ES2548065B1

ES2548065B1 - Placa base de aparato doméstico con uno o varios materiales de matriz producidos a través de un proceso sol-gel

Info

Publication number: ES2548065B1
Application number: ES201430533A
Authority: ES
Inventors: Jorge ALAMAN AGUILAR; Hippolyte AMAVEDA; Luis Alberto ANGUREL LAMBAN; Miguel Ángel Buñuel Magdalena; Francisco Javier Ester Sola; Mario Mora Alfonso; Pilar Pérez Cabeza; Fernando Planas Layunta; María TOMÁS GIMENO
Original assignee: BSH Electrodomesticos Espana SA
Current assignee: BSH Electrodomesticos Espana SA
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2016-07-22
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: ES2954782T3; ES2548065A1

Abstract

Placa base de aparato doméstico con uno o varios materiales de matriz producidos a través de un proceso sol-gel.#La invención hace referencia a una placa base de aparato doméstico (20), en particular, a una placa base de campo de cocción, con uno o varios materiales de matriz (24) que presentan una fase gruesa, compuesta en gran medida o por completo por micropartículas de dióxido de silicio (58), y una fase fina, y los cuales están producidos parcialmente o por completo a través de un proceso sol-gel.#Con el fin de conseguir un ajuste de las propiedades de la placa base de aparato doméstico (20) que pueda realizarse mediante un proceso técnico sencillo, se propone que la fase fina comprenda partículas de óxido de aluminio (60) y/o partícula de óxido de silicio y/o partículas de aluminosilicato.#Asimismo, se propone un procedimiento (34) para fabricar una placa base de aparato doméstico (20), donde el o los materiales de matriz (24) se obtengan mediante una gelificación de una o varias suspensiones de polvo de dióxido de silicio en un solvente, y el solvente esté formado parcialmente o por completo por una dispersión coloidal de óxido de aluminio.

Description

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PLACA BASE DE APARATO DOMÉSTICO CON UNO O VARIOS MATERIALES DE MATRIZ PRODUCIDOS A TRAVÉS DE UN PROCESO SOL-GEL DESCRIPCION

5 La invención hace referencia a una placa base de aparato doméstico, en particular, a una placa base de campo de cocción, según el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención resuelve el problema técnico, inter alia, de proporcionar una placa base de aparato doméstico genérica en la que sus propiedades mecánicas y térmicas se puedan ajustar fácilmente durante su fabricación. Según la invención, este problema técnico

10 se resuelve a través de las características de la reivindicación 1, mientras que de las reivindicaciones secundarias se pueden extraer realizaciones y perfeccionamientos ventajosos de la invención.

La invención hace referencia a una placa base de aparato doméstico, en particular, a una placa base de campo de cocción, con uno o varios materiales de matriz que presentan una

15 fase gruesa, compuesta en gran medida o por completo por micropartículas de dióxido de silicio, y una fase fina, y los cuales están producidos parcialmente o por completo a través de un proceso sol-gel, donde la fase fina comprenda nanopartículas de óxido de aluminio y/o nanopartículas de óxido de silicio y/o partículas de aluminosilicato.

El término “placa base de aparato doméstico” incluye el concepto de una placa de uno o

20 varios materiales de matriz, la cual esté prevista para formar el cuerpo base de una placa de aparato doméstico. De manera preferida, la placa base de aparato doméstico está realizada como placa de un material compuesto, el cual comprenda un material de fibra incrustado en un material de matriz. El término “previsto/a” incluye los conceptos de programado/a, concebido/a y/o provisto/a de manera específica. La expresión consistente en que un objeto

25 esté previsto para una función determinada incluye el concepto relativo a que el objeto satisfaga y/o realice esta función determinada en uno o más estados de aplicación y/o de funcionamiento. El término “placa de aparato doméstico” incluye el concepto de una placa que esté prevista para formar uno o más elementos de la superficie, preferiblemente un elemento de la superficie superior, de un aparato doméstico, por ejemplo de una cocina.

