ES2343995A1

ES2343995A1 - Material de placa y procedimiento para fabricar un material de placa.

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Publication number: ES2343995A1
Application number: ES200803070A
Authority: ES
Inventors: Miguel Angel Buñuel Magdalena; Francisco Javie Ester Sola; Jose Antonio Garcia Herrer; Jose Ramon Garcia Jimenez; Rosa Isabel Merino Rubio; Fernando Planas Layunta; Rene Schmalenstrot
Original assignee: BSH Electrodomesticos Espana SA
Current assignee: BSH Electrodomesticos Espana SA
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-08-13
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: CN102186790A; WO2010043697A1; ES2343995B1; ES2389398T3; CN102186790B; EP2340234A1; EP2340234B1; US20110272396A1; PL2340234T3

Abstract

Material de placa y procedimiento para fabricar un material de placa. La invención parte de un material de placa, en especial una placa de cubierta de campo de cocción, compuesto de un material de base (10) y al menos un recubrimiento (12, 14, 16). Para poner a disposición un material de placa ligero, estable, y resistente a la temperatura del tipo genérico, se propone configurar el material de base (10) como un material prensado de una matriz cerámica (18) y fibras de refuerzo (20).

Description

Material de placa y procedimiento para fabricar un material de placa.

La invención parte de un material de placa, en especial de una placa de cubierta de campo de cocción, compuesto de un material de base y al menos un recubrimiento. Asimismo, la invención se refiere a un procedimiento para fabricar tal material de placa.

De la EP 0819366 B1 es conocido un material de placa para fabricar una placa de cubierta para un campo de cocción por inducción, que está compuesta de un material de base y un recubrimiento. El material de base se compone de una cerámica no especificada más concretamente, y se proponen diferentes materiales posibles para el recubrimiento. En un ejemplo de realización de la EP 0819366 B1, se propone fabricar el recubrimiento de un material reforzado con fibra de vidrio.

Las placas de cubierta para campos de cocción se componen por lo general de un material de vitrocerámica de fabricación muy costosa. En especial en aplicaciones para aparatos domésticos, el material de placa debe ser resistente a la temperatura hasta al menos 700ºC, y disponer de buenas propiedades de limpieza mediante una superficie robusta y lisa. La elevada conductividad térmica de tales placas de vitrocerámica puede ser ventajosa en la utilización como placa de cubierta de campos de cocción con cuerpos de calentamiento por radiación. No obstante, en la utilización como placa de cubierta para campos de cocción por inducción, el calor del elemento de batería de cocción colocado sobre la placa de cubierta y calentado mediante los inductores es transmitido a la electrónica dispuesta debajo de la placa de vitrocerámica, lo que por lo general es indeseado y desventajoso. Por lo tanto, la utilización de placas de vitrocerámica conocidas de campos de cocción por radiación para el cubrimiento de campos de cocción por inducción es mucho menos ventajosa que lo que parece a primera vista.

Por lo tanto, la invención se basa en especial en la tarea de poner a disposición un material de placa ligero, estable y resistente a la temperatura con propiedades mejoradas en especial en la utilización en campos de cocción por inducción.

La tarea se resuelve mediante un material de placa, o bien un procedimiento para fabricar tal material de placa, según las reivindicaciones independientes. De las reivindicaciones secundarias se extraen perfeccionamientos ventajosos de la invención.

La invención parte de un material de placa, en especial una placa de cubierta de campo de cocción. El material de placa se compone de un material de base y al menos un recubrimiento.

Para poder poner a disposición un material de placa económico, ligero, estable, resistente a la temperatura y/o que aísle bien térmicamente, se propone configurar el material de base como un material prensado fabricado de una matriz cerámica y fibras de refuerzo. Mediante el refuerzo de fibras, también en caso de un grosor escaso en comparación del material de base, se puede conseguir una gran estabilidad y, mediante la utilización de la matriz con las fibras de refuerzo, se puede conseguir de manera sencilla el criterio importante en especial en campos de cocción de la expansión térmica escasa. De manera similar a en las cerámicas, en las cuales la escasa expansión térmica de la fibra de vidrio absorbe la expansión de los componentes cristalinos, las fibras de refuerzo del material de base bloquean la expansión de la matriz cerámica. Por lo tanto, se puede conseguir un material de placa estable con un coeficiente de expansión térmica pequeño. Mediante una elección adecuada del recubrimiento del material de placa, se pueden conseguir las propiedades de limpieza y una dureza necesaria de la superficie.

