JP2023551156A - 導電性多孔質焼結体 - Google Patents

Abstract

本発明は、多孔質焼結体を含む気化体であって、焼結体は、少なくとも１つの導電性材料と少なくとも１つの誘電性材料とのコンポジットにより形成されている、気化体に関する。焼結体は、１０～９０％の範囲の開気孔率を有し、０．１～１０５Ｓ／ｍの範囲の導電率を有し、焼結体中の導電性材料の割合は、最大９０重量％である。本発明はさらに、焼結体の製造方法および気化体における多孔質焼結体の使用に関する。

Description

本発明は、全体として、導電性多孔質焼結体に関する。より具体的には、本発明は、気化可能な物質の貯蔵および制御放出用の、液体貯蔵体あるいは液体バッファと加熱ユニットとを備えた気化体ユニットに関する。気化体ユニットは、ここで特に、電子タバコ、薬剤投与装置、室内加湿器および／または加熱式蒸発器において使用することができる。蒸発器は、ここで、物質をガス、蒸気および／またはエアロゾルの形態で、気相に、例えば室内の空気に供給、放出および／または分配するための装置であってよい。物質としては、例えば、フレグランス物質や有効成分、特に昆虫忌避剤を使用することができる。

電子タバコ（以下、Ｅシガレットともいう）または例えば電気パイプやシーシャなどの類似のデバイスは、タバコの代替品としてますます使用されている。典型的には、電子タバコは、マウスピースと、気化体ユニットと、気化体ユニットに作動可能に接続された電源とを備える。気化体ユニットは、加熱要素に接続された液体貯蔵体を備える。

ある種の薬剤、特に呼吸器系および／または口腔粘膜および／または鼻粘膜の治療用の薬剤は、有利には、ガス状または気化した形態で、例えばエアロゾルとして投与される。本発明による気化体は、このような薬剤の貯蔵および放出に、特にこのような薬剤の投与装置において使用することができる。

熱加熱式蒸発器は、雰囲気にフレグランス物質を付与するためにますます使用されている。これは、特にバー、ホテルのロビーおよび／または車両の内装、例えば自動車の内装、特に乗用車の内装であってよい。この場合に使用される気化体ユニットでも、液体貯蔵体が加熱要素に接続されている。液体貯蔵体には液体が入っており、この液体は、通常は例えばプロピレングリコールやグリセリンなどのキャリア液体であり、この中に、フレグランス物質およびアロマ物質などの添加物および／またはニコチンおよび／または薬剤が溶解され、かつ／または全般的に含まれている。キャリア液体は、液体貯蔵体の内面に吸着プロセスによって結合される。必要に応じて、液体貯蔵体に液体を供給するために別個の液体受器が設けられている。

総じて、液体貯蔵体に貯蔵された液体が加熱要素の加熱により気化し、液体貯蔵体の接液面から脱離し、これを使用者が吸入することができる。この場合、２００℃を超える温度に達することがある。

そのため、液体貯蔵体あるいは液体バッファは、高い吸収性および高い吸着効果が求められると同時に、高温で迅速に液体を放出あるいは輸送する必要がある。

先行技術から、液体貯蔵体または芯として使用するための様々な材料が知られている。例えば、液体貯蔵体または芯を、多孔質または繊維状の有機ポリマーによって形成することができる。対応する部材は、確かに非常に容易に製造できるが、この場合、例えば部材の空運転により、ポリマー材料が過度に高度に加熱されて分解する危険性がある。これは、液体貯蔵体あるいは芯、ひいては気化体ユニットの耐用年数に有害な影響を及ぼすだけでなく、気化させる流体、またはさらには液体貯蔵体の分解生成物が放出されて、これを使用者が吸い込む危険性もある。

先行技術から、有機ポリマーから構成される多孔質液体貯蔵体を備えた電子タバコが知られている。したがって、ポリマー材料の温度安定性が低いため、加熱要素と液体貯蔵体との間の最小距離を維持する必要性がある。これは、気化体ユニット、ひいては電子タバコのコンパクトな設計を妨げるものである。最小距離を維持する代わりに、気化させる液体を毛管現象によって加熱コイルに導く芯を使用することができる。この芯は、通常、ガラス繊維で構成されている。これは確かに温度安定性が高いが、個々のガラス繊維が破損し易い。また、液体貯蔵体自体もガラス繊維から製造されている場合にも同様のことがいえる。したがって、使用者が緩んだまたは溶けた繊維の破片を吸い込むリスクがある。また、セルロース繊維、木綿または竹繊維で構成された芯を使用することもできる。これらは、確かにガラス繊維から構成される芯に比べて破損の危険性は低いが、温度安定性に劣る。

そのため、液体貯蔵体が多孔質ガラスまたはセラミックからなる気化体ユニットも使用されている。これらの液体貯蔵体は温度安定性が高いため、気化体、ひいては電子タバコ全体をも、よりコンパクトな構造とすることができる。

実際には、局所的な気化は、低圧と高温との組み合わせによって達成することができる。電子タバコの場合、低圧は、例えば消費時にタバコを吸う際の吸引力によって実現され、したがって、圧力は消費者によって調節される。液体貯蔵体における気化に必要な温度は、加熱ユニットによって生成される。この場合、迅速な気化を保証するために、通常は２００℃超の温度が達成される。

加熱電力は、通常、電池またはアキュムレータで動作する電熱コイルによって提供される。必要な加熱電力は、この場合、気化させる体積および加熱の効率に依存する。過度に高い温度による液体の分解を避けるため、加熱コイルから液体への熱輸送を、非接触の輻射によって行うことが望ましい。このため、加熱コイルを気化面にできるだけ近づけるが、触れないようにすることが好ましい。一方で、コイルが表面に触れると、液体はしばしば過熱され、分解される。

しかし、非接触の輻射による熱輸送の場合にも、表面の過熱は起こり得る。過熱は通常、加熱コイルに対向する気化体の表面で局所的に発生する。このことは、運転中に大量の蒸気が必要とされ、気化体表面への液体輸送が十分に迅速でない場合に生じる。したがって、加熱要素からのエネルギー供給が気化に消費されず、表面が乾燥し、気化温度をはるかに超える温度にまで局所的に加熱されることがあり、かつ／または液体貯蔵体の温度安定性を超えてしまう。したがって、正確な温度調整および／または温度制御が不可欠である。しかし、この場合の欠点は、これにより得られる電子タバコの構造が複雑となる点にあり、これは、特に高い製造コストの形で現れる。さらに、場合によっては、温度制御によって、蒸気発生量、ひいては最大限可能な気化強度が低下する。

欧州特許出願公開第２７６４７８３号明細書には、焼結材料から構成される多孔質液体貯蔵体を備えた気化体を備えた電子タバコが記載されている。加熱要素は、加熱コイルまたは導電性コーティングとして形成されていてよく、その際、コーティングは、液体貯蔵体の外面の一部にのみ堆積されている。したがって、この場合も気化が局所的に制限される。

米国特許出願公開第２０１１／０２２６２３６号明細書には、液体貯蔵体と加熱要素とが材料結合によって互いに接続された吸入器が記載されている。液体貯蔵体および加熱要素は、この場合、平坦な複合材料を形成している。液体貯蔵体は、例えば開気孔焼結体から構成され、芯として機能し、気化させる液体を加熱要素に導く。加熱要素は、この場合、液体貯蔵体の表面のうちの１つに、例えばコーティングの形で施与されている。したがって、この場合にも気化は表面で局所的に行われるため、同様に過熱の危険性がある。

この問題を回避するために、液体貯蔵体の表面だけでなく、その体積全体にわたって気化が行われる気化体ユニットが先行技術から知られている。蒸気は、表面で局所的に発生するだけでなく、液体貯蔵体の体積全体で発生する。したがって、液体貯蔵体内の蒸気圧はほぼ一定であり、液体貯蔵体の表面への液体の毛管輸送は依然として保証されている。したがって、毛管輸送によって気化速度が最小化されることはもはやない。対応する気化体には、導電性でかつ多孔質の材料が必要となる。電圧が印加されると、気化体の体積全体が加熱され、体積のいたるところで気化が起こる。

対応する気化体は、米国特許出願公開第２０１４／０２３８４２４号明細書および米国特許出願公開第２０１４／０２３８４２３号明細書に記載されている。ここでは、液体貯蔵体と加熱要素とが、例えば金属または金属メッシュから構成される多孔質体の形態で１つの部材において組み合わされている。しかし、この場合には、記載された多孔質体において、電気抵抗に対する孔径の比を容易に調整できないことが欠点である。また、導電性コーティングを施与した後、その後の焼結によりコーティングの劣化が生じることがある。

しかし、前述の先行技術に記載された材料は、調整可能な高い気孔率と良好な導電率との双方を有する複合体を焼結プロセスにより製造するのには適さないか、または限られた範囲でしか適さない。総じて、セラミックは、その気孔率が低くかつ表面が粗いために、連続的にコーティングすることも困難である。