30 El término “material de matriz” incluye el concepto de un material que esté previsto para formar a partir de un material compuesto un cuerpo base para un cuerpo, y para alojar el material de fibra. El material de matriz está formado por una cerámica y/o configura enlaces químicos con el material de fibra y, de manera preferida, el material de matriz está formado por una materia prima cerámica y presenta una fase gruesa y una fase fina, donde la fase gruesa conforma una matriz tridimensional, y la fase fina está incrustada en la matriz tridimensional y, en concreto, las partículas de la fase fina están ligadas con partículas de la fase gruesa mediante enlaces químicos. El término “fase gruesa” incluye el concepto de una fase granular del material, cuyas partículas presenten un tamaño medio que sea diez o más veces mayor que el tamaño medio de las partículas de la fase fina. En principio, la fase gruesa y la fase fina pueden estar compuestas del mismo material o de diferentes materiales, y la fase gruesa y/o la fase fina pueden estar compuestas en cada caso por una mezcla de diferentes materiales. De manera preferida, tanto la fase gruesa como la fase fina están formadas por materiales cerámicos, concibiéndose también en principio que la fase gruesa y/o la fase fina estén formadas por materiales no cerámicos. El material cerámico está formado de manera preferida por un material del grupo de sustancias de los óxidos, en particular, por dióxido de silicio (SiO2). Aunque se puede utilizar dióxido de silicio amorfo, en principio también son posibles otras modificaciones del dióxido de silicio, por ejemplo, el cuarzo. El material cerámico también puede estar formado en principio por una cerámica sin óxido, por ejemplo, por carburo de silicio (SiC). El término “micropartículas de dióxido de silicio” incluye el concepto de partículas de dióxido de silicio con un diámetro de orden micrométrico. El término “nanopartículas” incluye el concepto de partículas con un diámetro de orden nanométrico.

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La expresión “producidos parcialmente o por completo a través de un proceso sol-gel” incluye el concepto relativo a que uno o más pasos parciales de la producción de al menos el material de matriz comprenda un proceso sol-gel. El término “proceso sol-gel” incluye el concepto de un proceso de producción para un material en el que como material de partida para la producción sirva una suspensión o dispersión coloidal del material, la cual se denomina sol, en un solvente, y en el cual el material sea transformado a través de una gelificación en un gel, es decir, una matriz tridimensional de una sustancia sólida con poros en los que pueda contenerse un líquido y/o un gas. En el sol pueden estar contenidos estabilizantes para estabilizar la suspensión, agentes para la adaptación de un valor del pH de la suspensión y/u otros aditivos. También puede estar suspendida y/o disuelta una mezcla de varios materiales, donde uno de los materiales conforme la matriz tridimensional del gel como fase gruesa durante la gelificación, y otro u otros materiales estén distribuidos en los poros como fase fina.

El término “aluminosilicato” incluye el concepto de un mineral que esté compuesto por tetraedros de SiO4 y tetraedros de AIO4 como componentes básicos. Los “aluminosilicatos” pueden denominarse alternativamente “alumosilicatos”. Los aluminosilicatos son distintos a aquellos minerales denominados silicatos de aluminio en los que en los componentes básicos aparezca aluminio coordinado octaédricamente en lugar de aluminio coordinado tetraédricamente.

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Mediante la forma de realización según la invención, se puede conseguir una placa base de aparato doméstico cuyas propiedades mecánicas y térmicas, por ejemplo, una dilatación térmica, puedan ajustarse con facilidad variándose un porcentaje de las nanopartículas de óxido de aluminio y/o de las partículas de aluminosilicato y/o de las micropartículas de dióxido de silicio.

Asimismo, se propone que la nanofase esté compuesta parcialmente o por completo por mullita. El término “mullita” incluye el concepto de un aluminosilicato con la fórmula química Al2Al2+2xSi2-2xO10-x, donde “x” indica las vacantes de oxígeno por celda unidad. La mullita presenta una mayor estabilidad térmica y una mayor resistencia a la fluencia que aquellos materiales que estén compuestos en su totalidad por dióxido de silicio u óxido de aluminio. Se puede conseguir en particular una placa base de aparato doméstico con una resistencia al calor elevada y con poca dilatación térmica.

