WO1997006118A1 - Elektrokeramischer werkstoff mit einstellbarer elektrischer leitfähigkeit - Google Patents

Elektrokeramischer werkstoff mit einstellbarer elektrischer leitfähigkeit Download PDF

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WO1997006118A1 PCT/EP1996/003388 EP9603388W WO9706118A1 WO 1997006118 A1 WO1997006118 A1 WO 1997006118A1 EP 9603388 W EP9603388 W EP 9603388W WO 9706118 A1 WO9706118 A1 WO 9706118A1
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electrically
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thermal fixing
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Günter NIMTZ
Tobias Hensel
Volker Grunow
Frank Georg Osthues
Kilian Friederich
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Nimtz Guenter
Tobias Hensel
Volker Grunow
Frank Georg Osthues
Kilian Friederich
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    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds

Definitions

  • the present invention relates to an electrically conductive ceramic material according to the preamble of the main claim.
  • the fixing components are heated in copiers, for example hollow rollers or plates for fixing the toner, generally by means of heating wires or by technically and financially very expensive lamps. Disadvantages of these methods are known to be very long heating phases until the steady-state thermal state is reached and high energy consumption in the unused preparation phase. In the known methods, this thermal inertia stems from the conversion of the light into heat, the necessary heat conduction from the heated surface of the roller to the fixing surface and from the thermal inherent capacities of the radiation sources.
  • the filament typically has a high temperature of 1,000 K, which then emits essentially visible and infrared radiation according to its temperature, which is then successively converted to heat on the surface of the fixing elements and conducts heat onto the toner -Fixing element distributed.
  • US Pat. No. 5,191,381 describes a thermal fixing device made of a ceramic roller, which consists of so-called "positive temperature coefficient of resistance” materials (PTC materials). These materials typically consist of barium titanate doped with lanthanum or cerium. The degree of doping determines the ferroelectric phase transition that causes the transition from the semiconductor to the insulator.
  • PTC materials positive temperature coefficient of resistance materials
  • a disadvantage of these materials is their abruptly changing resistance with changing temperatures, the need to metallize these materials on the inside and outside of a toner roller, and the homogeneity which is difficult to achieve, so that when the voltage is applied leads to local warming instead of global warming and their unsatisfactory mechanical properties.
  • the poorer mechanical properties, compared to metals, of the materials usually used for toner rollers so far, can lead to bending or breakage of the toner roller.
  • a toner roller is known from Japanese application JP 07 06 4425, which consists of a rare earth / chromium oxide ceramic. Because of their method of manufacture and the high-priced and ecologically problematic starting materials to be used, this ceramic cannot be considered economically and ecologically sensible.
  • the object of the present invention was to provide an electrically conductive ceramic material which has metallic properties, the electrical conductivity of which can be adjusted by approximately 10 orders of magnitude in the direction of the insulator and, when used, for example, as a thermal fixing device, the disadvantages of the prior art Technically known materials does not have.
  • the materials according to the invention are produced by uniformly covering granules made of electrically non-conductive materials, for example granules made of ceramic materials capable of sintering or clay-containing materials containing electrically conductive materials which, in the macroscopic state, have an electrical direct current conductivity of IO 5 to IO 8 S / m .
  • electrically conductive materials can be selected from one or more of the following compounds: corrosion-resistant, high-melting metals, carbides, nitrides, carbonitrides or borides of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten.
  • the electrically conductive particles must be connected to each other in the material (percolation) so that the material is electrically conductive throughout.
  • the particle size of the electrically conductive material is in the range from 1 nm to 10 ⁇ m.
  • the uniform coating or crosslinking of the granules with these electrically conductive particles makes it possible to reduce the filling factor without impairing the percolation.