したがって、独国特許第１０２０１７１２３０００号明細書には、その表面全体に導電性コーティングを有するガラスまたはガラスセラミックから構成される焼結体を備えた気化体。したがって、外面にのみ対応するコーティングを有する焼結体の場合とは対照的に、気化は外面だけでなく焼結体の内部でも行われる。対応する気化体を製造するために、まずガラスまたはガラスセラミックから構成される多孔質焼結体が製造され、その後のステップで、これに例えばＩＴＯコーティングの形態の比較的厚い導電性コーティングが施される。しかし、例えばＩＴＯのような導電性材料は材料の需要が高いため、製造プロセスが高コストになるという欠点がある。さらに、その後の厚いコーティングの施与により、焼結体の特性が不利に変化する場合がある。特に、焼結体の小さな孔がコーティングによって閉じられ、その結果、焼結体の活性表面が減少するおそれがある。

超音波によって、例えば圧電素子によって液体を霧化することができる、いわゆるネブライザーも知られている。しかし、このようにして生成される蒸気、あるいはより好ましくは霧またはミストは低温であり、そのままでは、特に電気タバコおよび／または医療器具の使用において、通常またはしばしば望ましくない。

発明の課題
したがって、本発明の課題は、電子タバコおよび／または薬剤投与装置および／またはフレグランス物質の熱加熱式蒸発器における気化体としての使用に特に適しており、上述のような欠点を有しない焼結体を提供することである。したがって、本発明は、良好な加熱性、ならびに液体貯蔵体の電気抵抗および気孔率の容易な調整を提供しようとするものである。本発明のさらなる課題は、対応する導電性焼結体の製造方法を提供することである。

発明の簡単な説明
本発明の課題は、既に独立請求項の主題により解決される。本発明の有利な実施形態および発展形態は、従属請求項の主題である。

本発明による気化体あるいは本発明による気化体ユニットは、導電性多孔質焼結体を含み、この導電性多孔質焼結体は、少なくとも１つの導電性材料と少なくとも１つの誘電性材料とのコンポジットとして形成されている。

キャリア液体は、例えばフレグランス物質およびアロマ物質ならびに／または適切な液体に溶解した有効成分および／もしくはニコチンを含む薬剤を含有することができ、このキャリア液体が吸着相互作用によって多孔質気化体に貯蔵される。電圧が印加されると、気化体の導電性によって高温が発生し、それによりキャリア液体が気化して、気化体の接液面から脱離し、蒸気を使用者が吸入することができる。

焼結体は、焼結体の体積を基準として１０～９０％の範囲、有利には５０～８０％の範囲の開気孔率を有する。これにより、焼結体は、高い機械的安定性を有しつつ脱着のための大きな内部表面積を有し、気化させる液体あるいは気化させる媒体の良好な流れが可能となる。

好ましくは、全細孔容積の少なくとも９０％、特に少なくとも９５％が開気孔として存在する。開気孔率は、この場合、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１８３およびＤＩＮ ６６１３３に準拠した測定方法によって求めることができる。焼結体は、有利には閉気孔をわずかな割合でしか含まない。その結果、焼結体は、デッドボリューム、すなわち、気化させる液体の吸収および放出に寄与しない体積をわずかにしか有しない。好ましくは、焼結体は、焼結体の体積全体の１５％未満、またはさらには１０％未満の閉気孔の割合を有する。閉気孔の割合を求めるために、開気孔率を上述のように求めることができる。

全気孔率は、物体の密度から算出される。そして、閉気孔の割合は、全気孔率と開気孔率との差により得られる。本発明の一実施形態によれば、焼結体は、体積全体の５％未満の閉気孔の割合をも有し、これはプロセスに起因して発生し得る。

誘電性材料として、焼結体は、ガラス、ガラスセラミック、セラミックおよびこれらの組み合わせの群から選択される少なくとも１つの材料を含む。一実施形態によれば、焼結体が少なくとも２つの異なる誘電性材料を含むことが提供される。特に、使用される誘電性材料は、室温で言及に値する導電性を示さない。誘電性材料および導電性材料は、ここで、焼結体の複合材料を形成する。誘電体あるいは誘電性材料とは、本開示の趣意において特に、存在する電荷担体が自由に移動できない、または少なくとも室温で自由に移動できない、導電性の低いまたは非導電性の物質を意味する。

誘電性材料の割合は、少なくとも１０体積％であり、本発明の一実施形態において、複合材料中の誘電性材料の割合が３０～９５体積％の範囲であることが提供される。複合材料中の導電性材料の割合は、最大でも９０体積％である。本発明の一実施形態によれば、複合材料中の導電性材料の割合は、５～７０体積％、有利には１０～６０体積％、最も好ましくは１５～４０体積％である。ここで、上記の割合は、焼結体の複合材料に対するものであり、すなわち、焼結体における細孔容積あるいは孔の体積割合は、ここでは考慮されない。

驚くべきことに、本発明による焼結体は、導電性材料の割合が比較的低くても、既に良好な導電性を示す。したがって、一発展形態によれば、焼結体において、導電性材料の含有量は、最大で４０体積％、またはさらには最大でも３０体積％、またはさらには最大でも２０体積％である。これにより、高い機械的強度を有しつつ、本発明による範囲に調整可能な導電率を有する焼結体が可能となる。それぞれ使用される導電性粒子の含有量は、ここで、導電性粒子のそれぞれの材料、特にその導電率、および使用される粒子の形状に依存する。ここで、導電性粒子の割合が少なくとも５体積％、好ましくは少なくとも１０体積％、特に好ましくは少なくとも１５体積％である焼結体が特に有利であることが判明している。

本発明の一実施形態によれば、焼結体中の導電性粒子の含有量は、１０～４０体積％、有利には１５～２５体積％である。

しかし、驚くべきことに、導電性材料の含有量が低い場合でも、本発明による焼結体の導電性を達成することができる。さらなる一実施形態によれば、導電性材料の割合は、１０～２０体積％に過ぎない。

使用される誘電性材料および焼結体中の導電性材料の割合に応じて、焼結体は、導電性材料の割合が低いにもかかわらず導電性を示す。本発明による焼結体では、焼結体中での導電性材料の均一な分布により、含有量が比較的低くても導電性材料が誘電性材料中に骨格や三次元ネットワークを形成し、その中を電流が流れることができるものと想定される。

さらに、電子トンネル効果によっても電流が流れることができるものと想定される。このような電子トンネル効果によって生じる電流の流れが導電性全体に占める割合は、焼結体中の導電性粒子の含有量が少なくなるにつれて増加する。

好ましい一実施形態によれば、導電性粒子の材料は、正の温度係数を有する抵抗を有する。これにより、焼結体の電気的加熱の制御が容易になり、室温から開始する迅速な加熱が促進される。代替または追加の実施形態において、電気抵抗の温度係数がゼロに近く、特に０．０００２５Ｋ^－１未満の絶対値である場合にも良好な制御性が与えられる。これは、例えば、Ｋｏｎｓｔａｎｔａｎ（登録商標）のようないくつかの銅－ニッケル合金の場合に該当する。Ｋｏｎｓｔａｎｔａｎは、－０．００００７４Ｋ^－１の温度係数を有する。同様に、温度係数が＋０．０００１１Ｋ^－１であるＮｉＣｒ８０も使用可能である。

本発明の一実施形態において、２つの隣接する導電性粒子間の最大距離が３０μｍ未満、またはさらには１０μｍ未満であることが提供される。導電性粒子の距離がこうして小さいことによって、電子トンネル効果によって電流を流すことができる。本実施形態の一発展形態によれば、導電性粒子は、少なくとも部分的に互いに離隔している。この場合、導電性粒子は、誘電性材料および／または孔によって互いに絶縁される。隣接する導電性粒子間の平均距離が１～３０μｍの範囲、有利には１～１０μｍの範囲であることが特に有利であることが判明した。

それぞれ使用される材料の導電率が高いほど、導電性粒子の含有量を低くすることができる。焼結体中の導電性粒子の充填レベルが比較的低い場合にも、特に高い強度を達成することができる。

導電性材料は粒子状で存在し、一方で、誘電性材料は、導電性粒子のマトリックスを形成する。このように、焼結体の複合材料は、誘電性マトリックスと、それに埋め込まれた導電性粒子とから構成されている。導電性粒子は、ここで、焼結体中に均一に分布している。誘電性材料から構成されるマトリックスにおける導電性粒子の分布によって、焼結体が０．１～１０^５Ｓ／ｍの範囲の導電率を有することが保証される。したがって、本発明による焼結体は、先行技術から知られている金属焼結体あるいは金属含有量がより高い対応する複合材料よりも、著しく低い導電率を有する。本発明の一実施形態によれば、焼結体の導電率は、１０～１００００Ｓ／ｍの範囲である。導電率の値は、特に室温で適用される。

