche von mehr als 0,1 m2/g auf. Hierdurch steht bei Verwendung im Verdampfer eine große Oberfläche zur Verdunstung der erhitzen Flüssigkeit zur Verfügung. Bevorzugt ist die innere Oberfläche kleiner als 1 m2/g oder sogar kleiner als 0,7 m2/g. Eine Begrenzung der inneren Oberfläche ist vorteilhaft, da so Chromatographieeffekte während des Verdampfungsprozesses vermieden werden können. Gemäß einer Ausführungsform weist der Sinterkörper eine innere Oberfläche im Bereich von 0,1 bis 0,5 m2/g, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,4 m2/g auf.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung weist eine homogene Schichtdicke auf. So beträgt die lokale Abweichung der Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung maximal 50% der mittleren Schichtdicke. Hierbei können sich in Bereichen mit sehr kleinen Porengrößen oder Engstellen mit einem Durchmesser von 3 mhi lokal Abweichungen von der oben genannten Homogenität der Schichtdicke der Beschichtung ergeben, ohne dass die Erfindung verlassen wird. Die oben beschriebene Abweichung der Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung von max. 50% der mittleren Schichtdicke wird demnach über die beschichtete Oberfläche abzüglich der Bereiche mit Poren oder Hohlräumen kleiner als 3 mhi oder lokaler Artefakte oder Fehlstellen erfüllt.
Durch die homogene Schichtdicke wird ein konstanter oder nahezu konstanter elektrischer Widerstand über das gesamte Volumen erreicht. Da die Heizleistung des Verdampfers abhängig vom elektrischen Widerstand des beschichteten Sinterkörpers ist, weist der Sinterkörper somit eine homogene Heizleistung über das gesamte Volumen des Sinterkörpers auf. Somit können lokale Temperaturmaxima, welche zu einer ungleichmäßigen Verdampfung oder sogar zu einer Zersetzung der zu verdampfenden Flüssigkeit führen können, vermieden werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Abweichung der Schichtdicke maximal 30%, maximal 20% oder sogar maximal 5%.
Zur Bestimmung der Schichtdickenabweichung wird bei einer Probe des beschichteten Sinterkörpers an mehreren, zumindest drei Stellen der inneren Oberfläche die Schichtdicke mittels Kombination von lonendünnung (Focus-Ion-Beam, FIB) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) bestimmt. Die einzelnen Stellen des Sinterkörpers, an denen die Schichtdickenbestimmung durchgeführt wird, sind voneinander zumindest 10 mhi, vorzugsweise zumindest 20 mhi beabstandet. Insbesondere werden die Messpunkte zur Schichtdickenbestimmung so über den Probenkörper verteilt. Zur Schichtdickenbestimmung an den einzelnen Messpunkten wird zunächst mittels FIB lokal an einer Stelle ein Loch generiert, das durch die aufgebrachten Schichten bis in den Probenkörper (Substrat) hineinreicht.
Das Arbeitsprinzip des FIB ist ähnlich dem des REM , wobei statt der Elektronen Ionen (beispielsweise Ga-Ionen) genutzt werden. Entsprechend werden Ionen mittels einer lonenoptik in einem Punkt fokussiert und zeilenweise über die Oberfläche innerhalb des Messbereichs geführt. Hierbei wird eine Beschleunigungsspannung im Bereich von 2 bis 50 kV angelegt und Strahlströme im Bereich von 1 pA bis 1 mA realisiert. Der mit höheren Intensitäten und Energien signifikant werdende Materialabtrag wird dazu genutzt, um im oberflächennahen Bereich (mehrere Mikrometer) von Proben Vorhände Beschichtungen gezielt bis in das Grundmaterial hinein zu entfernen und dadurch einen Querschnitt für die nachfolgende Schichtdickenvermessung mittels REM zugänglich zu machen. Der Messbereich wird dabei so gewählt, das gegebenenfalls auftretende, offensichtliche Fehlstellen und Artefakte in der Beschichtung außerhalb des Messbereichs liegen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der elektrisch leitfähigen Beschichtung um eine mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens (atomic layer deposition, ALD) aufgebrachte Schicht. Mit Hilfe des Atomlagenabscheideverfahrens können hierbei insbesondere in Hinblick auf die Schichtdicke homogene Schichten erhalten werden. Des Weiteren kann der Abscheideprozess beim Atomlagenabscheideverfahren gut kontrolliert werden. So kann insbesondere die gewünschte Schichtdicke präzise eingestellt werden. Über den Zusammenhang zwischen Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung und dem elektrischen Widerstand des beschichteten Sinterkörpers kann somit auch der elektrische Widerstand und die Heizleistung des Sinterkörpers gezielt eingestellt werden. Des Weiteren ist mit dem Atomlagenabscheideverfahren auch die Abscheidung sehr dünner Schichten möglich. Somit liegt ein weiterer Aspekt der Erfindung in der Verwendung des Atomlagenabscheideverfahrens bzw. ALD-Verfahrens zur Herstellung eines elektrisch leitend beschichteten Sinterkörpers.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitfähige Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 1500 nm. Insbesondere weist die elektrisch leitfähige Beschichtung eine Schichtdicke von weniger als 1300 nm, bevorzugt von weniger als 1000 nm oder sogar von weniger als 700 nm auf. Damit ist die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung gemäß dieser Ausführungsform deutlich geringer als beispielsweise elektrisch leitfähige Beschichtungen, welche durch Tauchverfahren abgeschieden werden. Durch die Verwendung vergleichsweise dünner elektrisch leitfähiger Beschichtungen kann ein Verschließen bzw. Verstopfen von Poren des Sinterkörpers durch die elektrisch leitfähige Beschichtung vermieden werden. Dies ist vorteilhaft, da somit alle oder fast alle offenen Poren als Verdampfungsvolumen zur Verfügung stehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die elektrisch leitfähige Beschichtung ein Metall M, ein Metalloxid, Metallcarbid und/oder ein Metallnitrid. Bevorzugt werden Metalle, Metalloxide, Metallcarbide oder Metallnitride mit spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 0,016 bis 100 mW*hi, besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 mW*hi bis 10 mW*hi und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 mW*hi bis 10 mW*hi verwendet. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die verwendeten Metalle, Metalloxide, Metallcarbide oder Metallnitride einen spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 0,1 mW*hi bis 5 mW*hi aufweisen. Materialien mit entsprechenden spezifischen elektrischen Widerständen bzw. elektrischen Leitfähigkeiten sind hierbei besonders als Bestandteile der elektrisch leitfähigen Beschichtung geeignet, da die besonders vorteilhaften elektrischen Widerstände der so beschichteten Sinterkörper durch praktikable Schichtdicken erzielt werden können. So ist die Leitfähigkeit der verwendeten Beschichtungsmaterialien hoch genug, dass zur Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit des Sinterkörpers bereits relativ geringe Schichtdicken des elektrisch leitfähigen Materials ausreichen. Somit kann Beschichtungsmaterial gespart werden, was in Hinblick auf die Prozesskosten vorteilhaft ist. Die mitels ALD-Verfahren abgeschiedenen Metall-, Metalloxid-, Metallcarbid- oder Metallnitridbeschichtungen können dabei prozessbedingt elektrische Widerstände aufweisen, die größer als die oben beschriebenen elektrischen Widerstände aus der Literatur. Dabei kann der elektrische Widerstand einer mitels ALD-Verfahren abgeschiedenen Beschichtung um den Faktor 100 höher sein als der aus der Literatur bekannte elektrische Widerstand der entsprechenden Verbindung, ohne die Erfindung zu verlassen.
