导电材料以及具有导电材料的辐射器及其制造方法

导电材料以及具有导电材料的辐射器及其制造方法
【专利摘要】本发明提出一种用于制造导电材料（1）的方法，其中所述方法包含以下步骤：a.提供由导电纤维（3）构成的结构（2），b.制造基于碳的、具有电导率的基质（5），所述基质至少部分地包围所述导电纤维（3），其中在制造基质（5）之前或之后导电纤维（3）的至少一部分在可能的电流方向（9）上来看被中断。此外提出以相应的方式可获得的导电材料（1）。最后说明一种辐射器（23），所述辐射器包含透明的或半透明的壳体以及根据本发明的导电材料（1）。利用本发明可以提供具有放大的电阻的导电材料（1）。因此从现在起特别是可以在通用的额定电压的情况下运行具有几乎任意长度的辐射器（23）。
【专利说明】导电材料以及具有导电材料的辐射器及其制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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SOO0C以上的温度下持久使用准备材料。
[0006]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。
[0007]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 ff.Howell, Henry Schroeder:History of theIncandescent Lamp, The Maqua Company, Schenectady, NY 1927 获悉。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]从EP 0700 629 BI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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]碳化通常在400°C和1500°C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。
[0016]石墨化在1500°C和3000°C之间的温度下在大气压力下在惰性气氛下或也在真空中实现，其中在碳化此后必要时从导电纤维和包围该导电纤维的基质中排出还存在的非碳的(kohlenstofffremd)组成部分并且由此影响导电材料的微结构。在该上下文中，碳化的、包围导电纤维的材料(即碳化的包围材料)被理解为基质。
[0017]为了调节所期望的电特性，与这样的导电材料相关联地已知的是，掺杂该导电材料。在US 487，046中描述用于嵌入到导电材料中的来自气相的物质、即特别是碳化物的添力口。由此导电材料的电特性改变。然而，该方法需要昂贵的第三热处理，其中每个单独的灯丝必须被处理。此外，通过利用碳化物的掺杂，产生很脆的导电材料，该导电材料不适合于在大的辐射器中使用。
[0018]导电材料的电特性已经可以也在石墨化步骤期间被影响。石墨化的最大温度以及其持续时间在此在一定程度上影响所形成的导电材料的电导率。该效应在H.0.Pierson:Handbook of Carbon， Graphite， Diamond and Fullerenes， Noyes Publications， ParkRidge7NJ 1993中被描述。然而，因为在石墨化时存在的高温度降低导电材料的电阻，所以该效应在制造用于长辐射器的导电材料时刚好是不利的，因为对于长辐射器在高的灯丝温度下需要具有高电阻的导电材料。
[0019]同样的内容适用于附加的碳通过热解在导电材料的表面上的沉积，诸如在US248，437中所提出的。这样的方法虽然可以引起导电材料中或灯丝中的缺陷位置的补足，但是始终导致电阻的减小，因此在此也未实现导电材料适合于在长辐射器中使用。
[0020]GB 659，992提出用于减小由基于碳的导电材料构成的灯丝的横截面的方法。在此在气相中使用蚀刻过程。然而，该蚀刻处理太昂贵并且除了碳化和石墨化步骤之外包括多个附加步骤。此外，利用蚀刻过程只可以处理还没有配备电接触部的导电材料或灯丝。在应该吸收高电流的灯丝中，但是这些电接触部已经在第一热过程之前最终被安置。因此也不可以使用该方法，以便制造用于具有大的长度的辐射器的导电材料。