本発明による焼結体の導電率によって、例えば、電子タバコまたは例えば電気パイプやシーシャなどの対応するデバイスにおける対応する気化体の使用が可能となる。例えば、本発明の一発展形態によれば、焼結体は、０．０５～５オーム、好ましくは０．１～５オームの範囲の電気抵抗を有する。本発展形態において、気化体は、１～１２Ｖの範囲の電圧で、および／または１～５００Ｗの加熱電力、特に１～３００Ｗの範囲、好ましくは１～１５０Ｗの範囲の加熱電力で運転される。この場合、電流の印加により気化体の体積全体が加熱され、それにより気化体内に貯蔵された液体の脱離が開始される。

これとは異なり、別の一発展形態による装置を、１１０Ｖ、２２０Ｖ／２３０Ｖ、またはさらには３８０Ｖの電圧で運転することもできる。この場合、最大で３０００オームの電気抵抗および最大で１０００Ｗ以上の電力が有利である。本発展形態の一実施形態によれば、装置は、医療分野用の吸入器である。

気化体ユニットのそれぞれの用途に応じて、気化体ユニットは、より高い動作電圧、特に１２Ｖ超～１１０Ｖの範囲の動作電圧、５オーム超の抵抗および／または８０Ｗ超の加熱電力を有することができる。本発展形態の一実施形態によれば、装置は、医療分野用の吸入器である。本発展形態の気化体装置は、より大きな空間での気化に向けて、例えばスモークマシンとして形成されていてもよい。

この場合、複合材料からなる焼結体の利用可能な表面全体が、気化面を形成する。本発明による焼結体の導電性により、焼結体の体積全体にわたって電流が流れる。したがって、気化させる液体は、焼結体の表面全体にわたって気化される。したがって、蒸気は、焼結体の外面において局所的に形成されるだけでなく、焼結体の内面においても形成される。

局所加熱ユニット、例えば加熱コイルまたは導電性コーティングを気化体本体の外面上気化体とは異なり、本発明による気化体ではその体積全体が加熱されるため、焼結体の内部から局所加熱ユニットへの毛管輸送は不要であり、すなわち比較的長い距離にわたる毛管輸送は不要である。これにより、毛管作用が低すぎる場合の気化体の空運転が阻止され、ひいては局所的な過熱も阻止される。これは、気化体ユニットの耐用年数に対して有利な影響をもたらす。さらに、気化体が局所的に過熱されると、気化させる液体の分解プロセスが生じるおそれがある。このことは、一方では問題となり得る。なぜならば、例えば気化させる薬剤の有効成分の含有量が減少するためである。他方では、分解生成物が使用者によって吸引され、健康上のリスクを招くおそれがある。これに対して、本発明による気化体では、この危険性がかなり低い。

焼結体中の誘電性材料の割合が比較的高いことにより、焼結体の機械的安定性および強度が良好となる。コンポジットの形態の焼結体、すなわち誘電性材料および導電性粒子が均一にまたは少なくとも十分に均一に分布している焼結体の使用により、後にコーティングされた焼結体とは異なり、焼結体の特性、例えば焼結体中の開気孔の孔径または割合への悪影響が生じないという利点がもたらされる。

焼結体中の導電性材料としての使用には、特に金属が適切であることが判明した。代替的または追加的な一実施形態によれば、導電性材料として、正の温度係数を有する電気抵抗を有する材料が使用される。

特に有利であるのは、貴金属、銅、タングステン、モリブデン、アルミニウムおよびそれらの対応する合金または混合物、特殊鋼、あるいはまたチタン、ニッケル、クロム、鉄、鋼、マンガン、ケイ素およびグラファイトなどの材料および対応する合金、例えば典型的な熱伝導合金、特にＣｕＭｎＮｉ合金（例えば、Ｋｏｎｓｔａｎｔａｎ（登録商標））もしくはＦｅＣｒＡｌ合金（例えば、Ｋａｎｔｈａｌ（登録商標））またはこれらの混合物といった導電性の高い金属の使用である。一実施形態によれば、導電性材料として、耐熱性、有利には不銹性の特殊鋼、例えば１．４８２８型または１．４４０４型の特殊鋼が使用される。電気抵抗の温度係数が＞－０．０７５ １／Ｋ、ただし好ましくは≧－０．０００１ １／Ｋ、特に好ましくは≧０．０００１ １／Ｋである導電性材料、特に金属を使用すると特に有利であることが判明した。有利な一実施形態によれば、導電性材料は、この場合、＜０．００８ １／Ｋの電気抵抗の温度係数を有する。

本発明の有利な一実施形態によれば、焼結体は、導電性材料として、貴金属、特に白金、金、銀またはそれらの合金もしくはそれらの混合物を含む。

貴金属は、導電率が高いことに加えて、高温でも誘電性材料の成分に対して不活性であるかまたは少なくとも十分に不活性であり、したがって特に、誘電性材料と反応する、および／または酸化物を形成する、あるいはその他の化学変化を生じる傾向がないかまたはほとんどない材料であるという利点をさらに提供する。したがって、不活性は、貴金属および／またはそれらの合金および／または混合物以外の導電性材料および／またはそれらの合金および／または混合物を選択するための重要な基準でもある。このことは、誘電性材料としてガラスが使用される実施形態において特に有利である。代替的または追加的に、導電性材料として、炭素を、特にグラフェン、グラファイト、ナノチューブまたはナノロッドの形態で使用することができる。

導電性材料の分類は、特に導電率に基づいて行うことができる。

特に、以下の分類が行われる：

本発明によれば、導電性材料が、焼結体において最大でも９０体積％の体積割合で使用される。ここで、コンポジット中の各材料の割合は、有利には、使用される材料の導電率に適合される。焼結体の必要な導電率を達成するために、使用されるクラスＡ、Ｂ、Ｃの材料またはそれらの混合物の導電率に応じて、その必要な体積割合が変化し得る。

したがって、一変形例では、導電性材料が、３０超～７０Ｓ／μｍの範囲の導電率を有することが提供される。したがって、本発展形態において、特に銀、銅、金および／またはアルミニウムが導電性材料として使用される。導電率が比較的高いため、コンポジット中の導電性材料の割合を減少させることができる。したがって、一実施形態において、導電性材料の割合が５～４０体積％、好ましくは１０～３０体積％、特に好ましくは１５～２５体積％であることが提供される。

別の一変形例によれば、１０～３０Ｓ／μｍの範囲の導電率を有する導電性材料、特に、タングステン、モリブデン、亜鉛、鉄、白金および／またはニッケルが使用される。導電性材料の含有量は、１０～６０体積％、好ましくは１５～５０体積％、特に好ましくは２０～４０体積％である。

さらに別の一変形例では、例えば１～１０Ｓ／μｍ未満の範囲の導電率を有する導電性材料、特に、チタン、マンガン、クロム、鋼、ケイ素および／または炭素が使用されることが提供される。本変形例では、一実施形態によれば、１５～９０体積％、好ましくは２０～７０体積％、特に好ましくは２５～６０体積％である。

総じて、ここで言及される導電率値は、室温での値を示す。

焼結体の導電率は、それぞれ使用される導電性材料の導電率および焼結体中のその含有量のみならず、導電性粒子の粒径および粒子の形態あるいは粒子の幾何学的形状によっても影響を受け得る。例えば、特に、丸い粒形、すなわち実質的に球形の粒子から逸脱した導電性粒子を使用することが有利であることが判明している。したがって、一実施形態によれば、導電性粒子は、平坦な小片状の形態を有し、プレートレットとも称される。代替的または追加的に、コンポジットは、長い粒状のあるいは細長い幾何学的形状を有する導電性粒子を有する。特に、これらの粒子は針状の幾何学的形状を有する。これらの粒形の１つ以上の混合物も特に有利であることが判明している。例えば球状粒子とは異なり、小片状または細長い粒子は、充填度が比較的低くても焼結体内で導電性材料による連続的な骨格を形成することができるため、導電性材料の充填度が比較的低くても、対応する焼結体は本発明による範囲の導電率を示す。したがって、球状粒子よりも体積割合の小さい細長い導電性粒子の場合に、焼結体の必要な導電率を達成することができる。この体積割合を細長い粒子と比べても低減するためのさらなる方法は、しばしば同様にさらなるコスト削減をも伴って、小片状粒子によって達成することができる。

さらに、平坦な、小片状のまたは細長い導電性粒子の使用は、特に焼結体中の導電性材料の充填度が比較的低い場合にも有利である。この場合、上記のような幾何学的形状を有する導電性粒子によって、充填度が低くても焼結体中に導電性材料の骨格あるいはネットワークを形成することができるため、導電性を確保することができ、適切なサイズの焼結体に電圧あるいは電流を印加すると、例えば加熱要素としての使用や気化体での使用が可能となる。

本発明の一実施形態によれば、焼結体は、小片状または細長い幾何学的形状を有する導電性粒子を含む。本発明の一発展形態において、導電性粒子が、最大厚さｄ_ｍａｘおよび最大長さｌ_ｍａｘを有し、ここで、ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘが成り立つことが提供される。２ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘ、好ましくは３ｄ_ｍａｘ≦ｌ_ｍａｘ、特に好ましくは７ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘが成り立つ導電性粒子が特に有利であることが判明している。