Weiterhin wird durch relativ dünne Beschichtungen ein Verstopfen bzw. Verschließen einzelner, kleiner Poren vermieden. Gleichzeitig ist die benötigte Schichtdicke des elektrisch leitenden bzw. elektrisch leitfähgien Materials auf Grund der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit groß genug, um die elektrische Leitfähigkeit des Sinterkörpers gezielt einstellen zu können.
Gemäß einer Ausführungsform weist der elektrisch leitfähige Sinterkörper einen spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 1 bis 109 Ohm-m, bevorzugt 100 bis 100000 Ohm-m auf.
Als vorteilhafte Bestandteile der elektrisch leitfähigen Beschichtung haben sich Silber, Gold, Aluminium, Iridium, Wolfram, Zink, Platin, Palladium, Titan, Titannitrid, Titancarbid, Bismut, Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO), Silizium, Molybdän, Ruthenium, Rutheniumoxid, Carbon und/oder deren Mischungen, diese auch als Schichtfolge, oder Legierungen, ebenfalls als Schichtfolge denkbar, herausgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrisch leitfähige Beschichtung Nickel enthalten. Eine andere Ausführungsform sieht die Verwendung von Metallcarbiden und/oder Metallnitride, insbesondere von Nitriden und/oder Carbiden der Metalle Silber, Gold, Aluminium, Iridium, Wolfram, Zink, Platin, Palladium, Titan, Bismut, Molybdän und/oder Ruthenium vor.
Vorzugsweise liegt die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung um Bereich von 1 bis 1500 nm. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Schichtdicke von weniger als 1000 nm, insbesondere von weniger als 600 nm herausgestellt. Die jeweilige Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung hängt von der zu erzielenden elektrischen Leitfähigkeit des Sinterkörpers sowie vom spezifischen elektrischen Widerstand des verwendeten Bestandteils der elektrisch leitfähigen Beschichtung ab. Tabelle 1 zeigt gemäß einer Ausführungsform die Schichtdicken der elektrisch leitfähigen Beschichtung in Abhängigkeit vom spezifischen elektrischen Widerstand der verwendeten Materialien.
In der Gruppe A werden Materialien zusammengefasst, deren spezifischer elektrischer Widerstand im Bereich von 0,016 bis 0,06 mW*hi liegt. Hier liegt die Schichtdicke vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 nm oder sogar im Bereich von 1 bis 10 nm. Insbesondere umfasst Gruppe A die Materialien Silber, Gold, Kupfer, Aluminium, Iridium und Wolfram, also insbesondere Materialien aus der Klasse der Metalle. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Sinterkörper eine Silberbeschichtung mit einer Schichtdicke im Bereich von 1 bis 10 nm auf. Die in der Gruppe B zusammengefassten Materialien weisen einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,06 bis 10 mW-m auf. Gruppe B umfasst beispielsweise die Materialien Zink, Platin, Indiumzinnoxid, Palladium, Titan und Titannitrid. Vorzugsweise weisen Beschichtungen aus Materialien der Gruppe B eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 1000 nm auf. In Gruppe C sind Materialien mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 10 bis 60 mW-m zusammengefasst. So umfasst Gruppe C beispielsweise aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO), dotiertes Silizium, Kohlenstoff und Titancarbid. Vorzugsweise lieg hier die Schichtdicke im Bereich von 200 bis 1500 nm.
Es sei angemerkt, dass die Gruppen A bis C typische Materialien mit typischen Werten umfassen und es gerade bei den Materialien, welche Verbindungen darstellen, bspw. ITO oder TiN, Modifikationen geben kann, die auch einer anderen Gruppe zugeordnet bzw. zuordenbar sind.
Die in Tabelle 1 aufgeführten Schichtdicken haben sich insbesondere bei Verwendung eines dielektrischen Sinterkörpers, beispielsweise eines Sinterkörpers aus Glas oder Glaskeramik, als vorteilhaft herausgestellt. Abhängig vom Aufbau des Sinterkörpers und dessen Material können die zur Einstellung der gewünschten elektrischen Leitfähigkeit des beschichteten Sinterkörpers benötigten Schichtdicken von den in Tabelle 1 aufgeführten Schichtdicken abweichen. Beispielsweise kann bei Sinterkörpern aus einem Kompositmaterial aus Glas oder Glaskeramik in Kombination mit zumindest einem weiteren Metall, das bspw. als Partikel bzw. Pulver zugegeben wird, eine (abweichend von Tabelle 1) geringere Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung ausreichen, um eine bestimmte, gewünschte elektrische Leitfähigkeit des beschichteten Sinterkörpers zu erzielen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige Schicht auch Kombinationen der Materialien der Gruppen A bis C umfassen oder daraus bestehen. Dabei können sowohl Legierung der Materialien, Dotierung mit einem oder mehreren Materialien oder Schichtfolgen und Kombinationen daraus zielführend zur Anwendung kommen, um eine geforderte elektrische Leitfähigkeit zu erhalten. Das kann vorteilhaft sein, um beispielsweise die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht einzustellen oder die mechanische Stabilität einer dünnen Schicht zu erhöhen. Weiterhin kann durch die Zusammensetzung der elektrisch leitfähigen Beschichtung deren thermomechanische Eigenschaften eingestellt werden, was insbesondere bei Heißanwendungen des beschichteten Sinterkörpers vorteilhaft ist. So kann beispielsweise der Wärmeausdehnungskoeffizient der elektrisch leitfähigen Beschichtung an den Sinterkörper angeglichen werden. Somit werden mechanische Spannungen vermieden, was die mechanische Stabilität insbesondere bei dicken Beschichtungen erhöht. Auch die Delaminationsneigung des beschichteten Sinterkörpers kann somit verringert werden. Weiterhin kann eine Kombination von Materialien der Gruppen A bis C in Hinblick auf die Herstellung des beschichteten Sinterkörpers, beispielsweise in Hinblick auf die Prozesszeit und damit verbunden Kosten, vorteilhaft sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige Beschichtung weitere Materialien enthalten. Vorzugsweise beträgt der Gehalt der oben aufgeführten Materialien in diesen Schichten insgesamt zumindest 50 Gew.-%, bevorzugt zumindest 85 Gew.-% oder sogar zumindest 90 Gew.-%. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung aus den oben genannten Materialien besteht, wobei die Beschichtung Fremdmaterialien mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 1 Gew.-% aufweisen kann