Además, se propone que la placa base de aparato doméstico presente uno o varios materiales de fibra ligados con el o los materiales de matriz. El término “material de fibra” incluye el concepto de un material en forma de fibra, el cual esté previsto para ser incorporado en una matriz del material de matriz durante la producción de un material compuesto, y configurar compuestos químicos con el material de matriz. Una composición material del material de matriz y del material de fibra puede coincidir entre sí en parte o por completo, por ejemplo, el material de matriz puede contener dióxido de silicio amorfo o cristalino y el material de fibra puede estar formado por fibras de dióxido de silicio amorfo. El término “material compuesto” incluye el concepto de un material de dos o más materiales individuales ligados entre sí, el cual presente propiedades materiales que se diferencien de las propiedades materiales de los materiales individuales, a modo de ejemplo, materiales compuestos de fibras con fibras incorporadas en un material de matriz, o materiales compuestos estratificados, por ejemplo, materiales compuestos tipo sándwich. Se puede conseguir una placa base de aparato doméstico con una elevada resistencia a la rotura.

Se propone además una placa de aparato doméstico, en particular, una placa de campo de cocción con una placa base de aparato doméstico según la invención.

Asimismo, se propone un procedimiento para fabricar una placa base de aparato doméstico, donde el o los materiales de matriz se obtengan mediante una gelificación de una o varias parcialmente o por completo por una dispersión coloidal de óxido de aluminio. El término “polvo de dióxido de silicio” incluye el concepto de un polvo de micropartículas de dióxido de silicio que estén previstas para conformar la fase gruesa del material de matriz. El término “dispersión coloidal de óxido de aluminio” incluye el concepto de una dispersión acuosa que contenga nanopartículas de óxido de aluminio. Se puede obtener un material de matriz cuyas propiedades mecánicas y térmicas puedan ajustarse con facilidad en el proceso de producción.

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Además, se propone que la o las suspensiones presenten una razón de masa de óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio a dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio con valores entre 0,3 y 0,67. De manera preferida, la o las suspensiones presentan una razón de masa de óxido de aluminio de la solución de óxido de aluminio a dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio con un valor de aproximadamente 0,584. Con esta razón de masa en la suspensión, alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio se puede formar una capa de recubrimiento de partículas de óxido de aluminio si éstos presentan una carga distinta. El óxido de aluminio es una llamada sustancia anfótera que puede encontrar en la dispersión coloidal como partículas con carga positiva y negativa dependiendo del valor del pH. A través de la razón de masa ajustada, se puede estabilizar la suspensión, ya que las nanopartículas de óxido de aluminio de la capa de recubrimiento se repelen entre sí y, por tanto, se evita la floculación de las micropartículas de dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio.

Asimismo, se propone que, en al menos un paso del procedimiento, la suspensión sea ajustada en un valor de pH ácido. En un medio ácido, las partículas de óxido de aluminio tienen carga positiva que, por tanto, presentan una carga contraria a las micropartículas de dióxido de silicio de la suspensión, de modo que en la suspensión se forma una capa de partículas estables de óxido de aluminio alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio, y las capas de partículas de óxido de aluminio se repelen mutuamente alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio. En principio, la suspensión también puede ser ajustada en un valor de pH básico, habiendo entonces en la suspensión nanopartículas de óxido de aluminio y micropartículas de dióxido de silicio que presentan la misma carga, de forma que se repelen mutuamente. Se prefiere un ajuste de la suspensión en un valor de pH básico si en la suspensión se emplea un porcentaje bajo de óxido de aluminio, ya que, con un porcentaje bajo de óxido de aluminio, una capa de recubrimiento de las micropartículas de dióxido de silicio queda incompleta como consecuencia de la escasez de óxido de aluminio y, debido a la repulsión entre las capas de polvo de dióxido de silicio, no produce la estabilización. Dándose tales circunstancias, como consecuencia de la repulsión mutua de todas las partículas entre sí, la dispersión de partículas de óxido de aluminio alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio es más estable con un valor de pH básico que con un valor de pH ácido, con el que, a través de la diferente carga de las partículas de óxido de aluminio y de las micropartículas de dióxido de silicio, se ocasiona una floculación de las micropartículas de dióxido de silicio que sólo estén recubiertas parcialmente. Se puede conseguir la estabilización de la suspensión sin añadirse un estabilizante adicional.