  • Granules made of sinterable materials are preferably used; aluminum oxide is particularly preferably used. With these materials it should be noted that the granules themselves consist of sinterable crystallites. Porcelain, steatite or cordie can be used as clayey materials. insert rit. The average granule size is 80 to 150 ⁇ m, while the size of the primary crystallites is in the range of a few ⁇ m. The granules are produced from a raw material whose primary crystallite size is in the range from 2 to 3 ⁇ m.
  • This raw material is mixed in an aqueous suspension with 1% of an organic binder, preferably polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG) or cellulose, and then spray-dried, for example.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PEG polyethylene glycol
  • the granule size from 80 to 150 ⁇ m can be reproducibly determined by the viscosity of the slip, the surface tension of the slip, the speed of the centrifugal wheel or the nozzle settings.
  • the electrically conductive material preferably Ti (C, N) is added dry to these granules. In a mixing drum, the two components are mixed dry by rotation until the granulate is evenly coated with the conductive material.
  • the uniform coating is noticeable by a uniform gray coloration of the mixture.
  • the material is brought into the form adapted to the intended use and compacted by axial or isostatic pressing.
  • the green bodies obtained in this way are optionally turned over and then sintered in a manner known to the person skilled in the art and adapted to the particular materials, if necessary under a protective gas or in a partial vacuum, or compacted by the action of temperature. If necessary, the component obtained in this way is subjected to a final treatment, for example by means of fine grinding.
  • the electrical resistance of the materials according to the invention behaves like a metal when there are temperature changes.
  • the material according to the invention can be used for a wide variety of applications. Materials with an electrical conductivity of 10 ⁇ 3 to 10 3 S / m can be used, for example, in thermal fixation devices. lines, as described in US Pat. No. 5,191,381 or Japanese application JP 07 06 4425, can be used.
  • a heating roller for a copier made from the material according to the invention can advantageously be used directly for the rapid and economical heating of thermal fixing devices in copying machines with toners.
  • a toner roller made of a material according to the invention based on Ba ⁇ Al 2 O 3 / Ti (C, N) was produced with the dimensions: length approx. 270 mm, outer diameter 60 mm, inner diameter 40 mm by isostatic pressing, subsequent green machining and hard machining. The outside diameter was turned over and hard-machined after sintering. Electrical contacts were attached to the end faces of this toner roller. The electrical conductivity of this roller was 12 S / m. Depending on the choice of electrical conductivity, the toner element for heating can be connected directly to any desired voltage value, for example 12 or 230 V, in order to achieve the necessary heating power. The outstanding mechanical properties of the roller produced from the material according to the invention are particularly important for use as a toner roller.
  • toner rollers made of steel have an E-module of 210 GPa
  • the toner roller produced according to the invention has an E-module of 400 GPa, a value which ensures that this roller deflects less and thus prevents paper jams, for example.
  • an electrical power of 600 W a voltage of 230 V and a frequency of 50 Hz
  • the toner roller according to the invention only required a heating-up time of 13 seconds.
  • Toner rollers made of the material according to the invention can be designed as hollow or solid rollers and can also be provided with an electrically insulating layer on the outside.
  • Materials with an electrical conductivity of 10 to 10 ⁇ 8 S / m can be used to avoid static charges and thus to avoid flashovers, for example as a base of X-ray or microwave tubes.
  • bases for X-ray or Microwave tubes known from ceramic insulators. If static charges and arcing occur with such tubes, the tube is inevitably destroyed.
  • Ver ⁇ application of sockets made of the inventive material with an electrical conductivity of IO -3 to 10 ° ⁇ S / m ⁇ tati ⁇ che the charge is dissipated before ⁇ ie can lead to dangerous arcing.
  • Al 2 O 3 powder with a particle size of 2 to 3 ⁇ m was mixed in an aqueous solution with 1% polyvinyl alcohol as the binder and then spray-dried.
  • An AI 2 O 3 granulate with an average granule size of 80 to 150 ⁇ m was produced.
  • 500 g of these Al 2 O 3 granules and 6.35 g of Ti (C, N) with a particle size of 0.4 ⁇ m (1 volume% of Ti (C, N), based on the Al 2 O 3 granulate) were placed in a 1- Liter wide-mouth bottle filled with about 95 mm diameter and moved for 1 hour at about 60 rpm. After this mixing process, the mixture turned uniformly gray.