Insbesondere Titannitrid, Indiumzinnoxid (ITO) und aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO) bieten neben ihrer spezifischen Leitfähigkeit weiterhin den Vorteil, dass sie mit Hilfe eines Atomlagenabscheideprozesses auf der Oberfläche des Sinterkörpers abgeschieden werden können. Weiterhin sind insbesondere Platin, Titan, Titannitrid, Silber und Gold unter toxikologischen Aspekten unbedenklich, was insbesondere bei Verwendung des beschichteten Sinterkörpers in einer elektrischen Zigarette vorteilhaft ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform enthält die elektrisch leitende Beschichtung Titannitrid. Die besonders vorteilhaften elektrischen spezifischen Widerstände des beschichteten Sinterkörpers, insbesondere im Bereich von 1 bis 109 pOhm *m, bevorzugt 100 bis 105 mW*hi, können somit insbesondere durch die Beschichtung des Sinterkörpers mit einer Titannitridschicht oder einer titannitridhaltigen Schicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 1000 nm erreicht werden. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke 15 nm bis 700 nm, besonders bevorzugt 20 nm bis 500 nm. Weiterhin ist die Verwendung von Titannitrid als Beschichtungsmaterial vorteilhaft, da Titannitrid gut mittels eines Atomlagenabscheideprozesses abgeschieden werden kann. Zudem ist Titannitrid gesundheitlich unbedenklich und wird beispielsweise im medizinischen Sektor verwendet. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die elektrisch leitfähige Beschichtung aus Titannitrid. Vorzugsweise ist die Titannitridschicht polykristallin oder amorph.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung aus zumindest zwei Teilschichten aufgebaut ist. Die Teilschichten können sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Eine Ausführungsform dieser Weiterbildung sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung zumindest zwei elektrisch leitfähige Teilschichten aufweist, wobei sich die beiden Teilschichten hinsichtlich ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Die beiden Teilschichten können sich somit in ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden. Die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten bietet die Möglichkeit, die elektrische Leitfähigkeit des Sinterkörpers besonders genau einzustellen. Vorzugsweise werden beide, bzw. alle Teilschichten mit einem ALD Verfahren aufgebracht. Es ist auch möglich, dass eine der Teilschichten mit einem ALD-Verfahren abgeschieden wird und zur Abscheidung einer anderen Teilschicht ein anderes Abscheideverfahren, beispielsweise eine galvanisches Abscheideverfahren und/oder Tauchverfahren verwendet wird, ohne die Erfindung zu verlassen.
Alternativ kann die elektrische Beschichtung auch als Mischschicht ausgebildet sein. So kann es sich beispielsweise bei der elektrischen Beschichtung um eine dotierte Schicht handeln. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass zumindest eine Teilschicht als Haftvermittlerschicht oder Barriereschicht ausgebildet ist. Die entsprechende Teilschicht kann hierbei auch eine dielektrische Schicht sein. In diesem Fall trägt die entsprechende Teilschicht nicht zu elektrischen Leitfähigkeit des beschichteten Sinterkörpers bei. Geeignete Barriereschichten und Passivierungsschichten enthalten beispielsweise AI2O3, T1O2, S1O2 oder eine Schichtabfolge aus zumindest zwei Teilschichten, z.B. in der Abfolge AI2O3 und T1O2 oder eine Schichtabfolge aus zumindest drei Teilschichten, z.B. in der Abfolge T1O2, AI2O3, T1O2.
Der Sinterkörper kann aus Glas, Glaskeramik, Kunststoff und/oder Keramik bestehen und weist eine offene Porosität im Bereich von 10 bis 90 % bezogen auf das Volumen des Sinterkörpers auf. Bevorzugt liegen mindestens 90 %, insbesondere mindestens 95% des gesamten Porenvolumens als offene Poren vor. Die offene Porosität und die Porengrößenverteilung kann dabei mit Messverfahren gemäß der DIN EN ISO 1183 und DIN 66133 bestimmt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sinterkörper neben einem Glasoder Glaskeramikanteil ein elektrisch leitendes Material enthält. Hierdurch kann die für die Einstellung eines bestimmten Widerstandes benötigte elektrische Leitfähigkeit des beschichteten Sinterkörpers Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schicht verringert werden. Gemäß einer Ausführungsform dieser Weiterbildung ist der Sinterkörper ist als Komposit aus zumindest einem elektrisch leitfähigen Material und zumindest einem dielektrischen Material ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform dieser Weiterbildung weist der Sinterkörper bereits ohne die elektrisch leitfähige Beschichtung eine elektrische Grundleitfähigkeit auf, welche durch das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf die gewünschte Leitfähigkeit erhöht wird. Vorzugsweise weisen die Sinterkörper dieser Ausführungsformen einen relativ hohen Anteil an elektrisch leitfähigem Material auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der Sinterkörper ohne die elektrisch leitfähige Beschichtung keine oder eine nur sehr schwache elektrische Grundleitfähigkeit auf.
Eine weitere Ausbildungsform dieser Weiterbildung sieht die Verwendung eines Sinterkörpers vor, welcher ein Komposit aus Glas- oder Glaskeramik mit zumindest zwei verschiedenen elektrisch leitfähigen Materialien darstellt. Der Sinterkörper weist hierbei zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Material und zumindest ein zweites elektrisch leitfähiges Material auf, wobei das erste elektrisch leitfähige Material eine niedrigere spezifische elektrische Leitfähigkeit, als das zweite elektrisch leitfähige Material aufweist. Bevorzugt liegt der spezifische elektrische Widerstand des ersten elektrisch leitfähigen Materials bei größer als 0,03 Ohm-m, insbesondere bis zu 0,1 Ohm-m. Weiterhin weist das zweite elektrisch leitfähige Material vorzugsweise ein spezifischer elektrischer Widerstand kleiner als 0,1 Ohm-m, besonders bevorzugt mehr kleiner als 0,03 Ohm-m auf.
Insbesondere bildet das zumindest eine erste leitfähige Material ein Gerüst für den Sinterkörper. Dieses Gerüst dient dazu, ein stabiles Element zu schaffen, was auch bei der Sintertemperatur mechanisch stabil bleibt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Sinterkörper eine offene Porosität im Bereich von mindestens 10%, vorzugsweise 10% - 90%, besonders bevorzugt 30 bis 80% und insbesondere im Bereich von 40 bis 80% auf. Durch die erfindungsgemäße Porosität wird eine hohe Adsorptionsfähigkeit des Sinterkörpers gewährleistet. So kann der Sinterkörper gemäß einer Ausführungsform bei einer Temperatur von 20°C und einer Adsorptionszeit von wenigen Sekunden bspw. 3-5 Sekunden zumindest 50% seines offenen Porenvolumens an Propylenglykol aufnehmen. Gleichzeitig weist der Sinterkörper eine gute mechanische Stabilität auf. Insbesondere Sinterkörper mit einer relativ geringen Porosität zeigen eine hohe mechanische Stabilität, was für einige Anwendungen besonders vorteilhaft sein kann. Gemäß einer anderen Ausführungsform beträgt die offene Porosität 20 bis 50%.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Poren eine mittlere Porengröße im Bereich von 1 mhi bis 1000 mhi auf. Bevorzugt liegt die mittlere Porengröße der offenen Poren des Sinterkörpers im Bereich von 50 bis 800 mhi, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 600 mhi. Poren mit entsprechenden Größen sind dabei vorteilhaft, da sie klein genug sind, um ausreichend große Kapillarkraft zu erzeugen und so den Nachschub an zu verdampfender Flüssigkeit insbesondere bei Verwendung als Flüssigkeitsspeicher in einem Verdampfer zu gewährleisten, gleichzeitig sind sie groß genug, um eine zügige Abgabe des Dampfes zu ermöglichen. Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Sinterkörper eine multimodale, vorzugsweise eine bimodale Porengrößenverteilung mit großen und kleinen Poren bzw. Flohlräumen aufweist.