El material de placa es de varias capas y el material de base forma preferiblemente la más gruesa de las capas. Los materiales de placa genéricos pueden utilizarse para la fabricación de placas de cubierta de campo de cocción en especial entonces si la expansión térmica asciende a menos de 0'3 x 10^{-6} por Kelvin. La dureza Vickers se encuentra preferiblemente por encima de 400 HV y la resistencia a la flexión se encuentra preferiblemente por encima de 100 MPa.

El material de placa según la invención resiste sin daños cargas también con gradientes de temperatura muy elevados, y tiene una elevada resistencia al choque térmico. A través de la estructura heterogénea del material de base, se reduce la conductividad térmica, lo que provee al material de placa de una especial idoneidad para la utilización en campos de cocción por inducción.

El material de la matriz cerámica puede ser, por ejemplo, cuarzo o dióxido de silicio, óxido de aluminio puro o alúmina, o una mezcla de estos materiales con proporciones pequeñas de otros materiales cerámicos como el óxido de calcio o la magnesia y/o sustancias aglutinantes. Básicamente, es concebible la utilización de una gran pluralidad de materiales de base cerámicos para la fabricación de la matriz.

Las fibras de refuerzo son preferiblemente fibras de vidrio, también es pensable el uso de fibras de polímero como kevlar, fibras de aramida, o similares, y fibras cerámicas como por ejemplo fibras de carbono, mullita o carburo de silicio. En un ejemplo de realización preferido de la invención, la matriz cerámica es una matriz de óxido de silicio y/o de silicato, y las fibras de refuerzo son fibras de vidrio. También es concebible una mezcla de diferentes tipos de fibras.

El aumento de la estabilidad conseguida a través de las fibras de refuerzo puede ser maximizado si las fibras de refuerzo forman al menos parcialmente un tejido que esté incorporado en el material de base.

Ensayos han dado como resultado que se pueden conseguir las mejores propiedades si el grosor de las fibras de refuerzo se encuentra entre 6 y 7 \mum. Debido a la elevada estabilidad del material de placa, para la utilización en campos de cocción son suficientes grosores del material de base entre 3 y 4 mm.

El material de placa tiene preferiblemente una resistencia a la temperatura de hasta al menos 1.200ºC, lo cual se encuentra muy por encima de la resistencia a la temperatura de 700ºC que es alcanzable con placas de vitrocerámica convencionales. El experto sabe que para conseguir la resistencia a la temperatura requerida se debe prescindir en especial de recubrimientos menos resistentes a la temperatura.

El material de base puede ser en una configuración especialmente económica de la invención un material prensado en frío. No obstante, también son concebibles materiales de base fabricados en un procedimiento de prensado en caliente.

Las propiedades de limpieza de la superficie y la dureza de la superficie pueden ser mejoradas, o sea, aumentadas, si el recubrimiento comprende un barniz. Son concebibles barnices vítreos y cerámicos. Los barnices pueden eliminar la porosidad de la superficie del material de base, y aumentar la dureza de la superficie. A través de ello, se puede alargar la vida útil del material de placa, y se pueden mejorar las propiedades de limpieza. Asimismo, la utilización de barnices, que también pueden ser coloridos, abre nuevas posibilidades en el diseño. Las ventajas a través de un diseño más flexible son efectivas en especial en la utilización de los materiales de placa según la invención en áreas visibles de aparatos domésticos, en especial como placa de cubierta para campos de cocción. El barniz puede estar aplicado en especial también en forma de marcaciones de la superficie. Las marcaciones de la superficie pueden visualizar por ejemplo diferentes zonas de calentamiento del campo de cocción, contener información con respecto a una interfaz de usuario, y/o representar una marca comercial.

En otra configuración de la invención, se propone que el recubrimiento comprenda un barniz y una capa de serigrafía con marcaciones de la superficie aplicada entre el barniz y el material de base. La capa de serigrafía puede ser protegida ventajosamente mediante el barniz en especial transparente, de modo que no se desgaste tampoco en caso de uso intenso de un campo de cocción cubierto con el material de placa según la invención.

Se puede evitar una formación de polvo en un espacio interior cubierto por el material de placa a través de un desprendimiento del material de la matriz cerámica o mediante una soltura de pequeñas partes de las fibras de refuerzo si el material de placa está recubierto por ambos lados.