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Abstract

Elektrisch leitender keramischer Werkstoff, der metallische Eigenschaften besitzt, dessen elektrische Leitfähigkeit beliebig um ca. 10 Größenordnungen in Richtung Isolator eingestellt werden kann und bei Verwendung beispielsweise als thermische Fixiervorrichtung die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Materialien nicht aufweist.

Description

Elektrokeramischer Werkstoff mit einstellbarer elektrischer Leitfähigkeit
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisch lei¬ tender keramischer Werkstoff gemäß Oberbegriff des Haupt¬ anspruchs.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß das Aufheizen der Fixierkomponenten in Kopiergeräten, beispielsweise Hohlwalzen oder Platten zur Fixierung des Toners, im allgemeinen durch Heizdrähte oder durch technisch und finanziell sehr aufwen¬ dige Lampen erfolgt. Nachteile dieser Verfahren sind bekannt¬ lich sehr lange Erwärmungsphasen bis zum Erreichen des sta- tionären thermischen Zustandes und ein hoher Energieverbrauch in der ungenutzten Bereitstellungsphase. Diese thermische Trägheit stammt bei den bekannten Verfahren von der Umwand¬ lung des Lichtes in Wärme, der notwendigen Wärmeleitung von der erwärmten Oberfläche der Walze zur Fixierfläche und von den thermischen Eigenkapazitäten der Strahlungsquellen. Wer¬ den spezielle Lampen eingesetzt, besitzt der Glühfaden typischerweiεe eine hohe Temperatur von 1.000 K, der dann entsprechend seiner Temperatur im wesentlichen sichtbare und infrarote Strahlung emittiert, die dann sukzessiv an der Oberfläche der Fixierelemente in Wärme umgewandelt wird und über Wärmeleitung sich auf das Toner-Fixierelement verteilt.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die thermisch trägen Erwärmungsprozesse der Fixierbauteile über Lampen oder Heiz- elemente, Prozesse, die die Fixierwalze indirekt erwärmen, durch die nahezu spontane und verluεtfreie Ohmsche Erwärmung der Walze selbst zu ersetzen. Bei diesen Prozessen wird die Energie unmittelbar durch die Reibung freier Ladungsträger im Material der Walze direkt in Wärme umgewandelt.
Die US-PS 5,191,381 beschreibt eine thermische Fixiervorrich¬ tung aus einer keramischen Walze, die aus sogenannten "positive temperature coefficient of resistance"-Materialien (PTC-Materialien) besteht. Diese Materialien bestehen typi¬ scherweise aus Bariumtitanat, das mit Lanthan oder Cer do¬ tiert ist. Der Dotierungsgrad bestimmt den ferroelektrischen Phasenübergang, der den Übergang vom Halbleiter zum Isolator verursacht. Nachteilig bei diesen Materialien ist ihr sprung¬ haft sich ändernder Widerstand bei sich ändernden Temperatu¬ ren, die Notwendigkeit, bei einer Tonerwalze aus diesen Mate¬ rialien diese innen und außen zu metallisieren, die schwer zu erzielende Homogenität, so daß es bei Anlegen der Spannung zu lokalen anstelle einer globalen Erwärmungen führt sowie ihre unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften. Die, im Ver¬ gleich zu Metallen, den bisher üblicherweise verwendeten Ma¬ terialien für Tonerwalzen, schlechteren mechanischen Eigen- schaften können zum Durchbiegen oder Bruch der Tonerwalze führen.
Aus der japanischen Anmeldung JP 07 06 4425 ist eine Toner¬ walze bekannt, die aus einer Seltenerd/Chromoxid-Keramik be- steht. Diese Keramik kann aufgrund ihrer Herstellweise und der zu verwendenden hochpreisigen und ökologisch problemati¬ schen Ausgangsmaterialien wirtschaftlich und ökologisch als nicht sinnvoll angesehen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, einen elektrisch leitenden keramischen Werkstoff bereitzustellen, der metallische Eigenschaften besitzt, dessen elektrische Leitfähigkeit beliebig um ca. 10 Größenordnungen in Richtung Isolator eingestellt werden kann und bei Verwendung bei- spielsweise als thermische Fixiervorrichtung die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Materialien nicht auf¬ weist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Werkstoff