[发明专利]具有改进的耐刮擦性和热传导性能的陶瓷涂层

说明书

本发明通常涉及通过溶胶-凝胶方法所获得的陶瓷涂层，其能够不借助于熔合的可能来生产玻璃质材料，所述的陶瓷涂层打算施用到金属载体。

本发明还涉及生产所述的涂层的方法以及涉及包含至少一层这样的涂层的制品，所述的制品可以是厨房用具制品、铁底板、头发平滑化熨烫板或者甚至家用器具的盖子。

用陶瓷涂层在本发明的含义中表示通过溶胶-凝胶方法，由液体相前体基溶液形成的合成涂层，该溶液通过一组化学反应(水解和缩合)在低温转化成固体。因此获得的涂层可以是有机-无机的或者完全无机的。

在本发明的含义中用有机-无机涂层表示这样的涂层，其的网络基本是无机的，但是包含有机基团，这具体归因于所用前体的性质和涂层的固化温度。

在本发明的含义中用完全无机的涂层表示由完全的无机材料组成的涂层，没有任何有机基团。这样的涂层还可以通过溶胶-凝胶方法，在至少400℃的固化温度获得，或者由四乙氧基硅烷(TEOS)类型前体，使用可以低于400℃的固化温度来获得。

这些陶瓷涂层目前在厨房用具制品领域具有重要发展，和特别是作为覆盖厨房用具制品的内或者外表面的涂层。此外，它们具有可以获得特别的耐温度性着色涂层和具有易于清洁性的优点。

这样的涂层通常是通过将硅基金属烷氧基化物例如硅烷或者铝基金属烷氧基化物如铝酸盐相组合来获得的，并且可以施涂到金属基底如铝、铸铝或不锈钢上。

但是，这些溶胶-凝胶涂层在金属载体上具有有限的耐机械性，和/或由于它们的热绝缘性而不允许最佳的热传导。实际上，在例如厨房用具制品的情况中，提供到所述制品的部分的能量是在该绝缘涂层中耗散的，而非直接传递到待烹制的食物。此外，使用不导热或者差的导热的溶胶-凝胶涂层，在与加热体接触的区域会观察到对烹制品质不利的热点的局部形成。

不过，基本的是能够具有在大于200℃耐热的涂层，其在它们的最终用途中以均匀和有效的方式传热，并且其另外是机械上耐使用损伤的(刮擦、研磨…)。

为了解决这样的问题，本领域技术人员通常将考虑使用微米尺寸的常规金属填料。但是，这些填料具有高密度，这使得它们悬浮困难，并且产生了在含有它们的配料中快速倾析的风险。

因此本申请人寻求通过混入具有低容积密度和高热导率的填料，来解决这个密度问题。金刚石和立方体氮化硼颗粒满足这两个限制，并且它们在通过溶胶-凝胶方法获得的陶瓷涂层中的应用是本领域技术人员已知的。

因此，美国专利US6939908教导了在由前体例如烷氧基硅烷通过溶胶-凝胶方法所获得的透明的陶瓷涂层中使用直径0.05μm-20μm的耐磨颗粒聚集体类型，来改进涂层耐变形性，以及使用直径小于0.1μm的陶瓷纳米颗粒，来提高涂层透明度。用于塑性基底的透明涂层主要打算用于眼科类型、机动车玻璃或者飞机驾驶舱应用。这样的涂层也可以施用到金属基底上，来改进它们的硬度和耐腐蚀性。

此外，专利申请US2011/0127461描述通过溶胶-凝胶方法所获得的热导性组合物，其由聚硅氧烷基质组成，其中分散有尺寸为0.003-50μm的无机颗粒例如氮化硼或者金刚石颗粒，该颗粒和基质化学结合的。归因于它们的高热导率，该金刚石或者CBN颗粒有利于热在更热绝缘的聚硅氧烷基质中的传递。

该溶胶-凝胶涂层的厚度是200-500μm。它们由非常厚的涂层组成，打算用于电子功率领域，作为用于密封和保护半导体元件的材料。耐机械性不是这些类型涂层的目标。

具体的，在厚涂层下确保热传导所必需的高颗粒含量产生了高的碎片风险，其对于硬机械要求电子应用是可接受的，但是对于厨房用具应用是不可接受的，厨房用具经历了持续的机械侵蚀(冲击、研磨、重复的震动)。

但是，这些文献教导的溶胶-凝胶涂层不可能解决本发明的技术问题，其组成在于共同的和有效的改进低厚度(特别是小于100nm)溶胶-凝胶涂层的耐机械性和它在使用过程中的热均匀性。

为了解决这个问题，本申请人已经通过溶胶-凝胶方法开发了陶瓷涂层，其中存在着低容积密度(小于3.9g/cm³)的颗粒，同时具有良好的热导率性能。

本发明因此涉及陶瓷涂层，其打算施用到金属载体，并且处于厚度2-100μm的至少连续膜的形式，所述涂层包含基质，其包括至少金属聚烷氧化物和其中分散的直径是0.01-50μm的颗粒，这些颗粒是这样的材料，其的热导率等于或者高于10W.m^-1.K^-1和容积密度最大是3.9g/cm³。