[发明专利]导电材料以及具有导电材料的辐射器及其制造方法

说明书

技术领域

本申请涉及用于制造导电材料的方法、导电材料以及包含导电材料的辐射器。

背景技术

在此所谈论的导电材料特别是被考虑作为在白炽灯或红外辐射器中使用的电加热元件。因此这样的导电材料特别是适合于在可见波长范围内并且特别是也在不可见波长范围内射束的面向目标的发射。

这样的导电材料通常基于碳或主要由碳组成。然而，以在此所谈论的类型的导电材料可以作为原材料替代地或附加地具有与碳不同的材料，这些材料提供导电性。

以即可使用的、装配的（konfektioniert）形式，所谈论的导电材料必要时也被称为白热灯丝、热丝、螺旋形灯丝、加热棒并且特别是被称为灯丝。只要在下文中谈论到灯丝，在这种情况下也始终包括该导电材料，该灯丝由该导电材料来构造。

用作在白炽灯或红外辐射器中使用的电加热元件的导电材料、特别是基于碳的材料的制造很久以来就已知。这样的导电材料经历多个生产步骤，这些生产步骤适于为在800℃以上的温度下持久使用准备材料。

在此困难一般在于，尽管原材料的特性的波动而始终在关于电和机械特性所定义的公差范围内生产一生产批次的所有材料或灯丝并且因此保证辐射源的恒定的保持不变的特性。电特性在此一般应被调节，使得所期望的功率（在红外辐射的情况下）或色温（在白炽灯的情况下）在辐射源的预给定的额定电压和预给定的尺寸的情况下被达到。此外，该导电材料应该具有足够的机械强度和形状不变性。最后，用于制造该导电材料的花费和成本应该在合理的范围内改变。

根据在此所谈论的导电材料的所期望的使用目的，上面所指出的要求一般将改变，并且用于遵守这些要求的不同的技术解决方案由主管的专业人员来选择。关于上述导电材料的制造的概况在此可从John W. Howell，Henry Schroeder：History of the Incandescent Lamp，The Maqua Company，Schenectady，NY 1927获悉。

例如可以通过以下方式制造上述导电材料，即具有电导率的纤维以合适的包围材料包围。因此该包围材料可以为导电纤维提供合适的基质，更确切地说特别是在执行热处理此后。

明显的是，专业人员为了得到根据上面所说明的要求简档的具体的特性将致力于面向目标地改变导电材料的电特性。对此，根据现有技术一系列的方案是已知的。

首先可设想在保持不变的表面的情况下特别是作为灯丝的装配形式的导电材料的横截面的变化。在被扩展方案为伸展带的导电材料的情况下，电气值因此可以在近似恒定的周长并且减小的厚度的情况下在宽的范围上被调节。然而，如果较大的辐射器在通常的电压下运行，那么这样的作为导电材料使用的伸展带证明太薄、太脆并且太易裂。

从EP 0700 629 B1已知特别是作为灯丝被装配的导电材料，所述导电材料在大的辐射器长度并且同时导电材料、即灯丝的合理的稳定性的情况下提供高功率。然而，所提出的灯丝的电阻在那里太小，以便可以在工业上通常的电压的情况下运行很大的辐射器。此外，已表明，如果由导电材料组成的灯丝应同时是可安全地加工的，那么导电材料之内的导电纤维的种类的变化或作为基质形成物的树脂种类的变化不提供该特性的决定性的变化。

替代地或附加地，已知的是，掺杂导电材料的原材料，以便实现确定的电特性。因此可以例如由结晶碳、非晶碳和用于调节电导率的其它物质、诸如氮和/或硼来制造导电材料。这样的材料在US 6,845,217 B2中被描述。US 6,627,144提出使用有机树脂、碳粉、碳化硅和氮化硼。

然而，以该方式制造的导电材料有如下特性，即由此所获得的灯丝或加热棒不允许低于一定的相当大的厚度。此外，这样的灯丝或加热棒的长度向上严格受限制。然而，灯丝的由这些机械要求所产生的横截面在小的表面的情况下导致高电导率。此外，这样的灯丝的低的机械稳定性使工业加工变得困难或甚至不可能。

为了在较低的电导率的情况下获得好的机械稳定性，基于纤维或含纤维的材料的导电材料被用于灯或辐射器是已知的。在此可以在同时大的表面的情况下实现（例如作为灯丝或加热棒的）装配的导电材料的小的厚度，使得与非晶石墨相比较高的电导率可以在纤维中被补偿。这样的灯丝通常借助碳化并且必要时石墨化来生产。

碳化通常在400℃和1500℃之间的温度下在惰性气氛下实现，其中氢、氧和氮并且必要时其它存在的元素特别是从包围导电纤维的材料（包围材料）中被除去，使得具有高的碳含量的导电材料形成。该包围材料在此成为包围导电纤维的基质。