mit den Kennzeichen des Hauptanspruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen. Hergestellt werden die erfindungsgemäßen Werkstoffe durch die gleichmäßige Belegung von Granulaten aus elektrisch nicht leitenden Materialien, beispeilsweise Granulaten von εinterfähigen keramischen Massen oder tonhaltigen Massen mit elektrisch leitenden Materialien, die im makroskopischen Zu¬ stand eine elektrische Gleichstromleitfähigkeit von IO5 bis IO8 S/m aufweisen. Dieεe elektrisch leitenden Materialien können aus einer oder mehreren der nachfolgenden Verbindungen ausgewählt sein: korrosionsbeständige, hochschmelzende Me- talle, Karbide, Nitride, Karbonitride oder Boride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram. Die elektrisch leitenden Partikel müssen im Werkstoff miteinander in Verbindung (Perkolation) stehen, so daß der Werkstoff durchgehend elektrisch leitfähig ist. Die Partikelgröße des elektrisch leitenden Materials liegt erfin¬ dungsgemäß im Bereich von 1 nm bis 10 μm. Durch die gleichmä¬ ßige Belegung bzw. Vernetzung der Granulate mit diesen elek¬ trisch leitenden Partikeln ist eε möglich, den Füllfaktor zu reduzieren, ohne daß dadurch die Perkolation beeinträchtigt wird. Durch diese Maßnahmen wird die Perkolation bereitε bei einer Belegung der Granulate mit 0,1 bis 5 Vol.-%, bezogen auf die Gesamtgranulatmenge, an elektrisch leitenden Parti¬ keln ermöglicht. Die gezielte Auswahl der Art und Partikel¬ größe des elektriεch leitenden Materials läßt den Füllfaktor und damit die elektrische Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffeε dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend an¬ passen. Besonders feine Partikel elektrisch leitender Materialien werden erhalten, wenn das Ausgangsmaterial in Wasser oder unpolaren Lösungεmitteln intenεiv vorgemahlen wird.
Vorzugsweise werden Granulate aus sinterfähigen Materialien, wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumnitrid oder Aluminium¬ nitrid, besonders bevorzugt wird Aluminiumoxid eingesetzt. Bei diesen Materialien ist zu beachten, daß die Granulate selbst aus sinterfähigen Kristalliten bestehen. Als tonhal¬ tige Materialien lasεen sich Porzellan, Steatit oder Cordie- rit einsetzen. Die Granulatgröße beträgt im Mittelwert 80 bis 150 μm, während die Größe der Primärkristallite im Bereich weniger μm liegt. Die Granulate werden aus einem Rohstoff hergestellt, dessen Primärkristallitgröße im Bereich von 2 biε 3 μm liegt. Dieser Rohstoff wird in wäsεriger Suεpenεion mit 1 % eineε organiεchen Binderε, vorzugεweise Polyvinylal¬ kohol (PVA) , Poyethylenglykol (PEG) oder Zellulose vermischt und anschließend beispielεweiεe sprühgetrocknet. Die Granu¬ latgröße von 80 bis 150 μm läßt sich reproduzierbar durch die Viεkosität des Schlickers, der Oberflächenspannung des Schlickerε, der Drehzahl des Schleuderrades oder der Düseneinstellungen festlegen. Das elektrisch leitende Material, vorzugsweise Ti(C,N), wird diesem Granulat trocken zugegeben. In einer Mischtrommel werden beide Bestandteile durch Rotation so lange trocken miteinander gemischt, bis das Granulat mit dem leitenden Material gleichmäßig belegt ist. Wird als elektriεch leitendeε Material Ti(C,N) und als elek¬ trisch nicht leitendes Material AI2O3-Granulat eingesetzt, macht sich die gleichmäßige Belegung durch eine einheitliche Graufärbung der Mischung bemerkbar. Nach der gleichmäßigen Belegung wird der Werkstoff in die dem Verwendungεzweck ange- paεεte Form gebracht und durch axiales oder iεoεtatiεcheε Pressen verdichtet. Die so erhaltenen Grünkörper werden gege¬ benfalls überdreht und anschließend in einer, dem Fachmann bekannten und auf die jeweiligen Materialien angepaßten Weise, falls erforderlich unter Schutzgas oder im Teilvakuum, gesintert oder durch Temperatureinwirkung verdichtet. Soweit nötig wird das so erhaltene Bauteil einer Endbehandlung, bei¬ spielsweise mittels Feinschleifen unterzogen.