[0021 ] 概括地可以确定，在至今已知的导电材料中或在用于制造所述导电材料的方法中，通过材料的导电组成部分、特别是导电纤维的选择来影响特别是作为灯丝的材料的电特性几乎不成功。为了调节确定的电特性，因此至今通常的是，改变导电材料的长度和/或横截面，和/或在制造期间和/或此后以上面所描述的方式之一改变导电材料，这涉及组成和/或构造。
[0022]然而，导电材料或用于制造导电材料的方法的可用性是令人不满意的，这关系到导电材料在电压的通常的值的情况下在具有大的长度的辐射器中的使用。

【发明内容】

[0023]本发明所基于的任务是，对克服由现有技术得出的并且上面所描述的与导电材料的可用性相关联的缺点中的至少一个作出贡献。
[0024]本发明所基于的任务特别是，说明一种导电材料以及一种用于制造该导电材料的方法，该导电材料允许在通常的电网电压的情况下运行任意长度的辐射器、特别是红外辐射器。
[0025]本发明还基于以下任务，说明一种导电材料以及一种用于制造该导电材料的方法，该导电材料适合于在辐射器中、特别是在红外辐射器中、并且特别是在碳红外辐射器中使用，并且该导电材料可以以大的、即大于0.25 m、优选地大于0.5 m、优选地大于1.0 m并且特别优选地大于2.0 m的长度被制造。
[0026]此外，本发明所基于的任务是，说明一种导电材料以及一种用于制造该导电材料的方法，该导电材料在否则相同的扩展方案(长度、直径)的情况下相较于至今已知的导电材料具有更高的电阻。
[0027]用于制造导电材料的方法有助于解决上面所述的任务中的至少一个，其中该方法包含以下步骤:
a.提供由导电纤维构成的结构，
b.制造基于碳的、具有电导率的基质，该基质至少部分地包围所述导电纤维，
其中在制造基质之前或之后导电纤维的至少一部分在可能的电流方向上来看被中断。
[0028]根据本发明以特别巧妙的方式实现，被定向在可能的电流方向上的通过导电材料的电流强制性地至少局部地流经基质，该基质至少部分地包围导电纤维。因此导电材料的电特性以至今未实现的方式一方面很面向目标地并且精确地以及另一方面在惊人大的带宽中被改变。
[0029]首先可以通过被中断的纤维的份额确定，何种份额的电流强制性地流经基质材料。为此导电纤维的一部分或所有纤维(在其长度上来看)可以被中断一次或也可以被中断多次。
[0030]另一方面，通过具有电导率的基质材料的面向目标的选择可以总体上实现导电材料的电特性的很精确的并且可复制的设计。为此例如可以选择具有相当低的电导率或也具有闻的电导率的基质材料。
[0031]通过根据本发明所设置的强制性地将基质材料包含在电流流动中，由现有技术已知的问题有效地被克服，根据该问题，导电材料的电特性完全占优势地通过导电纤维被预给定。
[0032]在本发明意义上的导电材料在此一方面包括适合于进一步加工和/或成形的基本材料。然而，在本发明意义上的术语导电材料特别是也包括已经经历了确定的装配的材料，并且特别地也包括灯丝、白热灯丝、热丝、螺旋形灯丝、加热棒或诸如此类的。此外，该导电材料已经可以拥有电连接端子。
[0033]特别是，但是非限制性地，本发明的导电材料涉及用于光辐射器、特别是灯或红外辐射器的材料或灯丝，所述光辐射器的灯丝温度明显超过碳在空气中的氧化极限，并且因此在真空中或在保护气氛下运行。
[0034]术语“通过该导电材料的可能的电流方向”首先描述每一任意方向，在该方向上电流可以被引导通过根据本发明的导电材料。优选地，优选的电流方向然而在此涉及导电材料的纵向延伸方向。这样的纵向延伸方向特别是可以与辐射器壳体的纵轴重合，导电材料、特别是作为灯丝可以被引入到该辐射器壳体中。然而，在此始终可能的是，导电材料螺旋状地或曲折状地被构造，使得在这方面导电材料的纵向延伸方向可以偏离包围的壳体的纵轴。
[0035]按照根据本发明的方法的第一优选的扩展方案，导电材料以至少95质量百分t匕(Ma.-%)的碳含量来制造。优选的碳含量特别是多于96 Ma.-%，特别优选地多于97Ma.-%。而碳含量的优选的上限是99.6 Ma.-%。
[0036]导电材料之内的导电纤维可以包含碳纤维、碳化硅纤维、具有陶瓷组成部分的纤维、或由这些纤维中的至少两种构成的混合物。只要使用碳纤维，其优选地由聚丙烯腈(PAN )、焦油、粘胶、或这些材料中的至少两种构成的混合物获得。