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Además, se propone que, en al menos un paso del procedimiento, se añada a la suspensión dispersión coloidal de dióxido de silicio para iniciar la gelificación. El término “dispersión coloidal de dióxido de silicio” incluye el concepto de una dispersión que contenga nanopartículas de dióxido de silicio dispersas. El término “nanopartículas de dióxido de silicio” incluye el concepto de partículas de dióxido de silicio con diámetros de orden nanométrico. Las nanopartículas de dióxido de silicio de carga negativa se unen con partículas de óxido de aluminio de carga positiva y, por tanto, rompen la estabilización de la suspensión a través de la capa de partículas de óxido de aluminio alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio, de modo que las micropartículas de dióxido de silicio floculan y comienzan a formar una matriz tridimensional de gel. Añadiéndose nanopartículas de dióxido de silicio, se puede obtener la formación de partículas de aluminosilicato mediante la sinterización de las nanopartículas de dióxido de silicio y las nanopartículas de óxido de aluminio. Es posible que la gelificación se inicie mediante un proceso técnico sencillo, y que para iniciar la gelificación se pueda prescindir de la adición de un desestabilizante extraño a los componentes del material de la matriz.

Asimismo, se propone que el dióxido de silicio de la dispersión coloidal de dióxido de silicio añadida presente una razón de masa con respecto a la masa del óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio con un valor entre 0,33 y 0,45. De manera preferida, el dióxido de silicio de la dispersión coloidal de dióxido de silicio añadida presenta una razón de masa con respecto a la masa del óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio con un valor de aproximadamente 0,39. Así, se puede obtener una razón de masa con la que, realizándose el correspondiente tratamiento posterior, sea obtenible un elevado porcentaje de mullita en la fase fina.

Además, se propone que, en al menos otro paso del procedimiento, se efectúe un tratamiento térmico a una temperatura de entre 800º C y 1.100º C. De manera preferida, el tratamiento térmico se realiza a una temperatura de 1050º C. El tratamiento térmico provoca que los granos de la fase fina se sintericen parcialmente, obteniéndose así una modificación de la estructura de la fase fina con una compactación de la misma. El tratamiento térmico se denomina también proceso de sinterización, y provoca la sinterización de las partículas de dióxido de silicio y de las nanopartículas de dióxido de aluminio formando partículas de aluminosilicato. Asimismo, el tratamiento térmico puede provocar la formación de mullita en la fase fina. De esta forma, se puede obtener una placa base de aparato doméstico con una elevada resistencia al calor.

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

Muestran:

Fig. 1: una vista esquemática de un aparato doméstico con una placa de

aparato doméstico realizada como campo: de cocción, la cual

comprende una placa base de aparato doméstico según la invención,

Fig. 2: una sección a través de la placa de aparato doméstico con la placa

base de aparato doméstico según la invención,

Fig. 3: un diagrama de flujo del procedimiento según la invención para

fabricar una placa base de aparato doméstico, y

Fig. 4: una representación esquemática del comportamiento de las

micropartículas de dióxido de silicio y las nanopartículas de óxido de

aluminio en una suspensión con un valor de pH ácido.

La figura 1 muestra una placa de aparato doméstico 10 realizada como placa de campo de cocción de un aparato doméstico 28 realizado como cocina con una placa base de aparato doméstico 20 y una unidad de capas superficiales 14. La placa de aparato doméstico 10 sirve de superficie de colocación para batería de cocción, como por ejemplo ollas y/o sartenes, para una cocina de inducción y proporciona para ello cuatro zonas de cocción 12. La placa de aparato doméstico 10 también puede utilizarse en principio para un campo de cocción convencional.