本発明の一発展形態によれば、焼結体中の導電性粒子は、０．１μｍ～１０００μｍの範囲、有利には１～２００μｍの範囲、最も好ましくは１～５０μｍの範囲の平均粒径（ｄ_５０）を有する。粒径の小さい導電性粒子を用いる場合、十分な導電性を得るためには、対応する焼結体中の導電性粒子の充填度を高めねばならない。よって、非常に小さな導電性粒子を使用することにより、導電性が低下する。導電性粒子が大きすぎると、今度は焼結体における電気抵抗が局所的な領域で大きく低下することがあり、その結果、焼結体が電気抵抗の点で不均一となる。これにより、今度は焼結体の局所的な過熱や不均一な気化を招くことがある。ここで、この効果は、対応する導電性粒子の導電率が大きいほど顕著である。さらに、非常に大きな導電性粒子およびそれに付随する焼結体の不均一な構造によって、その機械的強度に不利な影響を与えるおそれがある。

本発明の一実施形態によれば、孔は、１μｍ～１０００μｍの範囲の平均孔径を有する。好ましくは、焼結体の開気孔の孔径は、５０～８００μｍの範囲、特に好ましくは１００～６００μｍの範囲である。ここで、対応するサイズの孔が有利であり、それというのも、こうした孔は、特に気化体の液体貯蔵体としての使用に際して十分に大きな毛管力を生じさせ、そのようにして気化させる液体の供給を保証するのに十分小さく、またこれと同時に、蒸気の迅速な放出を可能にするのに十分大きいためである。ここで、複数の孔径あるいは複数の孔径範囲、例えば大きな孔と小さな孔とを有する二峰性の孔径分布を焼結体中に有利に提供することも考えられる。さらに、焼結体の所与のあるいは要求される導電率での導電性粒子の割合は、気孔率が高い焼結体の場合よりも気孔率が低い焼結体の場合の方が低くなり得ることが判明している。したがって、材料組成および気孔率の適切な調整によって、上述したようなそれぞれの使用あるいはそれによる要求、例えば気化させる液体の輸送対気化性能を考慮することができる。有利には、焼結体中の誘電性材料は、少なくとも３００℃、またはさらには少なくとも４００℃の温度に対して熱的に安定である。

本発明の一実施形態によれば、焼結体の誘電性材料は、ガラスを含む。ここで、一実施形態において、焼結体中のガラス含有量が少なくとも５体積％であることが提供される。しかし、さらなる一実施形態によれば、例えば他の、例えばセラミック粒子を結合するために、５体積％未満のわずかなガラス割合のみが提供されていてもよい。一実施形態によれば、導電性粒子が埋め込まれた焼結体のマトリックスは、ガラスから形成される。誘電性材料としてのガラスの使用は、焼結体の製造における加工性、ならびにガラスの温度安定性および機械的強度の点で有利である。ここで、アルカリを含まない、またはアルカリ含有量が比較的少ないガラスが特に有利であることが判明している。ここで、無アルカリガラスあるいはアルカリを含まないガラスとは、その組成にアルカリが意図的に添加されていないガラスであると理解される。一方、例えば不純物の形でガラスに導入されるわずかな割合のアルカリは排除されていない。ここで、アルカリ含有量が少ないこと、特にナトリウム含有量が少ないことは、いくつかの観点から有利である。例えば、アルカリ含有量が比較的少ないガラスは、高温でもアルカリ拡散性が低いため、気化体の加熱運転中であってもガラスの性質が変化しないか、またはほとんど変化しない。ガラスの低アルカリ拡散は、さらに、焼結体の気化体としての運転時にも有利であり、なぜならば、それによって、そのような流出の可能性のある成分が、焼結体の導電性材料および／もしくは任意に存在するコーティングとならびに／または気化させる液体と相互作用しないためである。後者は特に、任意にコーティングされた焼結体を医療用吸入器の気化体として使用する場合に重要である。ガラスのアルカリ割合は、最大でも１５重量％、またはさらには最大でも６重量％が特に有利であることが判明している。

本発明の有利な一実施形態によれば、気化体は、誘電性材料としてガラスを含む。ホウケイ酸ガラスであって、特に以下の成分を有するものが特に有利であることが判明している：

しかし、他のガラスを誘電性材料として使用することもできる。例えば、ホウケイ酸ガラスの他に、ビスマスガラスや亜鉛ガラスも適していることが判明している。これらのガラスや他の酸化物を有する同様のガラスは、必須成分として対応する酸化物成分、すなわち例えばＢｉ_２Ｏ_３またはＺｎＯを、例えば少なくとも５０重量％、またはさらには最大で８０重量％含むものと理解される。

各誘電性材料、特にガラスの選択によって、誘電性成分の熱膨張挙動も影響を受け得る。ここで、気化体としての用途では、誘電性成分の熱膨張率が低いと、焼結体の温度変化耐久性に関してあるいは温度変化負荷時に有利である。これは、例えばコンポジットを電気タバコに使用した場合に、繰り返しの、しばしば非常に短い加熱サイクルによって起こり得る。

導電性材料の場合と同様に、ガラスが不活性あるいは耐薬品性を示すことも重要であり、例えばこれは、特に熱処理による焼結体の製造プロセス時、例えば焼結工程時にもガラスと導電性材料とが反応する可能性あるいはそれを回避することに関連する。さらに、製造プロセス時に使用される助剤、例えば焼結助剤または気孔形成剤に対して誘電性材料が不活性であることが有利である。焼結体が、例えば気化体または気化体の構成要素として使用される場合には、気化させる物質、例えばプロピレングリコール、グリセリン、水および／もしくはこれらの混合物ならびに／またはそれらの中の添加物に対するガラスの高い耐薬品性または低い反応性が不可欠である。好ましくは、高い耐薬品性を示すガラス、特にクラス３の耐水性を示すガラス、特に好ましくはクラス１または２の耐水性を示すガラス（ＩＳＯ ７１９に準拠して測定）が使用される。さらに、網目修飾剤の割合が低いおよび／または網目形成剤の割合が高いガラスが、その耐薬品性の点で有利であることが判明している。一実施形態によれば、ガラスは、少なくとも５０重量％の網目形成剤の割合、有利には少なくとも７０重量％の網目形成剤の割合を有する。網目形成剤とは、特に、ガラス中の酸素橋かけの形成に寄与するガラス成分、例えばＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３およびＡｌ_２Ｏ_３であると理解される。

あるいは、誘電性材料として、ガラスセラミック、セラミックまたはプラスチックを使用することもできるが、使用される導電性材料の溶融温度を下回る加工が可能であることが条件である。

ここで、本開示の趣意におけるガラスセラミックとは、グリーンガラス、すなわち結晶化可能なガラスを、セラミック化が生じる適切な温度まで加熱することによる変態生成物であると理解される。ここで、ガラスセラミックは、ガラス質相と結晶子との双方を有する。

ここで、多くの場合に溶融温度が高い誘電性材料としてセラミックが使用される際に、特にこの温度が、使用される金属の溶融温度を上回る場合には、焼結促進物質、例えばガラス、好ましくは上述のガラスが添加され、その結果、まさにこのガラスの液相の形成下に、焼結体は液相焼結によって焼結されるかあるいは焼結可能となる。

本発明の一実施形態によれば、焼結体は、少なくとも２つの異なる誘電性材料の混合物を含む。この場合、焼結体の誘電体部分は、それぞれ使用される誘電性材料を含むコンポジットを表す。特に、これはガラスとセラミックとのコンポジットであってよい。ガラスセラミックとは異なり、このコンポジットは複合材料である。

ここで、誘電性成分の少なくとも１つがガラスであり、有利には誘電性材料の５体積％の割合を下回らない場合、特に有利であることが判明している。使用される導電性材料の溶融温度を下回る加工が可能であれば、代替的な誘電性成分は、ガラスセラミック、セラミックまたはプラスチックであってもよい。誘電性材料がセラミックを含む実施形態において、セラミックの通常は高い必要な焼結温度を考慮する必要がある。したがって、誘電性材料としてセラミックが使用される際に、特にセラミックの焼結温度が金属の溶融温度を上回る場合には、焼結促進物質が添加され、その結果、この焼結促進物質の液相の形成下に、焼結体は液相焼結によって焼結されるかあるいは焼結可能となる。焼結促進物質としては、特にガラス、この場合非常に特に、上述したガラスが特に適している。ここで、セラミックの割合は、誘電性材料の提供される体積割合に対して少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％、最も好ましくは少なくとも９５体積％である。

本発明の一実施形態において、焼結体の誘電性材料全体におけるセラミックの割合が、少なくとも５０体積％、好ましくは少なくとも７５体積％、非常に特に好ましくは少なくとも９０体積％であることが提供される。誘電性材料が完全にまたは少なくともほぼ完全にセラミックである焼結体も、本発明から逸脱することなく可能である。