Der Sinterkörper enthält vorzugsweise nur einen geringen Anteil an geschlossenen Poren. Dadurch weist der Sinterkörper nur ein geringes Totvolumen, d.h. ein Volumen, welches nicht zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit beiträgt, auf. Bevorzugt weist der Sinterkörper einen Anteil an geschlossenen Poren von weniger als 15 % oder sogar weniger als 10 % des Gesamtvolumens des Sinterkörpers auf. Zur Bestimmung des Anteils der geschlossenen Poren kann die offene Porosität wie oben beschrieben bestimmt werden. Die Gesamtporosität wird aus der Dichte des Körpers errechnet. Als Anteil der geschlossenen Poren ergibt sich dann die Differenz aus Gesamt-Porosität und offener Porosität. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Sinterkörper sogar einen Anteil an geschlossenen Poren von weniger als 5 % des Gesamtvolumens auf.
Bei Verwendung als Verdampfer in elektronischen Zigaretten weist der elektrisch leitfähig beschichtete Sinterkörper bevorzugt einen spezifischen Widerstand im Bereich von 1 bis 109 pOhm-m, bevorzugt von 100 bis 105 pOhm-m auf. Spezifische Widerstände in den oben beschriebenen Bereichen sind hierbei insbesondere bei relativ kleinen Verdampfern wie sie beispielsweise in elektronischen Zigaretten verwendet werden vorteilhaft. Die angegebenen Leitfähigkeiten sind hoch genug um eine für die Verdampfung ausreichende Hitzeentwicklung zu gewährleisten. Gleichzeitig werden zu hohe Heizleistungen, die zu einer Überhitzung und somit zu einer Zersetzung der Flüssigkeitsbestandteile führen können, vermieden.
Der erfindungsgemäße Sinterkörper kann sowohl als Verdampfer in elektronischen Zigaretten als auch als Verdampfer in medizinischen Inhalatoren verwendet werden. Die beiden Anwendungen stellen hierbei unterschiedliche Anforderungen an den Verdampfer. Dies gilt insbesondere in Hinblick auf die benötigte Heizleistung des Verdampfers. Über die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung sowie der somit erreichten elektrischen Leitfähigkeit des beschichteten Sinterkörpers kann der elektrische Widerstand und somit die Heizleistung des Verdampfers eingestellt werden. Dies ist vorteilhaft, da die optimale Heizleistung von den Abmessungen des Sinterkörpers sowie der jeweils verwendeten Spannungsquelle abhängig ist. So weisen beispielsweise Verdampfer, die in elektronischen Zigaretten verwendet werden, eine geringe Größe von einigen cm auf und werden meist mit einer oder mehreren Spannungsquellen mit einer Spannung von 1 V - 12 V, bevorzugt mit einer Spannung von 1 bis 5 V betrieben. Diese Spannungsquellen können Standardbatterien oder Standard-Akkumulatoren sein. Gemäß einer Ausführungsform wird der Verdampfer mit einer Betriebsspannung im Bereich von 3 bis 5 Volt betrieben. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei elektrische Widerstände im Bereich von 0,2 bis 5 Ohm und eine Heizleistung bis 80 W herausgestellt. Im Unterschied dazu können beispielsweise Inhalatoren für den medizinischen Bereich auch bei Spannungen von 110V, 220V/230 V oder sogar 380 V betrieben werden. Hier sind elektrische Widerstände bis 3000 Ohm und Leistungen bis 1000 W vorteilhaft. Je nach Ausführungsform einer Verdampfereinheit, bzw. dessen Verwendung können auch andere Betriebsspannungen, beispielsweise größer 12V bis kleiner 110V, Widerstände, z.B. größer 5 Ohm und Leistungsbereiche, z.B. größer als 80W geeignet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Verdampfer eine mechanische elektrische Kontaktierung, eine elektrische Kontaktierung durch einen elektrisch leitenden bzw. leitfähigen Verbinder oder eine stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung auf. Vorzugsweise erfolgt die elektrische Kontaktierung durch eine Lötverbindung. Insbesondere erfolgt die Kontaktierung an den Mantelflächen des Sinterkörpers.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Sinterkörper Glas. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei Gläser mit einem relativ geringen Alkaligehalt gezeigt.
Ein niedriger Alkaligehalt, insbesondere ein niedriger Gehalt an Natrium ist hierbei unter mehreren Gesichtspunkten vorteilhaft. Zum einen weisen entsprechende Gläser eine relativ hohe Transformationstemperatur Tg auf, so dass nach dem Aufträgen der elektrisch leitfähigen Beschichtung diese bei relativ hohen Temperaturen eingebrannt werden kann. Insbesondere bei elektrisch leitfähigen Beschichtungen auf Oxidbasis wirken sich hohe Einbrandtemperaturen vorteilhaft auf die Dichte der elektrisch leitfähigen Beschichtung sowie die elektrische Leitfähigkeit des Sinterkörpers aus. Bevorzugt weisen die Gläser eine Transformationstemperatur Tg im Bereich von 300 °C bis 900 °C, bevorzugt 500 °C bis 800 °C auf.