La conductividad térmica del material de placa puede reducirse en comparación con placas de vitrocerámica si el material de placa es poroso. Las ventajas de esta porosidad son efectivas en especial en la utilización del material de placa en campos de cocción por inducción.

En un perfeccionamiento de la invención, se propone que el material de placa comprenda adicionalmente una capa ferromagnética. La capa puede estar compuesta en especial de grafito. La capa de grafito puede estar dispuesta entre un material de base y un recubrimiento de carburo de silicio, y posibilitar un calentamiento inductivo del material de placa, mientras que el material de base contenga un transporte de calor en una dirección. El material de placa fabricado de tal modo puede ser utilizado por ejemplo para fabricar muflas de horno, que también pueden utilizarse en aplicaciones industriales como, a modo de ejemplo, hornos de calcinación u hornos de esmaltado.

Otras ventajas se extraen de la siguiente descripción de los dibujos. En el dibujo están representados ejemplos de realización de la invención. El dibujo, la descripción y las reivindicaciones contienen numerosas características en combinación. El experto en la materia considerará las características de manera ventajosa también por separado, y las reunirá en otras combinaciones razonables.

Muestran:

Fig. 1 un campo de cocción con una placa de cubierta de un material de placa,

Fig. 2 una estructura de capas del material de placa de la placa de cubierta de la figura 1 con un material de base y varios recubrimientos,

Fig. 3 una estructura de capas de un material de placa según otra configuración de la invención,

Fig. 4 una estructura de capas de un material de placa según otra configuración de la invención con una capa ferromagnética,

Fig. 5 una placa de cubierta para un campo de cocción según otra configuración de la invención con una capa de serigrafía que marca las superficies,

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Fig. 6 una placa de cubierta de un material de placa según otra configuración de la invención con un barniz aplicado en forma de marcaciones de la superficie y

Fig. 7 una representación esquemática de una mufla de horno de un material de placa según la invención.

La figura 1 muestra esquemáticamente un campo de cocción con una placa de cubierta 26 de un material de placa. La placa de cubierta 26 presenta un lado superior recubierto para colocar elementos de batería de cocción, que es liso y fácil de limpiar, así como un lado posterior (no representado), en cuya cercanía directa están dispuestos elementos de calentamiento por inducción 28 para calentar elementos de batería de cocción colocados sobre la placa de cubierta 26. La placa de cubierta 26 según la invención es utilizable para el uso en los campos de cocción por inducción con una configuración de módulos clásica, al igual que para campos de cocción por inducción del tipo de matriz, o bien de micromódulos, con una pluralidad de inductores pequeños, dispuestos en una retícula. Asimismo, es concebible una utilización en campos de cocción con cuerpos de calentamiento por radia-
ción.

La figura 2 muestra el material de placa de la placa de cubierta 26 de la figura 1 en una representación en corte, que muestra la estructura de capas del material de placa. El material de placa se compone de un material de base 10 y varios recubrimientos 12, 14, 16. La orientación representada en la figura 2 se corresponde con la orientación de la placa de cubierta 26 en el estado de funcionamiento. El recubrimiento 12 forma el lado superior orientado horizontalmente del campo de cocción, y el recubrimiento 16 forma el lado posterior del campo de cocción.

Tal y como está representado esquemáticamente en la figura 2, el material de base 10 está compuesto de una matriz cerámica 18 y fibras de refuerzo 20 mezcladas de manera homogénea con el material de la matriz 18. El material de base 10 es un material prensado fabricado en un procedimiento de prensado en frío. Para la fabricación del material de base 10, el material que forma la matriz cerámica 18 es mezclado con las fibras de refuerzo 20 y prensado en una placa bajo presión muy elevada.

En un ejemplo de realización preferido, el material de la matriz 18 es polvo de cuarzo puro, que es unido por fusión y/o ligado a través de la presión y, dado el caso, influencia térmica, mediante sustancias aglutinantes añadidas. Al suceder esto, por ejemplo en áreas microscópicas o nanoscópicas en límites de granos de los microcristales de polvo de cuarzo, puede producirse una fase vítrea que genere un enlace y una estructura cerámica en conjunto de la matriz 18.