La placa de aparato doméstico 10 comprende la placa base de aparato doméstico 20 y la unidad de capas superficiales 14, la cual presenta una capa de selladura 16 y una capa hidrófuga 18 (véase la figura 2). La capa de selladura 16 está prevista para sellar superficialmente un material poroso de la placa base de aparato doméstico 20, y la capa hidrófuga 18 está prevista para evitar que penetre agua en un material de la placa base de aparato doméstico 20 y de la capa de selladura 16. La capa hidrófuga 18 está aplicada sobre la capa de selladura 16 y forma una superficie de la placa de aparato doméstico 10. En principio, la unidad de capas superficiales 14 puede presentar más capas, por ejemplo, capas de selladura 16 adicionales y/o capas hidrófugas 18 adicionales y/o capas adicionales que cumplan otras funciones. La capa de selladura 16 puede estar realizada, por ejemplo, como capa de silicato alcalino 30, y la capa hidrófuga 18 puede estar realizada como capa de un material híbrido orgánico-inorgánico 32.

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La placa base de aparato doméstico 20 está compuesta por un material compuesto 22 que está producido parcialmente mediante un proceso sol-gel, y el cual presenta un material de matriz 24 y un material de fibra 26 ligado con el material de matriz 24. El material de fibra 26 está formado por fibras compuestas por dióxido de silicio amorfo en un noventa y cinco por ciento o más, y las cuales presentan diámetros de entre seis y nueve micrómetros, y está ligado con el material de matriz 24. En la figura 2, el material de fibra 26 aparece indicado mediante líneas onduladas. El material de fibra 26 está incrustado en el material de matriz 24, donde áreas externas de la placa base de aparato doméstico 20 pueden en principio estar compuestas meramente por material de matriz 24.

El material de matriz 24 presenta una fase gruesa, compuesta por partículas de dióxido de silicio, y una fase fina, compuesta por partículas de dióxido de silicio, partículas de óxido de aluminio 60 y/o partículas de aluminosilicato, donde la fase gruesa forma una matriz tridimensional porosa de partículas de dióxido de silicio con diámetros de orden micrométrico, entre las cuales está dispuesta la fase fina. La fase fina comprende partículas de dióxido de silicio y partículas de óxido de aluminio 60 con diámetros de orden nanométrico y/o partículas de aluminosilicato que están sinterizadas entre sí y con partículas de la fase gruesa. La fase fina está compuesta parcialmente por mullita. La sinterización parcial de las partículas de la fase fina entre sí y con partículas de la fase gruesa se provoca durante la producción del material de matriz 24 mediante un tratamiento térmico consistente en un proceso de sinterización. El material de matriz 24 está formado por una sustancia cerámica, y las partículas de dióxido de silicio de la fase gruesa y de la fase fina están formadas por dióxido de silicio amorfo.

A continuación, se describe un procedimiento 34 para la fabricación de la placa base de aparato doméstico 20 en el que el material de matriz 24 se obtiene por la gelificación de una suspensión de polvo de dióxido de silicio en un solvente, donde el solvente está formado por una dispersión coloidal de óxido de aluminio (figura 3).

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utilizándose como sustancia inicial un polvo en bruto de dióxido de silicio, el cual presenta una distribución del tamaño de las partículas que se caracteriza por los valores d10 = 0,7 micrómetros, d50 = 6 micrómetros y d90= 35 micrómetros y por una densidad de las partículas de 2,28 g/cm3. El polvo en bruto de dióxido de silicio se dispersa en el primer paso del procedimiento 36 en un etanol y es molido en un molino de bolas planetario a trescientas revoluciones por minuto durante dos horas y media, preferiblemente. Un porcentaje en volumen del polvo en bruto de dióxido de silicio en el etanol asciende al cuarenta por ciento en volumen. Tras realizarse la molienda, se obtiene un polvo de dióxido de silicio disperso en el etanol que presenta una distribución del tamaño de las partículas que se caracteriza por los valores d10 = 0,2 micrómetros, d50 = 3,8 micrómetros y d90= 9,5 micrómetros. El polvo de dióxido de silicio disperso presenta una superficie específica de 6,8 m2/g.

En el siguiente paso del procedimiento 38, el etanol se evapora a temperaturas de 40º C y 70º C durante un espacio temporal de veinticuatro horas, de forma que al finalizar el paso del procedimiento 38 el polvo de dióxido de silicio está seco.