Fiqurenbeschreibunq
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren 1 bis 17 sowie verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines konventionellen Verdampfers,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Sinterkörpers mit elektrischer Kontaktierung an den Mantelflächen des Sinterkörpers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verdampfers mit einem erfindungsgemäß beschichteten Sinterkörper als Heizelement,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß beschichteten Sinterkörpers im Querschnitt, Fig. 5 ein vergrößerter Ausschnitt der in Fig. 4 gezeigten schematischen Ausführungsform,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes des elektrisch leitfähig beschichteten Sinterkörpers einer Ausführungsform mit einer einschichtigen Beschichtung im Querschnitt,
Fig. 7 die schematische Darstellung eines Ausschnittes des elektrisch leitfähig beschichteten Sinterkörpers einer Ausführungsform mit einer Beschichtung aus drei Teilschichten im Querschnitt,
Fig. 8 die schematische Darstellung eines Ausschnittes des elektrisch leitfähig beschichteten Sinterkörpers einer Ausführungsform mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung aus einer Teilschicht und einer zusätzlichen Barriereschicht,
Fig. 9 die schematische Darstellung eines Ausschnittes des elektrisch leitfähig beschichteten Sinterkörpers einer Ausführungsform mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung aus einer Teilschicht und einer zusätzlichen Haftvermittlerschicht,
Fig. 10 die schematische Darstellung eines Ausschnittes des elektrisch leitfähig beschichteten Sinterkörpers einer Ausführungsform mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung aus zwei Teilschichten,
Fig. 11 REM-Aufnahmen eines mittels Tauchverfahren beschichteten Sinterkörpers,
Fig. 12 REM-Aufnahmen eines Ausführungsbeispiels in Aufsicht,
Fig. 13 bis 15 vergrößerte Ausschnitte des in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig. 16 REM-Aufnahme eines weiteren Ausführungsbeispiels in Aufsicht und
Fig. 17 die REM-Aufnahme eines Ausführungsbeispiels im Querschnitt. In Fig. 1 wird ein Beispiel für einen konventionellen Verdampfer mit einem porösen Sinterkörper 2 als Flüssigkeitsspeicher gezeigt. Durch die Kapillarkräfte des porösen Sinterkörpers 2 wird die zu verdampfende Flüssigkeit 1 vom porösen Sinterkörper 2 aufgenommen und weiter in alle Richtungen des Sinterkörpers 2 transportiert. Die Kapillarkräfte werden dabei durch die Pfeile 4 symbolisiert. Im oberen Abschnitt des Sinterkörpers 2 wird eine Heizspirale 3 so positioniert, dass der entsprechende Abschnitt 2a des Sinterkörpers 2 durch Wärmestrahlung erhitzt wird. Die Heizspirale 3 wird daher sehr nah an die Mantelflächen des Sinterkörpers 2 gebracht und soll die Mantelflächen möglichst nicht berühren. In der Praxis ist jedoch ein direkter Kontakt von Heizdraht und Mantelfläche oft nicht vermeidbar.
Im Heizbereich 2a erfolgt die Verdampfung der Flüssigkeit 1. Dies wird durch die Pfeile 5 dargestellt. Die Verdampfungsgeschwindigkeit ist dabei abhängig von der Temperatur und des Umgebungsdrucks. Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck ist, desto schneller erfolgt die Verdampfung der Flüssigkeit im Heizbereich 2a.
Da die Verdampfung der Flüssigkeit 1 nur lokal an den Mantelflächen des Heizbereiches 2a des Sinterkörpers erfolgt, muss die Erwärmung dieses lokalen Bereiches mit relativ hohen Heizleistungen erfolgen um eine schnelle Verdampfung innerhalb von 1 bis 2 Sekunden zu erreichen. Daher müssen hohe Temperaturen von mehr als 200°C aufgewendet werden. Flohe Heizleistungen, insbesondere in einem lokal eng begrenztem Bereich, können jedoch zu einer lokalen Überhitzung und somit gegebenenfalls zu einer Zersetzung der zu verdampfenden Flüssigkeit 1 und des Materials des Flüssigkeitsspeichers bzw. Dochtes führen.
Des Weiteren können hohe Heizleistungen auch zu einer zu schnellen Verdampfung führen, so dass durch die Kapillarkräfte nicht schnell genug Flüssigkeit 1 zur Verdampfung bereitgestellt werden kann. Dies führt ebenfalls zu einer Überhitzung der Manteloberflächen des Sinterkörpers im Heizbereich 2a. Daher kann eine Einheit, beispielsweise eine Spannungs-, Leistungs- und/oder Temperatureinstellungseinheit, Temperatursteuerungs oder Temperaturregelungseinheit (hier nicht dargestellt) eingebaut werden, welche jedoch zu Lasten der Batterielebensdauer geht und die maximale Verdampfungsmenge limitiert.
Nachteilig am in Fig. 1 dargestellten und aus dem Stand der Technik bekannten Verdampfer sind somit die lokale Fleizungsmethode und der damit verbundene uneffektive Wärmetransport, die komplexe und teure Kontrolleinheit und die Überhitzungs- und Zersetzungsgefahr der zu verdampfenden Flüssigkeit. Fig. 2 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Verdampfereinheit, bei welcher das Heizelement 30 direkt auf dem Sinterkörper 20 angeordnet ist. Insbesondere ist das Heizelement 30 fest mit dem Sinterkörper 20 verbunden. Eine solche Verbindung kann insbesondere erzielt werden, indem das Heizelement 30 als Schichtwiderstand ausgebildet ist. Dazu wird eine leiterförmig strukturierte, elektrisch leitende Beschichtung nach Art eines Schichtwiderstands auf dem Sinterkörper 20 aufgebracht. Eine direkt auf dem Sinterkörper 20 aufgebrachte Beschichtung als Heizelement 30 ist unter anderem vorteilhaft, um einen guten Wärmekontakt zu erreichen, der ein schnelles Aufheizen ermöglicht. Jedoch weist auch die in Fig. 2 gezeigte Verdampfereinheit nur eine lokal begrenzte Verdampfungsoberfläche, so dass auch hier die Gefahr einer Überhitzung der Oberfläche gegeben ist.
Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Verdampfers mit einem erfindungsgemäßen Sinterkörper 6. Wie auch der poröse Sinterkörper 2 in Fig. 1 und Fig. 2 taucht dieser in die zu verdampfende Flüssigkeit 1 ein. Durch Kapillarkräfte (dargestellt durch die Pfeile 4) erfolgt ein Transport der zu verdampfenden Flüssigkeit in das gesamte Volumen des Sinterkörpers 6. Der Sinterkörper 6 weist eine elektrisch leitende Beschichtung auf, wobei die Oberfläche, die durch die offenen Poren gebildet wird, mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist. Somit wird bei Anlegen einer elektrischen Spannung der Sinterkörper 6 im gesamten Volumen mit großer Oberfläche erhitzt. Somit wird die Flüssigkeit 1 im Unterschied zu dem in Fig. 2 gezeigten Verdampfer nicht nur an den Mantelflächen des Sinterkörpers, d.h. in einem lokal begrenzten Teil des Sinterkörpers 6, sondern im gesamten Volumen des Sinterkörpers 6 gebildet. Ein gesonderter Kapillartransport zu den Mantelflächen bzw. beheizten Flächen oder Elementen des Sinterkörpers 6 ist somit nicht notwendig. Zudem besteht nicht die Gefahr einer lokalen Überhitzung. Da die Verdampfung im Volumen wesentlich effizienter abläuft als mittels einer Heizspirale in einem lokal begrenzten Heizbereich kann die Verdampfung bei wesentlich geringeren Temperaturen und einer geringeren Heizleistung erfolgen. Ein geringerer elektrischer Leistungsbedarf ist insofern vorteilhaft, da somit die Nutzungszeit pro Akkuladung steigt bzw. kleinere Akkus oder Batterien verbaut werden können.