El material de base 10 así generado está reforzado mediante fibras de refuerzo 20. Las fibras de refuerzo 20 son en el ejemplo de realización preferido fibras de vidrio. El material de la matriz 18 sería sin estas fibras de refuerzo 20 muy blando y deleznable, por ejemplo de una consistencia gredosa o caliza. No obstante, mediante las fibras de refuerzo 20, el material de base 10 obtiene una elevada resistencia a la flexión y resistencia a la rotura si se ejercen sobre el material fuerzas por gran superficie, es decir, con superficies de apoyo de varios milímetros
cuadrados.

En ejemplos de realización alternativos, las fibras de refuerzo 20 son fibras de polímero, a modo de ejemplo, teflón o aramida. En otros ejemplos de realización alternativos, las fibras de refuerzo 20 son fibras de carbono, mullita o carburo de silicio. En ejemplos de realización preferidos, las fibras de refuerzo 20 son fibras de vidrio. Asimismo, son concebibles mezclas de estas fibras. Para la fabricación de la matriz 18, al cuarzo le puede ser añadida una pequeña porción de otros materiales cerámicos. Asimismo, es imaginable fabricar la matriz 18 de óxido de aluminio puro/alúmina o de alúmina con una adición de otros materiales cerámicos.

El recubrimiento 14 aplicado directamente sobre el material de base 10 es una capa de serigrafía que forma las marcaciones de la superficie 30 de la placa de cubierta 26. La capa de serigrafía 14 está protegida mediante un recubrimiento 12 formado por un barniz. El barniz 12 es vítreo y transparente, de modo que la capa de serigrafía 14 y, en áreas sin capa de serigrafía 14, el material de base 10, permanezca visible para el usuario desde el lado superior de la placa de cubierta 26.

Las fibras de refuerzo 20 en el material de base 10 son tan largas como sea posible, y tienen un grosor de 6 a 7 \mum. El grosor del material de base se encuentra entre 3 y 4 mm., el grosor de la capa de serigrafía 14 se encuentra entre 50 y 100 \mum, y el grosor del barniz 12 se encuentra entre 50 y 200 \mum. Asimismo, la placa de cubierta 26, o bien, el material de base 10, está provista aún sobre el lado posterior de otro recubrimiento 16, que es igualmente un barniz. De este modo, es cerrada una porosidad del lado posterior del material de base 10, al igual que la porosidad del lado superior del material de base 10, y se puede evitar un desprendimiento de partículas sueltas del material de base 10 deleznable a escala microscópica en el espacio por debajo de la placa de cubierta 26, que aloja la electrónica del campo de cocción.

El material de base 10 es esencialmente blanco o ligeramente gris, y opaco, de modo que a través de la capa de serigrafía 14, que puede ser aplicada en todos los colores imaginables, junto con el barniz 12 resultan una apariencia completamente novedosa y nuevas posibilidades para un diseño del campo de cocción.

El material de base 10 tiene una porosidad muy elevada con poros microporosos o mesoporosos de algunos nanómetros de tamaño. A través de ello, la conductividad térmica del material de base 10 es reducida en gran medida, de manera que elementos de batería de cocción calientes sobre la placa de cubierta 26 sólo difícilmente pueden calentar la electrónica dispuesta debajo de la placa de cubierta 26. A través de una elección apropiada de la presión ejercida durante la fabricación del material de base en el procedimiento de prensado en frío, el tamaño de poro puede ser ajustado de manera óptima. Ensayos han demostrado que una porosidad de aproximadamente el 30%, o en un intervalo entre el 20% y el 40%, conduce a un resultado muy satisfactorio.

La figura 3 muestra un ejemplo de realización alternativo de la invención, en el cual las fibras de refuerzo 20 no están agregadas al material de base 10, sino que forman un tejido 22 que está incorporado en la matriz 18 de dióxido de silicio cerámico.

El tejido 22 puede ser complementado mediante fibras de refuerzo añadidas sueltas al material de la matriz. En el material de placa se pueden incorporar una o varias capas de tejido. Si al menos una capa de tejido está incorporada en el material de placa en cercanía directa de una superficie superior, se puede mejorar más la resistencia de la superficie superior.

La figura 4 muestra otro ejemplo de realización alternativo de la invención, en el cual el material de base 10 de una matriz cerámica 18 y fibras de refuerzo 20 está recubierto con una capa ferromagnética 24, en especial de grafito. El material de base 10 es poroso y comprende inclusiones de aire, que reducen mucho la conductividad térmica del material de base 10. La capa ferromagnética 24 está protegida mediante un recubrimiento 12 de carburo de
silicio.