[0037]根据另一有利的扩展方案，使用基于聚丙烯腈(PAN)的碳纤维，所述碳纤维具有被对准纤维轴的碳微管。因此可以在纤维方向上提高碳纤维的电导率。由此大多得出横向于纤维方向的小的电导率，由此可以导致较高的电阻。
[0038]按照根据本发明的方法的一种特别优选的改进方案，基质具有比导电纤维更小的比电导率。通过根据本发明强制的通过基质的至少一个部分区域的电流，导电材料的电阻的提高因此可以总体上被实现。
[0039]优选地，相较于导电纤维，基质具有为至多1/5、优选地至多1/10的比电导率。
[0040]该方法的一种优选的扩展方案规定导电纤维、特别是碳纤维、并且特别是基于PAN的碳纤维的使用，这些纤维在室温下具有1.0X 10_3到1.7X 10_3Ω cm、特别优选地1.6X10_3Qcm的比电阻。附加地或本身来看，包围材料的使用是优选的，该包围材料在室温下具有大于107Qcm、特别优选地大于IO16Qcm的比电阻。该包围材料在此表示至少部分地包围导电纤维的材料，由该材料(特别是通过碳化)制造具有电导率的基质。比电阻的所说明的值在此涉及通过按照DIN IEC 60093:1983 -,Prilfverfahren ftlrElektroisolierstoffe; Spezifischer Durchgangswiderstand und spezifischerOberflachenwiderstand von festen, elektrisch isolierendeni(9//--的狈|J量方法的确定。[0041]基质可以优选地通过包围由导电纤维构成的结构的热塑性或热固性材料、或这些材料的混合物在600°C到1500°C的温度范围内的高温处理来制造。在此，特别优选的是800°C到1200°C的温度范围。所述的包围导电纤维的材料在此对应于已经被提及的包围材料，由该包围材料来制造具有电导率的基质。高温处理在此特别是可以包括碳化。必要时石墨化可以跟随在碳化之后。两个过程步骤已经在上面被阐述。要利用高温来处理的、包围导电纤维的材料(包围材料)可以优选地涂覆、结合、保持或浸溃由导电纤维构成的结构。
[0042]优选由热塑性和/或热固性材料来制造基质。其它的填料、如无机的微粒、优选地氧化物、硫酸盐、铝酸盐、或者这些填料的混合物可以被添加到包围材料之内的热塑性和/或热固性材料中。
[0043]只要用于制造导电材料的方法包括热塑性材料作为包围材料的使用以及用于转化为基质，那么如下实施方式是优选的，在该实施方式中热塑性材料包含聚丙烯、聚酰胺、聚丁烯对苯二甲酸脂、聚对 苯二甲酸乙二醇脂、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚酰亚胺或聚醚砜、或由这些材料中的至少两种构成的混合物。
[0044]在规定热固性材料作为包围材料使用的扩展方案中，热固性材料的使用是优选的，该材料包含乙烯酯树脂、酚醛树脂或环氧树脂、或由这些材料中的至少两种构成的混合物。
[0045]根据本发明的方法的一种扩展方案一般是优选的，在该扩展方案中作为基质的基础使用的包围材料包括热塑性材料。替代地或附加地，然而该包围材料也可以具有热固性材料。
[0046]根据本发明的方法的另一种优选的实施方式具有以下被列举的步骤:
a.借助包含导电纤维的前体面形成物(Precursorfljichengebilde)提供由导电纤维构成的结构，
b.碳化前体面形成物的与导电纤维不同的份额，以及
c.通过引入缺陷位置、特别是钻孔来中断导电纤维的至少一部分。
[0047]在此，根据a.的前体面形成物可以特别是具有所谓的碳纤维带、优选地单向的和/或热塑性的碳纤维带。在这样的前体面形成物或碳纤维带中，导电纤维可以被积聚或嵌入到包围材料、特别是热塑性的包围材料上或中。在此，该前体面形成物、特别是碳纤维带可以具有带状的表现形式。在此，单向的前体面形成物、特别是碳纤维带的特征在于，导电纤维的平行的积聚，更确切地说特别是在前体面形成物、特别是碳纤维带的纵向延伸方向上的平行的积聚。