En el siguiente paso del procedimiento 40, se dispersa el polvo de dióxido de silicio en la dispersión coloidal de óxido de aluminio, que es una dispersión acuosa coloidal con las partículas de óxido de aluminio 60 en un porcentaje en peso del 40% con un tamaño medio de las partículas de setenta nanómetros, por lo que las partículas de óxido de aluminio 60 son nanopartículas de óxido de aluminio. El tamaño de las partículas ha sido determinado realizándose una medición con un aparato de medición Zetasizer NanoZS de la empresa Malvern Instruments. La dispersión coloidal de óxido de aluminio presenta una densidad de 1,27 g/cm3, un valor inicial de pH antes de la mezcla con el polvo de dióxido de silicio de pH = 3, y una viscosidad de 6,5 mPas. Las cantidades de polvo de silicio y de la dispersión coloidal de óxido de aluminio están ajustadas entre sí de tal forma que la suspensión presenta una razón de masa de óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio a dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio con un valor de 0,584, preferiblemente. Con tal razón de masa hay disponibles suficientes partículas de óxido de aluminio 60 para formar en la suspensión una capa de nanopartículas de óxido de aluminio alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio 58 del polvo de dióxido de silicio. En un paso del procedimiento 44 posterior, la suspensión es ajustada en un valor ácido del pH = 2 añadiéndose solución de un mol/l de cloruro de hidrógeno, de forma que las partículas de óxido de aluminio 60 se encuentren como partículas de óxido de aluminio con carga positiva y recubran a las micropartículas de dióxido de silicio 58 con carga negativa (figura 4). Mediante la nube envolvente de partículas de óxido de aluminio 60 se evita una coagulación de las micropartículas de dióxido de silicio 58 por la repulsión mutua de las capas de partículas de óxido de aluminio 60, de forma que se estabiliza la suspensión. Asimismo, se consigue una capa de recubrimiento de la fase gruesa a través de la fase fina en el material de matriz 24 mediante la capa de recubrimiento de partículas de óxido de aluminio alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio 58 del polvo de dióxido de silicio durante la gelificación en el proceso sol-gel. En la suspensión se forma una estructura marcada granoenvoltura de micropartículas de dióxido de silicio 58 y partículas de óxido de aluminio 60.

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En formas de realización alternativas, se pueden ajustar otras razones de masa de óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio a dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio con valores de entre 0,3 0,5 y 0,67, donde con tales razones de masa, con un valor ácido del pH se asegura también una capa de recubrimiento de las micropartículas de dióxido de silicio 58 mediante las partículas de óxido de aluminio 60.

En un paso del procedimiento 42, que se efectúa entre la producción de la suspensión y un ajuste del valor del pH, se lleva a cabo una homogeneización de la suspensión a través de un tratamiento con ultrasonidos de tres minutos de duración mediante una sonda de ultrasonidos UP200S de la empresa Hielscher Ultrasonics GmbH. Mediante la energía ultrasónica irradiada se provoca una distribución uniforme de las micropartículas de dióxido de silicio 58 del polvo de dióxido de silicio y una separación de las micropartículas de dióxido de silicio 58 que se adhieran entre sí.

En un paso del procedimiento 46 posterior, se añade a la suspensión dispersión coloidal de dióxido de silicio para iniciar la gelificación. El dióxido de silicio de la dispersión coloidal de dióxido de silicio añadida presenta una razón de masa con respecto a la masa del óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio con un valor 0,39, preferiblemente. La razón de masa se corresponde con una relación estequiométrica de dióxido de silicio a dióxido de aluminio de mullita, de modo que, dándose las condiciones ideales, podría conseguirse una fase fina completa de mullita. Para variar el contenido en mullita, en realizaciones alternativas del procedimiento, el dióxido de silicio de la dispersión coloidal de dióxido de aluminio añadida puede presentar una razón de masa con respecto a la masa del óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio con un valor de entre 0,33 y 0,45. A través de la variación de la razón de masa del dióxido de silicio de la dispersión coloidal de dióxido de aluminio añadida con respecto a la masa del óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio se varía además el tiempo de gelificación de la suspensión.