しかし、全体として誘電性材料の割合がかなり低い焼結体において、誘電性材料全体の少なくとも５０体積％、特に誘電性材料の少なくとも７０体積％がガラスである場合に、焼結プロセス時の加工性および焼結体の機械的安定性に関して有利であり得る。このことは特に、誘電性材料の全割合が焼結体の２５体積％未満、特に１５体積％未満である焼結体の場合に有利である。

焼結性の促進に加えて、実質的に溶融されたガラス分は、誘電性材料のセラミック分を有するそのような焼結体のコーティング性にもプラスに寄与する。この場合、粒度が大幅に異なることによる粉末の分離や偏析、または粉末の凝集が製造時に回避されるように、セラミックの粒度とガラスの粒度とを互いに適合させることが可能である。ここで、ガラスの粒度がセラミック分の粒度を上回らないように選択するのが有利であることが判明している。ガラス分およびセラミック分の粒度分布に関して二峰性または多峰性の分布も可能であり、場合によってはすべての材料の粒度を互いに適合させることができる。また、ガラスセラミックを含む焼結体の製造にガラスセラミックが使用される場合、ある体積割合のガラスを添加すること、あるいはある体積割合のガラスセラミックをガラスに置き換えることが、被加工物の焼結性に関して有利となり得る。

さらなる一変形例では、例えば焼結体の加工または製造に影響を与えるために、導電性材料と誘電性材料との混合物にさらなる材料を添加してよいことが提供される。特に、焼結条件の変更、例えば加工温度の調整、特に低下のためのいわゆる焼結助剤および／または焼結体の特性の変更を可能にする材料を使用することができる。したがって、特に誘電性材料として高融点セラミックが使用される場合、焼結促進剤、例えばガラス、有利には上述のガラスを添加することにより、導電性材料が溶融しない温度で液相の形成下に焼結を行うことができる。さらに、例えば、熱伝導率を、熱絶縁性対加熱電力、加熱速度、または例えばＥシガレットにおける周辺部品の昇温に関して調整することができ、また、焼結体の表面特性を、気化させる媒体の吸収、脱着および／または流れに関して調整可能となるように実施することができる。

さらに、対応する誘電性材料は、原則的に、十分な耐薬品性を示すとともに、水および気化させる液体の成分、例えばプロピレングリコールおよびグリセリンに対して、また金属に対しても耐久性を示すことが望ましい。プラスチックとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）またはポリアミド（ＰＡ）のような温度安定性を示すポリマーが適している。

本発明の一実施形態によれば、気化体は、機械的な電気的接触、導電性コネクタによる電気的接触、または材料結合性の導電性接続を有する。有利には、電気的接触は、はんだ付け接続によってなされる。

本発明の一変形例では、焼結体がさらに導電性コーティングを有することが提供される。ここで、焼結体の表面全体に及ぶ導電性コーティングが特に有利であることが判明している。したがって、焼結体の内部の孔の表面によって形成される焼結体の表面も、導電性コーティングを備えている。このことは特に有利であり、なぜならば、被覆された焼結体も均一な導電性を示すためである。コーティング材料として、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）が適切であることが判明している。同様に、総じてこれらの材料の少なくとも１つを含むコーティングを使用することができる。

追加のコーティングを、コーティング方法に応じて焼結体に部分的にのみまたはある領域に施与することもでき、この追加のコーティングによって、焼結体の組成を変更することなく気化体の導電率を変更することができる。したがって、一実施形態によれば、焼結体の導電率をコーティングによって適合させるあるいは調整することができ、特に増加および／または均一化することができる。これは、例えば、導電性材料を比較的多く含む焼結体のコーティングによる特に導電率の高い気化体の製造に使用することができる。これにより、適切な膜厚でのコーティングの施与により、誘電性材料と導電性材料とのコンポジットとしての焼結体の所定の基本的な導電性に基づいて必要な導電率を調整することも可能となる。場合により生じる焼結体の導電率またはその基本的な導電性の変動も、そのようにして同様に容易に補正することができる。さらに、特に導電性コーティングの局所的および／または横方向の構造化により、例えば導電率を局所的に制限することにより、導電率が局所的に適合したコンポジットを実現することができる。焼結体上のコーティングを横方向に構造化することにより、異なる導電率を有するゾーンを得ることができる。例えば、焼結体を局所的な加熱ゾーンおよび／または貯蔵ゾーンに分割することができる。これにより、輸送ゾーンや輸送経路を狙いどおりに設定することもできる。

さらに、例えば液体の吸収、輸送および放出あるいは気化を変更または調整するために、コーティングによって焼結体あるいは気化体の表面特性、例えば表面活性または表面エネルギーに影響を与えることもできる。また、焼結体をコーティングによっていわば不動態化することによって、すなわち例えば、特に運転時に空気または気化させる液体との反応による腐食、分解または経年変化から保護するために、焼結体の不活性をさらに改善することもできる。焼結体の熱機械的特性も、例えば機械的強度および／または熱伝導率と同様に適合、改善または調整することができる。この場合、コーティングは、これらの特性の１つ以上に対処することもできる。

別の一実施形態において、焼結体が比較的低い割合の導電性材料、特に５～１５体積％の範囲の導電性材料しか含まず、したがって比較的低い導電率を有することが提供される。導電率は、導電性コーティングの施与によって増加させることができる。焼結体が既に導電性を示すことにより、導電性材料を含まない焼結体のコーティングと比較して、必要となる膜厚は比較的わずかに過ぎない。純粋に誘電性の材料から構成される焼結体と比較して、本発明による焼結体の場合、その基本的な導電性に応じて、同等の導電率を達成するのに必要なコーティング材料の量を例えば最大で９０％削減することができる。さらなる一実施形態によれば、コンポジットは、導電性材料および／または使用される導電性材料の割合が非常に低いため、導電性を有しないかまたは非常にわずかしか有しておらず、焼結体中の個々の導電性粒子は、架橋されていないかまたはわずかにしか架橋されていない。上記の導電性コーティングを施与することにより、導電性粒子同士が結合され、導電性を示すコーティングされた焼結体が得られる。これに関して、導電性材料を有しない焼結体に比べ、十分な導電性を得るのに必要なコーティング材料が比較的少なくなる。

有利には、導電性コーティングの平均膜厚は、１０μｍ未満、またはさらには１μｍ未満であり、数ナノメートルあるいは数１０ｎｍにまで至る。この場合、必要なまたは可能な膜厚は、実質的にコーティングの種類および製造方法によって決まる。例えば、ＩＴＯコーティングは、数１０^４Ｓ／ｍ～数１０^６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有し、ＴｉＮ製のコーティングは、数Ｓ／ｍ～数１０－^３Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。これらの膜厚がわずかであるため、第１には、コーティング材料がわずかのみで済む。同時に、小さな孔がコーティングによって閉じられるために気化体積として利用できなくなるリスクが著しく減少する。ここで、必要または十分な膜厚は、膜材料の導電率に依存する。同様に、達成すべきあるいは達成可能な膜厚は、コーティングの方法、例えば液相もしくは気相堆積法、または電気メッキによって決まる。このような方法により、焼結体に好ましくは密にかつ均一に膜が施与されることで、焼結体の必要とされるその導電率および運転時に必要とされるその加熱挙動が、例えば均一となるように、または体積内に局所的に限定されるように調整される。

本発明による気化体は、特に、電子タバコ、医療用吸入器、フレグランスディスペンサーまたは室内加湿器の部材としての使用に適している。ここで、例えば、気化体は、液体または固体、例えばワックスまたは樹脂の間接的な気化に使用することもできる。したがって、本発明の一発展形態において、焼結体に空気あるいはガスを貫通させてこれを加熱することが提供される。本発展形態の可能な用途の１つとして、医療用吸入器が挙げられる。また、焼結体を輻射熱ヒーターとして使用することも可能である。

本発明のさらなる一態様は、気化体の製造方法を提供することである。ここで、本発明による方法は、少なくとも以下のプロセスステップａ）～ｄ）：
ａ）導電性材料および誘電性材料を粉末状で提供するプロセスステップと、
ｂ）ステップａ）で提供された粉末を、有利には任意に気孔形成剤と混合するプロセスステップと、
ｃ）ステップｂ）で提供された粉末混合物から、加圧、鋳込みまたは押出によって未焼結体を生成するプロセスステップと、
ｄ）ステップｃ）で生成された未焼結体を焼結するプロセスステップと
を含む。

その際、特に誘電性材料としてのプラスチックの場合、ステップｃ）およびｄ）を、必要に応じてステップｂ）も含めて、集成装置、例えば押出機または射出成形で、並行して（同時に）または順次行うことも可能である。このような方法は、原理的には他の誘電性材料にも適用可能であるが、煩雑で制御性が低いことが多い。焼結という用語は、ここでは、このような物体の固化につながるプロセスステップであるとも理解される。