[0048]该实施方式的根据b.的方法步骤在此应被理解为如下方法步骤，在该方法步骤中使整个前体面形成物、特别是碳纤维带遭受根据所描述的碳化方法的热处理。然而，作为结果，只由与导电纤维不同的份额、特别是由热塑性的和/或热固性的聚合物形成基质，该基质包围导电材料之内的导电纤维。因此一种扩展方案是优选的，在该扩展方案中该前体面形成物具有作为导电纤维的碳纤维，和/或前体面形成物的与导电纤维不同的份额特别是具有包围材料、热塑性和/或热固性材料。
[0049]根据c.的缺陷位置的引入可以特别是通过钻孔的设置来实现。在此可以使用特别是具有10.2μπι的波长或具有1064 nm的波大的激光。如果激光被用于钻孔的设置，那么优选CO2激光的使用。为了将钻孔引入到前体面形成物中以便面向目标地中断导电纤维，如下钻孔图案是优选的，该钻孔图案具有分别0.2 mm的钻孔直径，和/或在该钻孔图案中钻孔相对于前体面形成物的宽度的间距是I mm，和/或在该钻孔图案中钻孔相对于前体面形成物的长度的间距(即钻孔行彼此间的间距)是I mm。所述的前体面形成物、特别是碳纤维带在此必要时也可以被称为灯丝，特别是其中该前体面形成物在纵向延伸方向上延伸。
[0050]根据本发明的方法的最后所述的实施方式的一种优选的改进方案规定，该前体面形成物在碳化之前被裁剪。在此该前体面形成物、特别是碳纤维带优选地被裁剪，使得导电纤维平行于切边伸展。因此借助随后引入的钻孔可以实现电特性的精确的并且可复制的调节。导电材料的电阻的可同样很好地复制的并且准确的可调节性通过该方法的另一种扩展方案实现，据此在碳化之前至少两个前体面形成物、特别是碳纤维带以与0°不同的角度相互对准地彼此重叠地被层压。通过至少两个前体面形成物之间的角度的选取，电特性的调节可以因此在很宽的范围之内实现。
[0051]按照根据本发明的方法的另一种优选的改进方案，由导电纤维构成的结构从如下组中选择，该组由以下项组成:
一多个纤维束，
一由纤维或多个纤维束或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的织物，
一由纤维或多个纤维束或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的编织物，
一由纤维或多个纤维束或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的针织物，或 一由纤维或多个纤维束或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的针织品，
或上述项中的至少两个的组合。
[0052]上面所述类型的纤维束也可以被称为粗纱。该术语在此同义地被使用。粗纱是由纤维、特别是碳纤维构成的束，所述束优选地具有很大的长度。此外，粗纱优选地是未绞合的纤维束。商业上通用的粗纱例如以每个粗纱12000个、3000个以及更罕见地以1000个纤维来供应。单独的碳纤维的直径在此一般是大约5 μ m到大约8 μ m。
[0053]具有不同数量的纤维的粗纱的很受限制的供应重新阐明不同的导电材料或灯丝的技术上可能的变化的至今根据现有技术可确定的限制，因为至今利用少量的商业上供应的粗纱不能覆盖宽泛地改变的电阻值。
[0054]该方法的最后所述的实施方式的另一种优选的扩展方案涉及一种方法，在该方法中为了制造基质，利用包围材料来包围由导电纤维构成的结构，其中所形成的复合体在随后的石墨化步骤之前被裁剪，使得导电纤维的至少一部分在通过导电材料的电流方向上来看被中断。按照另一种根据本发明的扩展方案可以同样优选的是，裁剪在碳化步骤之前实现。
[0055]术语包围材料已经被阐述并且优选地涉及热塑性和/或热固性材料、特别优选地仅仅热塑性材料。关于电流方向的定义也参阅以前的叙述。因此，电流方向特别是涉及导电材料的纵向延伸方向，然而一般地可以涉及每一个可能的方向，在该方向上电流可以被引导通过导电材料。
[0056]以优选的方式，由导电纤维的结构和包围材料构成的复合体在进一步处理之前被加固，用此意指机械固化或压紧。该加固在此可以随着热效应而出现，在这样的情况下存在热加固。加固例如可以通过复合体的辊压或加热、或两者来实现。此外，由导电纤维构成的结构可以已经在复合体的形成之前、即在利用包围材料包围该结构之前经受热处理。该包围材料可以优选地涂覆、结合、保持或浸溃由导电纤维构成的结构。