Von besonderer Bedeutung ist, daß sich der elektrische Wider¬ stand der erfindungsgemäßen Werkstoffe bei Temperaturänderun- gen wie der eines Metalles verhält. Je nach elektriεcher Leitfähigkeit kann der erfindungεgemäße Werkstoff für die unterschiedlichsten Einsatzbereiche eingesetzt werden. Werk¬ stoffe mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10~3 biε IO3 S/m können beispielsweiεe in thermiεchen Fixiervorrich- tungen, wie sie in der US-PS 5,191,381 oder der japanischen Anmeldung JP 07 06 4425 beschrieben sind, verwendet werden. Eine auε dem erfindungεgemäßen Werkεtoff hergestellte Heizwalze für einen Kopierer läßt sich direkt zur raschen und ökonomischen Erhitzung von thermischen Fixiervorrichtungen in Kopiergeräten mit Tonern in vorteilhafter Weise einsetzen. Eine Tonerwalze aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff auf Ba- εiε Al2θ3/Ti (C,N) wurde mit den Abmeεsungen: Länge ca. 270 mm, Außendurchmesser 60 mm, Innendurchmesser 40 mm durch isostatisches Pressen, anschließender Grünbearbeitung und Hartbearbeitung hergestellt. Der Außendurchmesser wurde über¬ dreht und nach dem Sintern hartbearbeitet. An den Stirnflä¬ chen dieser Tonerwalze wurden elektrische Kontakte ange¬ bracht. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Walze betrug 12 S/m. Je nach Wahl der elektrischen Leitfähigkeit kann das Tonerelement zum Erhitzen an jeden gewünschten Spannungswert, beispielεweiεe 12 oder 230 V, direkt angeεchlossen werden, um die notwendige Heizleiεtung zu erzielen. Für den Einsatz als Tonerwalze besonders wichtig sind die hervorragenden mecha- nischen Eigenschaften der aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellten Walze. Während Tonerwalzen auε Stahl ein E-Mo¬ dul von 210 GPa aufweisen, besitzt die gemäß der Erfindung hergestellte Tonerwalze ein E-Modul von 400 GPa,- ein Wert, der sicherstellt, daß sich diese Walze weniger durchbiegt und somit beispielsweise Papierstaus verhindert werden. Die erfindungsgemäße Tonerwalze benötigte bei einer elektrischen Leistung von 600 W, einer Spannung von 230 V und einer Fre¬ quenz von 50 Hz lediglich eine Aufheizzeit von 13 εek. Toner¬ walzen auε dem erfindungsgemäßen Werkstoff können als Hohl- oder Vollwalze ausgeführt werden und außen auch mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen εein.
Werkεtoffe mit einer elektriεchen Leitfähigkeit von 10 bis 10~8 S/m können zur Vermeidung statischer Aufladungen und da- mit zur Vermeidung von Überschlägen, beispielsweise alε Sok- kel von Röntgen- oder Mikrowellenröhren, eingeεetzt werden. Im Stand der Technik sind Sockel für Röntgen- oder Mikrowellenröhren aus keramischen Isolatoren bekannt. Kommt es bei solchen Röhren zu statischen Aufladungen und Über¬ schlägen, so wird die Röhre zwangsläufig zerstört. Bei Ver¬ wendung von Sockeln aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff mit einer elektrischen Leitfähigkeit von IO-3 bis 10~° S/m wird die εtatiεche Aufladung abgeführt, bevor εie zu gefährlichen Überschlägen führen kann.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch einzuschränken.
Beispiel:
AI2O3-Pulver mit einer Partikelgröße von 2 biε 3 μm wurde in wäεεriger Löεung mit 1 % Polyvinylalkohol als Bindemittel versetzt und anschließend sprühgetrocknet. Es entstand ein AI2O3-Granulat mit einer mittleren Granulatgröße von 80 bis 150 μm. 500 g dieseε Al2θ3-Granulatε und 6,35 g Ti(C,N) einer Partikelgröße von 0,4 μm (1 Voi.% Ti(C,N), bezogen auf daε AI2O3-Granulat) wurden in eine 1-Liter-Weithalsflasche mit etwa 95 mm Durchmesεer gefüllt und 1 Stunde mit ca. 60 U/min bewegt. Nach dieεem Mischvorgang hat εich die Mischung ein¬ heitlich grau verfärbt. Auε dieεem belegtem Material wurden durch Heißpressen (1530°C, 280 bar, 40 min) Proben herge- stellt, deren Querschliffe im Lichtmikroskop untersucht wur¬ den (Fig.l und Fig.2) . Die Gleichmäßigkeit der Belegung ist deutlich zu sehen. Ebenso wurden Proben mit 3,5, 4, und 5 Vol.-% Ti(C,N) hergestellt. Die Querschliffe dieser Proben zeigen die Figuren 3 bis 7.