Fig. 4 zeigt den Aufbau eines beschichteten Sinterkörpers 6 mit offener Porosität an Hand eines schematischen Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel. Der beschichtete Sinterkörper 6 weist eine poröse, gesinterte Glasmatrix 11 mit offenen Poren 12a, 12b auf. Ein Teil der offenen Poren 12b bildet mit ihrer Porenoberfläche die Mantelflächen des Sinterkörpers, während ein anderer Teil der Poren 12a das Innere des Sinterkörpers bilden. Alle Poren des Sinterkörpers weisen elektrisch leitfähige Beschichtung 9 auf. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 enthält dabei bevorzugt zumindest eines der in Tabelle 2 aufgeführten Metalle bzw. Verbindungen. Tabelle 2: Bevorzugte Materialien der elektrisch leitfähigen Beschichtung
Die in Tabelle 2 aufgeführten Materialien sind auf Grund ihrer spezifischen elektrischen Widerstände im Bereich von 0,016 bis 60 mW*hi besonders für die Verwendung als Material der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 geeignet. Hierbei enthält die elektrisch leitfähige Beschichtung gemäß einer Ausführungsform lediglich eines der in Tabelle 2 aufgeführten Materialien. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 eine Mischung oder Legierung, auch als Schichtfolge, zumindest zweier Materialien gemäß Tabelle 2 aufweist. Bevorzugt enthält die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 einen Gehalt an elektrisch leitfähigen Materialien mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 0,016 bis 60 mW-m von zumindest 80 Gew.-% oder sogar von zumindest 95 Gew.-%. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 aus Materialien mit spezifischen Widerständen im Bereich von 0,016 bis 60 mW-m besteht. Besonders vorteilhaft bezüglich der Einstellung des spezifischen Widerstandes haben sich elektrisch leitfähige Beschichtungen 9 aus Titannitrid oder aluminiumdotierten Zinkoxid (AZO) herausgestellt.
Abhängig von der Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 kann hierbei der spezifische elektrische Widerstand des Probenkörpers von 1 bis 109 pOhm-m, bevorzugt 100 bis 105 Ohm-m eingestellt werden.
Die elektrisch leitende Beschichtung 9 kann insbesondere mittels ALD-Verfahren abgeschieden werden. Nachfolgend wird der Herstellungsprozess der Beschichtung 9 anhand von vier Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1:
Zum Erzeugen eines erfindungsgemäßen Produktes mit einer gleichmäßigen Beschichtung der inneren Oberfläche aus Aluminiumzinkoxid (AZO) mittels Atomlagenbeschichtungsverfahren (ALD) wird folgendermaßen vorgegangen:
Ein zylinderförmiges, poröses Substrat bestehend aus Glas, mit einer Porosität von 65vol% und einer mittleren Porengröße von 75 mhi, der Geometrie D = 3mm, L = 4 mm wird in die Prozesskammer der ALD Anlage gegeben. Unter Vakuum (<1 mbar) und bei einer Temperatur von 250°C werden bei typischen Prozessparametern zunächst das jeweilige Prozessgas eingelassen, nach einer Reaktionszeit von 60s abgepumpt, um unreagiertes Prozessgas zu entfernen. Es werden zunächst mehrere Lagen ZnO abgeschieden, wozu im Wechsel zunächst der Precursor Diethylzink (DEZ), nach dem Abpumpen dann H2O als Prozessgas für die Folgereaktion eingelassen wird und ein Zyklus durch einen Spülschritt (60s) abgeschlossen wird. Es folgt ein weiterer Zyklus mitTrimethylaluminium (TMA), gefolgt von der Einleitung von H2O und Spülschritt. Diese Sequenz wird wiederholt bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Im vorliegenden Fall wurde der Zyklus 800 mal wiederholt. Nach Fertigstellung der Beschichtung wird die Heizung ausgeschaltet und die Prozesskammer belüftet, um die Probe zu entnehmen.
Der Probekörper wurde im Anschluss mit einer Kontaktierungsschicht aus Silber über die gesamte Stirnfläche versehen (Radius = 1,5mm). Eine Widerstandsmessung mit einem Ohmmeter entlang der Länge des Probenkörpers (4 mm) ergibt einen Widerstand von 7 Ohm, was einem spezifischen Widerstand von ca. 1770 pOhm*m entspricht. Eine Analyse der abgeschiedenen Schichtdicke mittels Focused Ion Beam (FIB) und Rasterelektronenmikroskop (REM) an verschiedenen Stellen des Probenkörpers weist eine mittlere Schichtdicke von 100 nm auf.
Ausführungsbeispiel 2
Zum Erzeugen eines erfindungsgemäßen Produktes mit einer gleichmäßigen Beschichtung der inneren Oberfläche bestehend aus einer leitfähigen Schicht aus Titannitrid (TiN) und einer Schutzschicht aus Aluminiumoxid (AI203) mittels Atomlagenbeschichtungsverfahren (ALD) wird folgendermaßen vorgegangen:
Ein quaderförmiges, poröses Substrat bestehend aus Glas, mit einer Porosität von 65 Vol% und einer mittleren Porengrösse von 75mhi und der Geometrie 2mm x 2,5mm x 3mm wird in die Prozesskammer der ALD Anlage gegeben. Unter Vakuum (<1 mbar) und bei einer Temperatur von 430°C werden bei typischen Prozessparametern zunächst das jeweilige Prozessgas eingelassen, nach einer Reaktionszeit von 60s abgepumpt, um nicht reagiertes Prozessgas zu entfernen.
Es wird hierbei in jedem Zyklus zur Abscheidung der Titanitridschicht zunächst der Precursor TiCU eingelassen, gespült und nachfolgend Ammoniak als zweites Prozessgas eingeleitet. Dieser Zyklus wirdl 000 mal wiederholt.
Nachfolgend wird die AI2O3 Deckschicht abgeschieden. Hierzu wird die Prozesstemperatur auf 350°C gesenkt und 100 ALD-Zyklen mit den Precursoren Trimethyaluminium (TMA) und Wasser durchgeführt.
Die Gesamtschichtdicke der Beschichtung wird mittels Focused Ion Beam (FIB) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) ermittelt und beträgt 160 nm. Eine Widerstandsmessung mit einem Ohmmeter entlang der Länge des Probenkörpers (3mm) ergibt einen Widerstand von 3 Ohm, was einem spezifischen Widerstand von ca. 5000 pOhrrfm entspricht.
Ausführungsbeispiel 3
Zum Erzeugen eines porösen Sinterkörpers mit einer gleichmäßigen Beschichtung der inneren Oberfläche bestehend aus einer Barriereschicht aus AI2O3, einer leitfähigen Schicht aus Titannitrid (TiN) und einer Schutzschicht bestehend aus dem Schichtpaket Titandioxid (T1O2) / Aluminiumoxid (AI2O3) und Titandioxid (T1O2) mittels Atomlagenbeschichtungsverfahren (ALD) wird folgendermaßen vorgegangen: Ein quaderförmiges, poröses Substrat bestehend aus Glas, mit einer Porosität von 65 Vol% und einer mittleren Porengrösse von 75mhi und der Geometrie 2mm x 2,5mm x 3mm wird in die Prozesskammer der ALD Anlage gegeben. Das Substrat wird in einer Stickstoffatmosphäre auf eine Temperatur von 350°C aufgeheizt.