ステップａ）で提供された材料全体中の導電性材料の割合は、ここでは最大で９０体積％である。好ましい一実施形態によれば、導電性材料の割合は、５～７０体積％の範囲、有利には１０～６０体積％の範囲、特に好ましくは１５～４０体積％の範囲である。誘電性材料として、ステップａ）では、ガラス、結晶化可能なガラス、ガラスセラミック、セラミック、プラスチックまたはそれらの混合物が粉末状で提供される。

本発明の一実施形態によれば、ステップａ）で提供された材料中の誘電性材料の割合は、少なくとも１０体積％、好ましくは３０～９５体積％である。ここで、誘電性材料は、導電性材料よりも低い軟化点あるいは融点を有する。

ステップｂ）で提供された混合物から、続くステップｃ）では未焼結体が製造される。これは、例えば、加圧プロセスもしくは押出プロセス、または鋳込みプロセスによって行うことができる。本発明の一実施形態において、ステップｂ）で提供された混合物からスラリーが製造され、その後、鋳込みが行われる。

ステップｄ）では、未焼結体が焼結される。ここで、焼結温度は、少なくとも誘電性材料の軟化温度に相当するため、焼結プロセスにより誘電性材料が連続的なマトリックスを形成する。しかし同時に、焼結温度は導電性材料の溶融温度よりも低いため、導電性材料の粒子構造は少なくとも大部分が維持される。誘電性材料と導電性材料との組み合わせであって、誘電性材料を、導電性材料の融点より少なくとも１０℃、またはさらには少なくとも１００℃低い温度で軟化または加工できるものが特に有利であることが判明している。これにより、ステップｄ）では、焼結を、高い機械的強度を有する焼結体を可能にする温度で実施することができる。しかし、同時に、焼結体中の導電性粒子の寸法安定性、ひいては焼結体の導電率も焼結プロセスによって損なわれないことが保証される。本発明の一実施形態によれば、ステップｄ）では、未焼結体の焼結は、３５０～１０００℃の範囲の焼結温度で行われる。

本発明による方法によって製造された焼結体は、高い機械的安定性を示すため、焼結体の後処理、例えば表面処理または成形のための後処理が可能である。本発明の一発展形態によれば、焼結体には、ステップｄ）の後のステップｅ）で研削、穿孔、研磨、ミリングおよび／または旋削加工が施される。

さらに、焼結体の電気的接触を、ステップｄ）および／またはｅ）の下流の焼結体のステップｆ）で行うことができる。この場合、導電性ペーストの施与による接触が特に有利であることが判明している。

一実施形態によれば、ステップａ）で提供された誘電性材料は、少なくとも３００℃、またはさらには少なくとも４００℃の温度に対する熱安定性を示す。本発明の一発展形態において、ステップａ）で誘電性材料としてガラスが提供されることが提供される。本発明の一実施形態において、ステップａ）で提供されたガラスが、３００℃を超える範囲、特に５００～８００℃の範囲の変態温度Ｔ_ｇを有することが提供される。これにより、ステップｄ）では、導電性粒子の寸法安定性を保証する焼結温度で焼結することができる。しかし、同時に、ガラスの変態温度は、気化体の運転温度を大幅に上回る。

本発明の一実施形態において、ステップａ）で、アルカリ含有量が＜１５重量％もしくはさらには＜６重量％のガラス、またはさらには無アルカリガラスが提供される。対応するガラスは、高い機械的強度、良好な耐薬品性および耐熱性を示し、高温でも導電性材料と反応しないか、ほとんど反応しない。有利には、ステップａ）では誘電性材料としてホウケイ酸ガラスが提供される。

ステップａ）で提供された導電性粒子が、０．１～１０００μｍの範囲、有利には１～５０μｍの範囲の平均粒径を有すると特に有利であることが判明している。

代替的または追加的に、ステップａ）で提供された誘電性材料の粒子は、１～５０μｍの範囲の平均粒径を有する。特に、誘電性材料の平均粒径は、３０μｍ未満である。誘電性材料の対応する粒径により、隣接する導電性粒子間の最大距離が３０μｍ未満、またはさらには１０μｍ未満である焼結体が得られる。これにより、導電性材料の含有量が少なくても、対応する焼結体において電流の流れが保証される。

ステップｂ）では、誘電性材料の粉末の粒度と導電性材料の粉末の粒度とを互いに適合させて、粒度が大幅に異なることによる粉末の分離や偏析、または粉末の凝集を回避することによっても、特に均一な混合物を得ることができる。ステップｂ）における均一な混合物が、今度はコンポジットの均一性、ひいては導電率の均一性にも有利に影響を与える。さらに、１種以上の粉末の粒度が小さすぎることは、これらが粒度に関して互いに適合されている場合であっても、その加工時に不要な粉塵が発生するのを最小限に抑えるために、可能な限り回避しなければならない。

導電性材料として、ステップａ）では、有利には、貴金属、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、クロム、ニッケル、チタン、窒化チタン、鉄、特殊鋼、ケイ素および／またはそれらの合金もしくは混合物および／または炭素が、有利にはグラフェン、グラファイト、ナノチューブまたはナノロッドとして提供される。有利には、導電性材料として、金粒子、銀粒子または白金粒子が提供される。ここで、特にこれらの材料は、高い導電率に加えて、高い耐薬品性および／または高い融点を有する。

本発明の一発展形態によれば、ステップａ）で提供された導電性材料の粒子は、小片状の幾何学的形状、好ましくは最大厚さｄ_ｍａｘおよび最大長さｌ_ｍａｘを有し、ここでｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘが成り立つものとする小片状の幾何学的形状を有する。対応する幾何学的形状は、特に、導電性材料の割合が少ない焼結体、すなわち、電子トンネル電流によって電流の流れが高度に実現される焼結体において使用するのに適している。ここで、特に、最大長さが最大幅の少なくとも２倍である小片状粒子が有利であることが判明している。好ましい一実施形態によれば、最大厚さと最大長さとの比は、１：２～１：７である。

本発明の一発展形態において、ステップｄ）および／またはステップｅ）の後のステップｇ）で、導電性コーティング、特にコーティング、特に好ましくは酸化物系ＩＴＯもしくはＡＺＯコーティング、または窒化物系コーティング、特にＴｉＮ含有コーティング、または金属コーティングが焼結体に施与されることが提供される。ここで、好ましい一実施形態において、ゾルゲル法またはＣＶＤ法によって焼結体の表面にコーティングが施与されることが提供される。同様に、特に焼結体が既に少なくとも１つの基本的な導電性を有するため、例えば金、銀または銅および／またはそれらの組み合わせの、例えば膜シーケンスとしての、電気メッキにより施与可能あるいは処理可能な膜材料も考慮することが考えられる。

発明の詳細な説明
以下に、本発明を、実施例および図面を参照してより詳細に説明する。

従来の気化体の概略図である。 焼結体の外面に電気的接触部を有する焼結体の概略図である。 本発明による気化体の一実施形態の概略図である。 本発明による焼結体の一実施形態の断面の概略図である。 図４に示す断面の拡大部分を示す図である。 一実施例のＳＥＭ画像である。 焼結体上に追加の導電性コーティングを有するさらなる一実施例の概略図である。

図１に、多孔質焼結体２を液体貯蔵体として備えた従来の気化体の一例を示す。多孔質焼結体２の毛管力により、気化させる液体１が多孔質焼結体２に吸収され、さらに焼結体２の全方向に輸送される。ここで、毛管力は、矢印４で表される。焼結体２の上部には、焼結体２の対応する部分２ａが熱輻射によって加熱されるように、加熱コイル３が配置される。したがって、加熱コイル３は、焼結体２の外面に非常に接近させ、可能な限り外面に接触させないことが望ましい。しかし実際には、加熱線と外面との直接の接触は、しばしば避けられない。

加熱領域２ａでは、液体１の気化が行われる。これは矢印５で示されている。ここで、気化速度は、温度および周囲圧力に依存する。温度が高く、圧力が低いほど、加熱領域２ａでは液体の気化が迅速に行われる。

液体１の気化は、焼結体の加熱領域２ａの外面で局所的にしか起こらないため、１～２秒以内の迅速な気化を達成するには、この局所領域の加熱を比較的高い加熱電力で行う必要がある。そのため、２００℃を上回る高温を印加しなければならない。しかし、特に局所的に狭く限定された領域における高い加熱電力は、局所的な過熱を招き、したがって気化させる液体１および液体貯蔵体あるいは芯の材料の分解を招くおそれがある。

さらに、加熱電力が高いと、気化が速すぎるということも生じ、その結果、毛管力によって気化のためのさらなる液体１を十分に迅速に提供することができなくなる。これも同様に、加熱領域２ａにおける焼結体の外面の過熱を招く。したがって、ユニット、例えば電圧、電力および／または温度の設定、制御または調節ユニット（ここでは図示せず）を設置することができるが、これは電池の耐用年数を犠牲にしており、また気化の最大量に制限を与える。