Claims

Patentansprüche:
1. Elektrisch leitender keramischer Werkstoff aus im we- sentlichen zwei Phasen, bei dem die erste Phase aus einem elektriεch nicht leitenden Material und die zweite Phase auε einem im makroεkopisehen Zustand elektrisch leitenden Mate¬ rial besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
a) das elektrisch nicht leitende Material aus Granula¬ ten von sinterfähigen keramischen Maεsen oder ton¬ haltigen Massen besteht,
b) die Granulatgröße im Mittelwert 80 bis 150 μm be- trägt,
c) das elektrisch leitende Material aus einer oder mehreren der nachfolgend angegebenen Verbindungen besteht: korrosionsbeständige, hochschmelzende Me- talle, Karbide, Nitride, Karbonitride oder Boride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tan¬ tal, Chrom, Molybdän und Wolfram,
d) die durchschnittliche Partikelgröße des elektrisch leitenden Materialε in einem Bereich von 1 nm bis
10 μm liegt und daε Material der Partikel im makroskopischen Zuεtand eine elektrische Gleich¬ stromleitfähigkeit von IO5 bis 10° S/m aufweist,
e) das elektrisch nicht leitende Material mit dem elektrisch leitenden Material gleichmäßig belegt bzw. vernetzt ist,
f) die elektrisch leitenden Partikel im Werkstoff miteinander in Verbindung (Perkolation) εtehen und innerhalb deε für εie zuεammenhängenden erεten Phasehbeεtandteilε in einer Menge von 0,1 bis 5 Vol.-% vorliegen und
g) der Werkstoff eine elektrische Leitfähigkeit von 10"8 bis 1000 S/m aufweist und der Widerstand sich bei Temperaturänderungen wie der eines Metalles verhält.
2. Elektrisch leitender keramischer Werkstoff gemäß An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch nicht leitende Material ausgewählt ist aus: AI2O3, Zrθ2, Si3N4, A1N, Porzellan, Steatit, Cordierit oder deren Mi¬ schungen und das elektrisch leitende Material ausgewählt iεt aus: Ti(C,N), TiC, TiN, WC, ZrB2, TiB2, Mo2C oder deren Mischungen.
3. Elektrisch leitender keramischer Werkstoff gemäß An¬ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk¬ stoff eine elektrische Leitfähigkeit von 10~3 bis IO3 S/m aufweiεt.
4. Elektriεch leitender keramiεcher Werkεtoff gemäß An¬ εpruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk¬ εtoff eine elektrische Leitfähigkeit von 10~3 bis 10~8 S/m aufweist.
5. Verwendung des Werkstoffes gemäß Anspruch 3 als Auεgangsmaterial zur Herstellung thermischer Fixiervor¬ richtungen.
6. Verwendung des Werkstoffeε gemäß Anspruch 4 als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Bauteilen zur Ver¬ meidung statischer Aufladungen.
7. Thermische Fixiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Werkεtoff gemäß Anεpruch 3 beεteht.