Im Folgenden wird eine AI2O3 Schicht als Haftvermittlerschicht Haftschicht hergestellt durch 100 maliges Wiederholen der vier Prozessschritte: Einlass des Precursors TMA,
Spülschritt, Einlass von Wasser und Spülschritt abgeschieden.
Zur Herstellung der TiN Schicht wird die Prozesstemperatur auf 480°C erhöht. Es wird zunächst der Precursor Titantetrachlorid (TiCU). Anschließend wird ein Spülschritt von 30 Sekunden durchgeführt, bei dem Stickstoff in die Prozesskammer eingelassen und wieder abgepumpt wird. Anschließend wird NH3 als Prozessgas, um die Folgereaktion einzuleiten. Nach 30 Sekunden Spülzeit mit Stickstoff ist der letzte Schritt des ALD Zyklus zum Herstellen einer Monolage TiN fertig. Dieser Zyklus wird 1300 mal wiederholt.
Als nächstes soll ein Schichtpaket aus T1O2, AI2O3 und T1O2 hergestellt werden, das als Schutzschicht fungiert. Dafür wird die Prozesstemperatur auf 350°C gesenkt. Anschließend werden 50 ALD Zyklen mit TiCI4 und Wasser durchgeführt. Als nächstes werden 50 ALD Zyklen mitTrimethylalumnium (TMA) und Wasser durchgeführt und schlussendlich werden erneut 50 ALD Zyklen mit TiCU und Wasser durchgeführt.
Eine Widerstandsmessung des beschichteten Sinterkörpers mit einem Ohmmeter entlang der Länge des Probenkörpers (3mm) ergibt einen Widerstand von 2 Ohm, was einem spezifischen Widerstand von ca. 3330 mOIihUth entspricht. Eine Analyse der abgeschiedenen Schichtdicke mittels Focused Ion Beam (FIB) und Rasterelektronenmikroskop (REM) an verschiedenen Stellen des Probenkörpers weist eine Schichtdicke von 200 nm auf.
Ausführungsbeispiel 4
Für ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Sinterkörpers mit einem Widerstand von 1 Ohm wird eine gleichmäßige Beschichtung einer leitfähigen Schicht aus Titannitrid (TiN) auf der inneren Oberfläche eines porösen Komposite-Materials aus 30%Glas, 70%Stahl und Porosität 60% aufgebracht. Der Beschichtungsprozess und Schichteigenschaften entsprechen denen, wie in Ausführungsbeispiel 2 beschrieben. Der Widerstand von 1 Ohm wird mit einem Ohmmeter entlang der Länge (Höhe) des Probenkörpers von 3 mm ermittelt und entspricht einem spezifischen Widerstand des Probenkörpers von ca. 1670 mOIihthi. In Fig. 5 ist ein vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsführungsbeispiels dargestellt. Die Pore bzw. der Flohlraum 12 in der gesinterten Glasmatrix 11 weist hierbei einen mittleren Durchmesser Dp0re auf und ist mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 versehen. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 weist hierbei eine Schichtdicke dßesohiohtung im Bereich von 1 nm bis 1500nm auf, während der mittlere Porendurchmesser im Bereich von 1 bis 1000 mhi liegt. Somit ist die Beschichtungsdicke dßesohiohtung in Relation zur Porengröße Dp0re sehr gering. Hierdurch wird zum einen nur wenig Beschichtungsmaterial benötigt, so dass der Beschichtungsprozess entsprechend kostengünstig und/oder relativ schnell erfolgen kann. Weiterhin besteht durch die relativ geringe Schichtdicke dßesohiohtung der elektrisch leitfähigen Beschichtung nicht die Gefahr, dass einzelne Poren durch die leitfähige Beschichtung verschlossen werden und somit nicht mehr zum Verdampfungsvolumen zur Verfügung stehen.
In den Fig. 6 bis 9 sind schematisch Querschnitte unterschiedlicher Ausführungsbeispiele dargestellt. Fig. 6 zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel mit einer einschichtigen elektrisch leitfähigen Beschichtung 9. Die elektrisch leitfähige Beschichtung besteht gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einer homogenen Schicht eines elektrisch leitfähigen Materials. In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 um eine durch einen Atomlagenabscheideprozess abgeschiedene Titannitridschicht. Die Titannitridschicht weist hierbei eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 1500 nm auf.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung aus drei Teilschichten 90, 91, 92 besteht und auf der Oberfläche des Sinterkörpers 11 abgeschieden ist. In dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Teilschichten 90 und 92 die gleiche Zusammensetzung auf, während die zwischen den Teilschichten 90 und 92 abgeschiedene Beschichtung 91 eine andere Zusammensetzung aufweist. Durch die Verwendung verschiedener Teilschichten aus unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Materialien kann zum einen die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung exakt eingestellt werden. Weiterhin können beispielsweise in der innen liegenden Teilschicht 91 auch Materialien verwendet werden, welche zwar in Hinblick auf ihre elektrische Leitfähigkeit vorteilhaft sind, jedoch für die jeweilige Anwendung ansonsten weniger geeignet wären, beispielsweise Materialien, welche keine ausreichende Oxidationsbeständigkeit gegenüber den Anwendungsbedingungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der beschichtete Sinterkörper zusätzliche Beschichtungen zur elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 aufweisen.
Fig. 8 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei welcher der elektrisch leitfähige Sinterkörper zusätzlich zur elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 eine Barriereschicht 13 aufweist. Die Barriereschicht 13 kann hierbei eine dielektrische Schicht sein und ist auf der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 aufgebracht. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 ist somit zwischen dem Sinterkörper 11 und der Passivierungsschicht 13 angeordnet. Somit wird die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 durch die Passivierungsschicht 13 von der Umgebung abgeschirmt. Somit kann der entsprechend beschichtete Sinterkörper auch unter Bedingungen eingesetzt werden, unter denen die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 nicht stabil ist. Vorzugsweise ist die Passivierungsschicht eine AhC -Schicht oder Ti02-Schicht. Auch Mischschichten sind möglich.
In Fig. 9 wird schematisch eine Ausführungsform dargestellt, bei der zwischen dem Sinterkörper 11 und der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9 eine Haftvermittlerschicht 14 angeordnet ist. Bei der Haftvermittlerschicht kann es sich beispielsweise um eine Sn02-Schicht oder eine Ti02-Schicht handeln.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die elektrisch leitende Beschichtung aus den beiden Teilschichten 93, 94 aufgebaut ist. Bei der Teilschicht 93 handelt es sich dabei um eine galvanisch abgeschiedene Silberschicht, die Teilschicht 94 ist eine Titannitridschicht und wurde mittels ALD-Verfahren auf der Silberschicht abgeschieden.