図１に示され、先行技術から知られている気化体の欠点は、このように、局所加熱方式とそれに伴う効果的でない熱輸送、複雑で高価な制御ユニット、気化させる液体および貯蔵体／芯材料の過熱および分解のリスクである。

図２は、先行技術から知られている気化体ユニットを示し、このユニットでは、加熱要素３０が焼結体２０に直接配置されている。特に、加熱要素３０は、焼結体２０に固定的に接続されている。このような接続は、特に、加熱要素３０をシート抵抗器として形成することによって達成することができる。この目的のために、導体の形態で構造化された導電性コーティングが、シート抵抗器の様式で焼結体２０に施与される。加熱要素３０として焼結体２０に直接施与されたコーティングは、特に、良好な熱接触を実現するために有利であり、これにより迅速な加熱が可能となる。しかし、図２に示した気化体ユニットも局所的に限られた気化面しか有しないため、この場合にも表面の過熱のリスクがある。

図３は、本発明による焼結体６を備えた気化体の構造を概略的に示している。図１および図２の多孔質焼結体２と同様に、この焼結体も、気化させる液体１に浸っている。毛管力（矢印４で表す）によって、気化させる液体が焼結体６の体積全体に輸送される。したがって、接点３ａ，３ｂ間に電圧を印加すると、焼結体６は、接点３ａ，３ｂ間の体積領域全体で大きな表面積で加熱される。したがって、図２に示す気化体とは異なり、液体１は、焼結体の外面のみならず、焼結体６の電気接点間の体積領域全体で形成される。したがって、焼結体６の外面あるいは加熱面または要素への毛管輸送は必要ではない。さらに、局所的な過熱のリスクが少ない。気化は、局所的に限定された加熱領域における加熱コイルによる場合に比べて、体積内ではるかに効率的に進行するため、気化は、はるかに低い温度および低い加熱電力で生じ得る。必要な電力が少なくなると、アキュムレータの１回の充電あたりの使用時間が長くなるか、あるいはより小型のアキュムレータまたは電池を使用できる点で有利である。

図４は、本発明の実施例としての焼結体１０の断面の概略図を示す。ここで、焼結体１０は、複合材料１１と、そこに分布する孔１２ａ，１２ｂとを有する。複合材料１１は、０．１～１０^５Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。焼結体１０に電圧を印加すると、焼結体１０の体積全体に電流が流れ、それによって加熱される。

図５には、焼結体１０の一部が拡大して示されている。複合材料１１は、誘電性マトリックス１３ａにより、およびマトリックス１３ａ中に均一に分布する導電性粒子１３ｂにより形成されている。図５に示す実施形態において、導電性粒子１３ｂは、小片状の幾何学的形状を有する。ここで、プロセスステップａ～ｄにより、１～５Ｓ／ｍの範囲の導電率および約３０体積％の気孔率を有する実施例１としての対応する焼結体６を得ることができ、これは、まず、２０～５０μｍの範囲から選択される粒度ｄ_５０および細長い粒形を有するガラスおよびチタンの各５０体積％の混合物を提供し、そこから未焼結体を製造し、続いてこれを、通常の炉雰囲気中での、使用されるガラスの軟化温度にほぼ相当する温度、この場合約７００℃での２０分間～１２０分間にわたる熱処理により焼結して焼結体６を得ることにより行われる。

したがって、使用されるガラスよりも軟化温度が約２００℃高いさらなるガラスが使用される場合、約９２０～９４０℃で２０分～１２０分焼結すると、１～１０Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する実施例２としての焼結体６を得ることができる。

特に断りのない限り、ここでおよび以下の実施例において、導電率は、例えば、直径約５～１０ｍｍ、高さ約５～１０ｍｍの試験片の抵抗測定と、抵抗値から導電率への換算とによって求められ、その際、測定チップを、対向直径に、さらなる補助手段（例えば、導電性ペーストまたは接点のはんだ付け）なしに手動で機械的に配置または施与する。ここで、これらの実施例１および実施例２から、誘電性材料、この場合、使用されるガラスの種類は、焼結体の導電率に適度な影響しか及ぼさないことが明らかである。これに対して、導電率は、導電性材料の種類および焼結体中のその含有量によって大きく左右される。

別の一発展形態において、例えば実施例１および２による誘電性材料を、焼結体の誘電体部分がガラスとセラミックとの双方を含むように変更することが提供される。したがって、誘電性材料中のセラミックの割合は、例えば最大で９７体積％となり得る。例えば、セラミックの割合が（誘電体部分に対して）９７体積％である焼結体の場合にも同様に、１～１０Ｓ／ｍの範囲の導電率を得ることができる。一方で、誘電性材料中のセラミックの割合がわずかしかない焼結体も同様に、同等の導電率を示す。したがって、本発明者らは、使用される誘電性材料の種類は、確かに機械的特性に影響を与えるが、焼結体の導電率に与える影響は極めて小さいと想定している。このことは、誘電体部分が、ガラスセラミックと、ガラスおよびセラミックのうちの一方または双方の成分とを有する混合物を含む焼結体にも同様に該当する。この場合、ガラスセラミック分は、未焼結体の中に結晶化可能なガラスを含めることによっても形成することができ、このガラスは、このガラスのセラミック化に適した温度で焼結するとセラミック化し、その後、ガラスセラミックとして存在するようになる。このような温度を下回る温度では、結晶化可能なガラスは、ガラス状態のままである。

さらに、プロセスステップａ～ｄにより、気孔率が約５５体積％であり、１００～１０００Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する実施例３としての焼結体６を得ることができ、これは、まず、１５～２０μｍの粒度ｄ_５０および細長い粒形を有するガラス８５体積％と銀１５体積％との混合物を提供し、そこから未焼結体を製造し、続いてこれを、通常の炉雰囲気中での、使用されるガラスの軟化温度にほぼ相当する温度、この場合約９３０～９５０℃での２０分間～１２０分間にわたる熱処理により焼結して焼結体６を得ることにより行われる。使用される銀の粒形が異なる場合、ここでは丸い粒形でｄ_５０が同様に１５～２０μｍである場合には、それに応じて、０．５～１Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する実施例４としての焼結体６を得ることができる。このことから、導電性材料の粒子形状が導電率に影響を与えることが明らかである。

約５５体積％の気孔率および約１５００Ｓ／ｍの導電率を有する実施例５あるいは実施例６としての焼結体６は、７０体積％のガラスと３０体積％のモリブデンとの混合物（ｄ_５０は１～３μｍ）によって、あるいは７０体積％のガラスと３０体積％のタングステンとの混合物（ｄ_５０は１～２μｍ）によって、通常の炉雰囲気中での、使用されるガラスの軟化温度にほぼ相当する温度、この場合約９００～９５０℃での２０分～１２０分にわたる熱処理により得ることができる。ここで、試験片の抵抗測定は、該試験片の対向する２つの直径の部分で、そこに施与した導電性ペーストを用いて実施した。

図６は、さらなる一実施例としての本発明による焼結体の断面のＳＥＭ画像を示す。導電性粒子１３ｂは、ここでは、誘電性材料１３ａ中の明色の構造物として見える。孔１２ａは、主に円形の断面を有する。孔１２ａの断面形状は、製造方法で使用される気孔形成剤の粒子形状によって決定される。

図７は、さらなる一実施例による開気孔を有するコーティングされた焼結体６の構造を、概略的な断面によって示す。コーティングされた焼結体１は、開気孔１２ａ，１２ｂを有する複合材料１１から構成される多孔質マトリックスを有する。開気孔１２ｂの一部は、その孔表面で焼結体の外面を形成しており、一方で、孔１２ａの別の部分は、焼結体の内部を形成している。焼結体の表面全体は、例えばＩＴＯコーティングの形態の導電性コーティング９ａを有する。焼結体に電圧が印加されると、電流が焼結体の体積全体を流れる。

ここでは、例えば実施例１または４によって、０．１～１００Ｓ／ｍの範囲の比較的低い導電率を有するガラス・金属コンポジットを最初に製造することによって、実施例８としての適切にコーティングされた焼結体６を得ることができる。このために、さらに例えば、９５～８６体積％のホウケイ酸ガラスと、粒径１～６０μｍの範囲の細長い銀粒子を有する５～１５体積％の銀とから構成される焼結体を、空気下で９００～９５０℃の焼結の範囲の温度で２０分～１２０分間焼結することにより製造することもできる。所望の１００～６００Ｓ／ｍの範囲の導電率を得るために、焼結体に、その後、導電性コーティング、例えばＩＴＯまたはＡＺＯを含むコーティングを施す。ここで、焼結体の基本的な導電性により、（導電性材料を有しない焼結体と比べて）必要なコーティング材料が５０％未満となる。さらに、コーティングプロセスにかかる時間も短縮される。コーティングプロセスに必要なプロセス時間を、最大で７０％短縮することができる。