8. Thermische Fixiervorrichtung gemäß Anεpruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß εie als Voll- oder Hohlwalze ausge¬ führt ist.
9. Thermische Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie an den Stirnseiten zwei elektrische Kontakte aufweist.
10. Thermiεche Fixiervorrichtung gemäß Anεpruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß εie außen mit einer elek¬ triεch iεolierenden Schicht versehen ist.
11. Thermische Fixiervorrichtung gemäß einem der Anεprüche 7 biε 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Al2θ3/Ti (C,N) besteht und ein E-Modul von 400 GPa be¬ sitzt.
12. Bauteil zur Vermeidung statischer Aufladungen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Werkstoff gemäß An- spruch 4 besteht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2765723B1 (fr) * 1997-07-01 1999-07-30 Commissariat Energie Atomique Materiau composite conducteur, materiau obtenu par frittage de celui-ci, plaques bipolaires preparees avec ce dernier, et dispositif de pile a combustible comprenant ces plaques bipolaires

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0107511A1 (de) * 1982-10-27 1984-05-02 Hitachi, Ltd. Elektrisch leitfähige Keramik
DE3819698A1 (de) * 1987-06-09 1988-12-29 Hitachi Metals Ltd Heizrolle zum fixieren von toner
JPH01107458A (ja) * 1987-10-20 1989-04-25 Sanyo Electric Co Ltd りん酸燃料電池
EP0332105A2 (de) * 1988-03-11 1989-09-13 Hitachi, Ltd. Fixiervorrichtung und Aufnahmegerät
JPH04230904A (ja) * 1990-09-04 1992-08-19 Asahi Glass Co Ltd 電子部品帯電除去用セラミックスおよびそれを使用した電子部品の取り扱い方法
US5342564A (en) * 1992-12-31 1994-08-30 Valenite Inc. Rapid sintering method for producing alumina-titanium carbide composites

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0107511A1 (de) * 1982-10-27 1984-05-02 Hitachi, Ltd. Elektrisch leitfähige Keramik
DE3819698A1 (de) * 1987-06-09 1988-12-29 Hitachi Metals Ltd Heizrolle zum fixieren von toner
JPH01107458A (ja) * 1987-10-20 1989-04-25 Sanyo Electric Co Ltd りん酸燃料電池
EP0332105A2 (de) * 1988-03-11 1989-09-13 Hitachi, Ltd. Fixiervorrichtung und Aufnahmegerät
JPH04230904A (ja) * 1990-09-04 1992-08-19 Asahi Glass Co Ltd 電子部品帯電除去用セラミックスおよびそれを使用した電子部品の取り扱い方法
US5342564A (en) * 1992-12-31 1994-08-30 Valenite Inc. Rapid sintering method for producing alumina-titanium carbide composites

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section Ch Week 9240, Derwent World Patents Index; Class L03, AN 92-326771, XP002019338 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 348 (E - 799) 4 August 1989 (1989-08-04) *

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