Fig. 11 zeigt eine REM-Aufnahme eines mittels Tauchbeschichtung beschichteten Sinterkörpers als Vergleichsbeispiel. Der Sinterkörper 11 weist hierbei Poren 12 auf, welche mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 15 beschichtet sind. Anhand von Fig. 11 wird deutlich, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung nicht homogen über die gesamte Oberfläche des Sinterkörpers abgeschieden wurde. Weiterhin weist die Beschichtung 15 eine relativ hohe Schichtdicke auf, so dass einige Poren von der elektrisch leitfähigen Beschichtung verschlossen werden.
Fig. 12 zeigt eine REM-Aufnahme eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß beschichteten Sinterkörpers. Hier ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 homogen über die Oberfläche des Sinterkörpers 11 verteilt. Bei dem in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen porösen Sinterkörper aus Glas, welcher mit einer Titannitridschicht beschichtet wurde. Die Titannitridschicht weist eine Schichtdicke von 200 nm auf und wurde mitels ALD-Verfahren auf den Sinterkörper aufgebracht. Bei den Fig. 13 bis 15 handelt es sich um vergrößerte Ausschnite des in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiels. Es wird deutlich, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung auch bei sehr hoher Vergrößerung eine homogene Struktur aufweist und die Oberfläche des Sinterkörpers vollständig bedeckt. Fig. 16 zeigt die REM-Aufnahme eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung 9 in Teilbereichen entfernt wurde, so dass in den entsprechenden Teilbereichen die Oberfläche des Sinterkörpers 11 sichtbar ist. Auch dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine homogene Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9. Die vereinzelten Artefakte 16 sind dabei auf Unregelmäßigkeiten der Substratoberfläche zurück zu führen.
In Fig. 17 wird die REM-Aufnahme eines Querschnits eines weiteren Ausführungsbeispiels gezeigt. Im Querschnit zeigt sich die hohe Homogenität der Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung 9.

Claims

Patentansprüche
1. Beschichteter Sinterkörper umfassend einen Sinterkörper (11) sowie eine elektrisch leitfähige Beschichtung (9), wobei der Sinterkörper (11) Glas oder Glaskeramik umfasst, eine offene Porosität im Bereich von 10 bis 90 % aufweist, die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) mit der Oberfläche des Sinterkörpers (11), welche durch die offenen Poren (12) gebildet wird, verbunden ist, die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) Bestandteil einer Heizvorrichtung des beschichteten Sinterkörpers ist, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) zumindest auf der gesamten inneren Porenoberfläche des Sinterkörpers (11) abgeschieden ist, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) eine Schichtdicke dßesohiohtung mit einer Varianz der Schichtdicke von maximal 50% aufweist.
2. Beschichteter Sinterkörper gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Varianz der Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung (9) maximal 40%, bevorzugt maximal 30%, besonders bevorzugt maximal 5% aufweist.
3. Beschichteter Sinterkörper gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüchen, wobei die Schichtdicke dßesohiohtung der elektrisch leitfähigen Beschichtung (9) 10 nm bis 1500 nm, bevorzugt 15 bis 1000 nm und besonders bevorzugt 20 nm bis 500 nm beträgt und die elektrisch leitende Beschichtung bevorzugt Titannitrid enthält.
4. Beschichteter Sinterkörper gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Sinterkörper (11) als Komposit aus Glas und zumindest einem Metall, Glas und Keramik, Glaskeramik und Keramik und/oder Glaskeramik und zumindest einem Metall ausgebildet ist.
5. Beschichteter Sinterkörper gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) ein Metall , ein Metalloxid oder Metallnitrid, Metallcarbid enthält, bevorzugt ein Metall, ein Metalloxid, Metallcarbid und/oder ein Metallnitrid mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 0,016 bis 60 mW-m, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mW-m bis 10 mW-m .
6. Beschichteter Sinterkörper gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die elektrisch leitende Beschichtung (9) ein Metall mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 0,016 bis 0,06 mW-m, bevorzugt Silber, Kupfer, Aluminium, Iridium, Gold, Molydän und/oder Wolfram, enthält und die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 20 nm aufweist.
7. Beschichteter Sinterkörper gemäß Anspruch 5, wobei die elektrisch leitende Beschichtung (9) ein Metall, Metalloxid, und/oder Metallnitrid mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von > 0,06 bis 10 mW-m, bevorzugt Zink, Platin, Palladium, Titan, Bismut, Indiumzinnoxid, Ruthenium, Rutheniumoxid und /oder Titannitrid, enthält und die elektrisch leitfähige Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 1000 nm aufweist.
8. Beschichteter Sinterkörper gemäß Anspruch 5, wobei die elektrisch leitende Beschichtung (9) ein Metall, Metalloxid, Metallcarbid und/oder Metallnitrid mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von > 10 bis 60 mW-m, bevorzugt aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO), dotiertes Silizium und/oder Titancarbid, enthält und die elektrisch leitfähige Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 200 bis 1500 nm aufweist.
9. Beschichteter Sinterkörper gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) Silber, Gold, Aluminium, Iridium, Wolfram, Zink, Platin, Palladium, Titan, Titannitrid, Titancarbid, Silizium, Bismut, Titancarbid, Indiumzinnoxid, AZO, Molybdän, Ruthenium, Rutheniumoxid, Nickel und/oder deren Mischungen oder Legierungen enthält.
10. Beschichteter Sinterkörper gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) aus zumindest zwei Teilschichten (90, 91, 92) aufgebaut ist.
11. Beschichteter Sinterkörper gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei sich die einzelnen Teilschichten (90, 91, 92) hinsichtlich ihrer Zusammensetzung unterscheiden.
12. Beschichteter Sinterkörper gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Sinterkörper (11) zusätzlich zur elektrisch leitfähigen Beschichtung (9) zumindest eine weitere Schicht aufweist, welche auf der leitenden Beschichtung (9) und/oder zwischen dem Sinterkörper (11) und der elektrisch leitfähigen Beschichtung (9) angeordnet ist.
13. Beschichteter Sinterkörper gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei der Sinterkörper (11) als weitere Schicht eine Haftvermittlerschicht (14) und/oder eine Barriereschicht
(13) umfasst und bevorzugt die elektrisch leitende Beschichtung (9) auf der Haftvermittlerschicht (14) und/oder die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) zwischen Sinterkörper (11) und der Barriereschicht (13) angeordnet ist.
14. Beschichteter Sinterkörper gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (9) mittels Atomlagenabscheidung (ALD) abgeschieden wurde.
15. Beschichteter Sinterkörper gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der beschichtete Sinterkörper einen spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 1 bis 109 mOIihthi, bevorzugt im Bereich von 100 bis 105 Ohm-m aufweist.
16. Verwendung des beschichteten Sinterkörpers gemäß einem der vorstehenden Ansprüche als Heizelement in einem Verdampfer, bevorzugt in einer Verdampfereinheit einer elektrischen Zigarette.
17. Verdampfereinheit umfassend einen Sinterkörper gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 15
18. Verwendung eines Atomlagenabscheideverfahrens (ALD) zur Herstellung eines beschichteten Sinterkörpers für einen Verdampfer.
19. Verwendung eines Atomlagenabscheideverfahrens zur Herstellung eines beschichteten Sinterkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
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