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polvo de dióxido de silicio en dispersión coloidal de óxido de aluminio con dispersión coloidal de dióxido de silicio añadida es aplicado sobre el material de fibra 26, y empapa el material de fibra 26. Se facilita la aplicación de la suspensión de polvo de dióxido de silicio en dispersión coloidal de óxido de aluminio con dispersión coloidal de dióxido de silicio añadida mediante un cepillo rotativo. El material de fibra 26 está compuesto por dos esteras de fibra que antes de comenzar la producción del material compuesto 22 presentan un grosor de seis milímetros cada una, aunque, como alternativa, se puede utilizar una o varias esteras de fibra con un grosor de tres a seis milímetros cada una. Las esteras de fibra y, por tanto, el material de fibra 26, están compuestas por fibras continuas de dióxido de silicio amorfo en el noventa y cinco por ciento o más, las cuales presentan diámetros de fibra de entre seis y nueve micrómetros. Variándose la cantidad y grosor de las esteras de fibra, y manteniéndose la misma composición de la suspensión de polvo de dióxido de silicio en la dispersión coloidal de dióxido de silicio, se puede ajustar un porcentaje en volumen del material de fibra 26 en el material compuesto 22.

En principio, se puede intercambiar el orden de los pasos del procedimiento 46, 48, de forma que el material de fibra 26 puede ser primero empapado con la suspensión de polvo de dióxido de silicio en la dispersión coloidal de óxido de aluminio antes de que se añada a la suspensión dispersión coloidal de dióxido de silicio para iniciar la gelificación.

Durante la gelificación, las micropartículas de dióxido de silicio 58 floculan entre sí y conforman un gel con una matriz tridimensional que configura una fase gruesa del material de matriz 24. En los poros de la matriz tridimensional se encuentra una dispersión acuosa con la fase fina. Alrededor de las micropartículas de dióxido de silicio 58 floculadas se deposita la fase fina de nanopartículas de dióxido de silicio, partículas de óxido de aluminio 60, y partículas de aluminosilicato, a las que se han unido las nanopartículas de dióxido de silicio y las partículas de óxido de aluminio 60 dispersas de la suspensión. En los siguientes pasos del procedimiento 50, 52, 54, 56, se continúa con el tratamiento del gel, que es transformado en una sustancia sólida sin solución acuosa en los poros.

En un paso del procedimiento 50 posterior, se ajusta un grosor de la placa base de aparato doméstico 20 mediante un proceso de prensado, prensándose el material de fibra 26 empapado hasta un grosor determinado. Para ello, el material de fibra 26 empapado es compactado preferiblemente entre dos planchas de prensado y se le aplica presión. El tendido en las planchas de prensado se mantiene durante el siguiente paso del procedimiento 52 al efectuarse una consolidación de la matriz, durante la cual se mantiene el material de fibra 26 empapado tendido durante algunas horas a una temperatura de entre 25º C y 40º C, hasta que el gel se haya transformado en gran medida en una sustancia sólida. Una vez ha finalizado la consolidación de la matriz, se ha formado un material de matriz 24 sólido en gran medida, de forma que está fijado el grosor de la placa base de aparato doméstico 20. El material de matriz 24 sólido en gran medida contiene todavía un porcentaje en agua en los poros.

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En el siguiente paso del procedimiento 54, se efectúa un secado, durante el cual el material de fibra 26 con el material de matriz 24 sólido en gran medida es secado durante un espacio de tiempo de aproximadamente entre veinte y veinticuatro horas a una temperatura de 70º C para eliminar el agua restante contenida en los poros. Los parámetros del proceso temperatura y duración de secado pueden ser adaptados para influenciar propiedades del material compuesto 22.