La capa ferromagnética 24 de la figura 4 puede ser calentada inductivamente desde un lado posterior (en la figura 4, abajo). Por lo tanto, el material de placa según la figura 4 puede utilizarse ventajosamente para la fabricación de una mufla de horno 32, en lo que el recubrimiento 12 esté dirigido hacia un espacio interior de la mufla de horno 32, y el material de base 10 aísle la mufla de horno 32 hacia fuera (véase la figura 7).

La figura 5 muestra una placa de cubierta 26 según la invención de un campo de cocción por inducción con marcaciones de la superficie 30, que están protegidas mediante un barniz 12. Las marcaciones de la superficie 30 están configuradas como una capa de serigrafía, y pueden ser configuradas en cualquier color arbitrario, o también de manera policroma.

La figura 6 muestra otro ejemplo de realización alternativo de la invención, en la cual las marcaciones de la superficie 30 son parte de un recubrimiento 14 (figura 2), que está configurado como barniz de color. Este barniz de color está protegido a través de un segundo barniz transparente, que forma un recubrimiento 12.

La figura 7 muestra una mufla de horno 32 para un horno de cocción u horno de calcinamiento, a modo de ejemplo, para un horno de calcinamiento-esmaltado industrial, en el cual las paredes de la mufla de horno 32 están fabricadas del material de placa según la invención según el ejemplo de realización de la figura 4, que está provisto de una capa ferromagnética 24 de grafito.

Fuera de la mufla de horno 32 están dispuestos inductores 34, los cuales calientan desde fuera la capa ferromagnética 24 (figura 4). Se pueden evitar elementos de calentamiento en el interior de la mufla 32, lo cual mejora notablemente las propiedades de limpieza. En comparación con cuerpos de calentamiento por radiación dispuestos fuera de la mufla de horno 32 y una mufla de metal, se pueden conseguir notables ahorros de peso, y se puede mejorar el grado de eficiencia.

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Símbolos de referencia

10: Material de base

12: Recubrimiento

14: Recubrimiento

16: Recubrimiento

18: Matriz

20: Fibras de refuerzo

22: Tejido

24: Capa

26: Placa de cubierta

28: Elemento de calentamiento por inducción

30: Marcación de la superficie

32: Mufla de horno

34: Inductor

D: Grosor

Claims

1. Material de placa, en especial placa de cubierta de campo de cocción, compuesto de un material de base (10) y al menos un recubrimiento (12, 14, 16), caracterizado porque el material de base (10) es un material prensado fabricado de una matriz cerámica (18) y fibras de refuerzo (20).

2. Material de placa según la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de refuerzo (20) comprenden fibras de vidrio.

3. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque las fibras de refuerzo (20) forman al menos parcialmente un tejido (22).

4. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque un grosor (D) del material de base (10) se encuentra entre 3 mm. y 4 mm.

5. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque la matriz cerámica (18) está formada al menos esencialmente de cuarzo policristalino.

6. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado por una resistencia a la temperatura hasta al menos 1.200ºC.

7. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el material de base (10) es un material prensado en frío.

8. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el recubrimiento (12) comprende un barniz.

9. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el recubrimiento (12) comprende un barniz, que está aplicado en la forma de marcaciones de la superficie.

10. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el recubrimiento (12, 14) comprende un barniz y una capa de serigrafía (14) con marcaciones de la superficie aplicada entre el barniz y el material de base (10).

11. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el material de placa presenta recubrimientos (12, 14, 16) a ambos lados.

12. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado porque el material de base (10) es poroso y tiene una porosidad entre el 20% y el 35%.

13. Material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente, caracterizado por una capa ferromagnética (24) para calentar inductivamente el material de placa.

14. Campo de cocción con una placa de cubierta de un material de placa según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente.

15. Procedimiento para fabricar un material de placa según una de las reivindicaciones 1 - 13, en especial para la utilización como placa de cubierta de campo de cocción, donde al menos un recubrimiento (12, 14, 16) es aplicado sobre un material de base (10), caracterizado porque el material de base (10) es fabricado mediante prensado en frío o en caliente de una matriz cerámica (18) y de fibras de refuerzo (20).