１ キャリア液体
２ 焼結体
２ａ 加熱ゾーン
３，３０ 加熱要素
３ａ，３ｂ 接点
４ 毛管力
５ 蒸気
６ 焼結体
８ａ，８ｂ 孔
９，９ａ 導電性コーティング
１０ 導電性焼結体
１１ 複合材料
１２ａ，１２ｂ 孔
１３ａ 誘電性材料
１３ｂ 導電性粒子
１４ 隣接する導電性粒子の距離
２０ 焼結体
２２ 気化体
３１，３２ 接触部

さらに別の一変形例では、例えば１～１０Ｓ／μｍ未満の範囲の導電率を有する導電性材料、特に、チタン、マンガン、クロム、鋼、ケイ素および／または炭素が使用されることが提供される。本変形例では、導電性材料の割合は、一実施形態によれば、１５～９０体積％、好ましくは２０～７０体積％、特に好ましくは２５～６０体積％である。

Claims (21)

1. 多孔質焼結体を含む気化体であって、前記焼結体は、少なくとも１つの導電性材料と、少なくとも１つの誘電性材料とのコンポジットにより形成されており、前記焼結体は、１０～９０％の範囲の開気孔率を有し、
   前記誘電性材料は、ガラス、ガラスセラミック、セラミック、プラスチックおよびそれらの組み合わせの群から選択され、
   前記コンポジット中の誘電性材料の割合は、１０～９５体積％であり、前記焼結体中の導電性材料の割合は、最大９０体積％であり、
   前記焼結体は、０．１～１０^５Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する、気化体。
2. 前記気化体、有利には前記焼結体が、１０～１００００Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する、請求項１記載の気化体。
3. 前記気化体、好ましくは前記焼結体が、０．０５～５オーム、好ましくは０．１～５オームの範囲の電気抵抗を有し、前記気化体が、１～１２Ｖの範囲の電圧および／または１～５００Ｗ、好ましくは１～３００Ｗ、特に好ましくは１～１５０Ｗの加熱電力で運転される、請求項１または２記載の気化体。
4. 以下の特徴：
   － 前記焼結体が、導電性材料として、タングステン、モリブデン、鉄、チタン、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、貴金属、好ましくは白金、金、銀もしくはそれらの合金、特殊鋼、ケイ素、窒化チタンおよび／もしくはグラファイトまたはそれらの組み合わせを含む、
   － 前記焼結体が、正の温度係数を有する抵抗を有する導電性材料を含む、
   － 前記焼結体が、少なくとも－０．０００１ １／Ｋおよび／または０．００８ １／Ｋ未満の抵抗の温度係数を有する導電性材料を含む
   のうち少なくとも１つを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の気化体。
5. 前記導電性材料の含有量が、最大でも９０体積％、好ましくは最大でも７０体積％であるか、または５～７０体積％の範囲、好ましくは１０～６０体積％、好ましくは１５～４０体積％の範囲である、請求項１から４までのいずれか１項記載の気化体。
6. 前記焼結体中の導電性材料の含有量が、５～７０体積％、好ましくは５～１５体積％であり、前記焼結体はさらに、導電性コーティングを有し、好ましくは、前記焼結体の内面にも前記導電性コーティングが施されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の気化体。
7. 前記導電性材料の粒子が、０．１μｍ～１０００μｍの範囲、有利には１～２００μｍの範囲、最も好ましくは１～５０μｍの範囲の粒径ｄ_５０を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の気化体。
8. 前記導電性材料の前記粒子が、小片状に形成されており、かつ／または最大厚さｄ_ｍａｘおよび最大長さｌ_ｍａｘを有し、ここで、ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘ、特に好ましくは２ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘ、非常に特に好ましくは７ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘが成り立つ、請求項１から７までのいずれか１項記載の気化体。
9. 前記焼結体の開気孔が、１μｍ～５０００μｍの範囲、好ましくは５０～８００μｍ、特に好ましくは１００～６００μｍの範囲の平均孔径を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の気化体。
10. 前記導電性材料が、＞３０～７０Ｓ／μｍの範囲の導電率を有し、前記焼結体中の前記導電性材料の割合が、５～４０体積％、好ましくは１０～３０体積％、特に好ましくは１５～２５体積％である、請求項１から９までのいずれか１項記載の気化体。
11. 前記導電性材料が、１０～３０Ｓ／μｍの範囲の導電率を有し、前記焼結体中の前記導電性材料の割合が、１０～６０体積％、好ましくは１５～５０体積％、特に好ましくは２０～４０体積％である、請求項１から９までのいずれか１項記載の気化体。
12. 前記導電性材料が、１～＜１０Ｓ／μｍの範囲の導電率を有し、前記焼結体中の前記導電性材料の割合が、１５～９０体積％、好ましくは２０～７０体積％、特に好ましくは２５～６０体積％である、請求項１から９までのいずれか１項記載の気化体。
13. 前記焼結体が、少なくとも１つの誘電性材料としてガラスを含むかまたはそれからなり、好ましくは、以下の特徴：
    － アルカリ含有量が≦１５重量％であり、特に好ましくはアルカリ含有量が≦６重量％であるガラス、
    － 網目形成剤の割合が少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも７０重量％であり、変態温度Ｔ_ｇが３００～９００℃、好ましくは５００～８００℃の範囲である、
    － （ＩＳＯ ７１９に準拠して測定した場合に）クラス３の耐水性を示し、好ましくはクラス１または２の耐水性を示す
    のうち少なくとも１つを有するガラスを含むかまたはそれからなる、請求項１から１２までのいずれか１項記載の気化体。
14. 前記ガラスがホウケイ酸ガラスであり、好ましくは以下の成分
    

    

    を含むホウケイ酸ガラスである、請求項１から１３までのいずれか１項記載の気化体。
15. 電子タバコ、医療用吸入器、フレグランスディスペンサー、室内加湿器の部材としての、殺菌のための、またはガスの加熱のための、請求項１から１４までのいずれか１項記載の気化体の使用。
16. 気化体の製造方法、特に請求項１記載の気化体の製造方法であって、前記方法は、少なくとも以下のプロセスステップ：
    ａ）導電性材料および誘電性材料を粉末状で提供するプロセスステップと、
    ｂ）前記ステップａ）で提供された粉末を、有利には少なくとも１つの気孔形成剤と混合するプロセスステップと、
    ｃ）前記ステップｂ）で提供された粉末混合物から、加圧、鋳込みまたは押出によって未焼結体を生成するプロセスステップと、
    ｄ）前記ステップｃ）で生成された未焼結体を焼結するプロセスステップと
    を含み、前記ステップａ）で提供される誘電性材料は、ガラス、ガラスセラミック、セラミックまたはプラスチックを含み、前記ステップａ）で提供される粉末中の前記導電性材料の割合は、最大でも９０体積％である、方法。
17. 前記ステップｄ）の後のステップｅ）で、前記焼結体に後加工、好ましくは研削、穿孔、研磨、ミリングおよび／もしくは旋削加工を施し、かつ／または前記ステップｄ）の後のおよび／もしくは前記ステップｅ）の後のステップｆ）で、前記焼結体に電気的接触を、好ましくは導電性ペーストの施与または導体のはんだ付けにより施す、請求項１６記載の方法。
18. 前記ステップａ）で、誘電性材料として、ガラス、好ましくは以下の特徴：
    － アルカリ含有量が≦１５重量％であり、特に好ましくはアルカリ含有量が≦６重量％であるガラス、
    － 網目形成剤の割合が少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも７０重量％であり、変態温度Ｔ_ｇが３００～９００℃、好ましくは５００～８００℃の範囲である、
    － （ＩＳＯ ７１９に準拠して測定した場合に）クラス３の耐水性を示し、好ましくはクラス１または２の耐水性を示す
    のうち少なくとも１つを有するガラスを提供する、請求項１７記載の方法。
19. 前記ステップａ）において、導電性材料として、チタン、アルミニウム、銅、鉄、タングステン、モリブデン、クロム、貴金属またはそれらの合金、好ましくは、銀、金、白金、特殊鋼、ケイ素および／またはグラファイトを提供する、請求項１６から１８までのいずれか１項記載の方法。
20. 前記ステップａ）で提供された前記導電性材料の粒子が、小片状に形成されており、最大厚さｄ_ｍａｘおよび最大長さｌ_ｍａｘを有し、ここで、ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘ、特に好ましくは２ｄ_ｍａｘ＜ｌ_ｍａｘが成り立ち、かつ／または前記ステップａ）で提供された前記誘電性材料の粒子が、０．１～１０００μｍ、好ましくは１～２００μｍ、特に好ましくは１～５０μｍの範囲の平均粒径ｄ_５０および／または３０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満の粒径を有する、請求項１６から１９までのいずれか１項記載の方法。
21. 前記ステップａ）で提供された前記粉末において、前記導電性材料の含有量は５～７０体積％の範囲であり、前記焼結体の内面に、前記プロセスステップｄ）の後のステップｈ）で、導電性コーティングを好ましくはゾルゲル法またはＣＶＤ法によって施与する、請求項１６から２０までのいずれか１項記載の方法。

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