En el siguiente paso del procedimiento 56, se lleva a cabo un tratamiento térmico a una temperatura de 1.050 C durante una duración de más cuatro horas. El tratamiento térmico provoca la sinterización parcial de las partículas de la fase fina del material de matriz 24, con lo que se produce una modificación de la estructura de la fase fina con una compactación de la misma, a través de la cual se aumenta la dureza del material compuesto 22. El tratamiento térmico es el llamado proceso de sinterización, y se lleva a cabo con una velocidad de calentamiento y una velocidad de enfriamiento con un valor de 5ºC/min, con la que se aumenta la temperatura a 1.050ºC, manteniéndose entonces esta temperatura durante una duración de más cuatro horas y siendo reducida a continuación con dicha velocidad de enfriamiento. Durante el tratamiento térmico, en la fase fina del material de matriz 24 se genera mediante la sinterización de las partículas de óxido de aluminio 60 y de las nanopartículas de dióxido de silicio una segunda fase de mullita, a través de la cual se aumentan la estabilidad térmica, la resistencia a la fluencia, la resistencia a la flexión, la dureza, y la resiliencia del material de matriz 24. El tratamiento térmico provoca además una ligazón más consistente entre la fase gruesa y la fase fina del material de matriz 24, así como una ligazón más consistente entre el material de matriz 24 y el material de fibra 26, los cuales sinterizan parcialmente uno con otro por superficies adyacentes entre sí. Para la fabricación de una placa de aparato doméstico 10, se empieza con la aplicación de la unidad de capas superficiales 14 tras efectuarse el tratamiento térmico.

Los parámetros del proceso del tratamiento térmico pueden modificarse para influenciar las propiedades del material compuesto 22. El tratamiento térmico puede efectuarse a una temperatura de entre 800º C y 1.100 ºC y con una velocidad de calentamiento y/o velocidad de enfriamiento con valores de entre 1ºC/min y 10ºC/min, presentando el material de matriz

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preferiblemente durante más de cuatro horas.

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Placa de aparato doméstico

12: Zona de cocción

14: Unidad de capas superficiales

16: Capa de selladura

18: Capa hidrófuga

Placa base de aparato doméstico

22: Material compuesto

24: Material de matriz

26: Materia de fibra

28: Aparato doméstico

Capa de silicato alcalino

32: Material híbrido orgánico-inorgánico

34: Procedimiento

36: Paso del procedimiento

38: Paso del procedimiento

Paso del procedimiento

42: Paso del procedimiento

44: Paso del procedimiento

46: Paso del procedimiento

48: Paso del procedimiento

Paso del procedimiento

52: Paso del procedimiento

54: Paso del procedimiento

56: Paso del procedimiento

58: Micropartícula de dióxido de silicio

Partícula de óxido de aluminio

Claims

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1. Placa base de aparato doméstico, en particular, placa base de campo de cocción, con uno o varios materiales de matriz (24) que presentan una fase gruesa, compuesta en gran medida o por completo por micropartículas de dióxido de silicio

5 (58), y una fase fina, y los cuales están producidos parcialmente o por completo a través de un proceso sol-gel, caracterizada porque la fase fina comprende partículas de óxido de aluminio (60) y/o partículas de óxido de silicio y/o partículas de aluminosilicato.

10 2. Placa base de aparato doméstico según la reivindicación 1, caracterizada porque la fase fina está compuesta parcialmente o por completo por mullita.
3.

Placa base de aparato doméstico según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por uno o varios materiales de fibra (26) ligados con el o los materiales de matriz (24).
4.

Placa de aparato doméstico, en particular, placa de campo de cocción, con una placa base de aparato doméstico (20) según una de las reivindicaciones enunciadas anteriormente.

20 5. Procedimiento para fabricar una placa base de aparato doméstico (20) según una de las reivindicaciones 1 a 3, donde el o los materiales de matriz (24) se obtienen mediante una gelificación de una o varias suspensiones de polvo de dióxido de silicio en un solvente, caracterizado porque el solvente está formado parcialmente o por completo por una dispersión coloidal de óxido de aluminio.

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6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la o las suspensiones presentan una razón de masa de óxido de aluminio de la solución de óxido de aluminio a dióxido de silicio del polvo de dióxido de silicio con valores entre 0,3 y 0,67.

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7.

Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque, en al menos un paso del procedimiento (44), la suspensión es ajustada en un valor de pH ácido.
8.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque, en al

35 menos un paso del procedimiento (46), se añade a la suspensión dispersión coloidal de dióxido de silicio para iniciar la gelificación.

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9.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque el dióxido de silicio de la dispersión coloidal de dióxido de silicio añadida presenta una razón de masa con respecto a la masa del óxido de aluminio de la dispersión coloidal de óxido de aluminio con un valor entre 0,33 y 0,45.
10.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque, en al menos otro paso del procedimiento (56), se efectúa un tratamiento térmico a una temperatura de entre 800º C y 1.100º C.

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