[0057]此外优选的是，由导电纤维构成的结构的所有纤维关于导电材料的两个相对的端部、特别是在纵向上来看并且特别是关于在纵向延伸方向上延伸的灯丝的两个相对的端部被中断至少一次。根据该改进方案来实现，没有一个在导电材料之内的、特别是在由此被装配的灯丝之内的纤维从一个电接触部伸展至相对的电接触部。因此,整个电流强制性地至少局部地流经基质。导电纤维的中断优选地通过由导电纤维和包围材料构成的复合体的裁剪来实现。
[0058]在此预给定还要由复合体形成的导电材料的纵向延伸方向的切边可以在织物存在的情况下以20°到70°、特别优选地40°到50°的角度相对于纬纱倾斜，或可以在编织物、特别是平坦编织物存在的情况下平行于编织物边伸展。
[0059]换句话说，根据该扩展方案来实现，导电纤维相对于此后被形成的导电材料的纵向延伸方向具有一定的倾斜。因此至少一部分、然而优选地所有纤维在从导电材料的一端至相对端的至少一次中断的情况下伸展。更确切地说，在导电纤维可以到达相对端之前，导电纤维在导电材料、特别是灯丝的通过切边所预给定的上或下边处终止。由此通过基质的电流强制性地被预给定。
[0060]织物一般通过以下方式产生，即引导一根或多根纬纱通过一系列经纱。通常经纱和纬纱相对于彼此成大约90°的角度。在编织物的情况下，至少三根线相互围绕地被放置。通常所述至少三根线相对于彼此成与大约90°不同的角度。相较于纺织和编织，在放置时不进行单线的引导。更确切地说，相较于编织和纺织经常更短的线相当随机地被放下。
[0061]按照根据本发明的方法的另一种扩展方案，在裁剪之前，通过混合导电纤维和包围材料作为预浸料坯(Prepreg)形式的前体面形成物或通过使包围材料气相沉积在导电纤维上作为沉积构造形式的前体面形成物而获得由导电纤维和包围材料构成的结构。预浸料坯在此特别是可以具有由导电纤维、特别是由碳纤维构成的织物、编织物、针织物或针织品，其与包围材料、特别是热塑性的和/或热固性的包围材料混合并且必要时被加固。预浸料坯中的纤维体积份额优选地是40%到80%。通过该比例的变化，所产生的导电材料的电阻可以附加地极为有效地被影响。该混合在此可以包括固体材料的混合过程或利用液体的涂覆和/或浸湿。该混合一般可以利用搅拌过程来实现。浸湿过程例如可以借助浸溃池或刷子来实现。
[0062]包围材料的气相沉积特别是可以在由导电纤维、特别是由碳纤维构成的织物、编织物、针织物或针织品上进行。对于该气相沉积，CVD过程(chemical vapor deposition(化学气相沉积))或CVI过程(chemical vapor infiltration (化学气相渗透))是优选的。因此气相沉积过程不限于由导电纤维构成的结构的涂覆，更确切地说，也可以利用包围材料进行导电结构的渗透。
[0063]该方法的另一种有利的实施方式规定，由导电纤维构成的结构包含纤维束，所述纤维束在被引入到该结构中之前被减小厚度，或结构中的纤维束的厚度在制造该结构之后被减小，或两者兼而有之。通过纤维在被引入到结构中之前的厚度减小和/或结构的厚度减小，总体上可以附加地引起导电材料的电特性的特别有效的改变。纤维优选地作为纤维束或粗纱而存在，其厚度以所述的方式被减小。具有减小的厚度的粗纱特别是具有椭圆形的或矩形的横截面，优选地是被挤压的粗纱。替代地或附加地，由导电纤维构成的整个结构可以被挤压、特别是被辊压。厚度减小的纤维束的厚度优选地小于厚度没有减小的纤维束的80%、优选地小于50%、并且特别优选地小于25%。[0064]附加地或替代地，电特性的影响可以在以下情况下进行，即在由导电纤维构成的结构之内，交叉的纤维或纤维束或两者之间的编织角度分别偏离90°。该编织角度优选地在45°和160°之间。优选地，该编织角度在制造由导电纤维构成的结构之后通过结构的压缩后来被改变。通过编织角度的面向目标的变化，电流通过导电材料的路径极为有效地被影响，即特别是被延长或缩短。替代地或附加地，基质材料在电流的总路径上的份额也可以因此被影响。
[0065]关于导电材料的电阻的进一步的值得想望的提高，该方法的一种实施方式被提出，在该实施方式中碳从导电材料中被去除。该去除过程优选地在完成导电材料之后进行。在这种情况下特别优选的是，利用反应流体、特别是氢水和/或水蒸气处理导电材料。
[0066]—种导电材料也有助于解决开头所述的任务，该导电材料按照根据本发明的方法是可获得的。该导电材料特别是可以用于产生红外辐射，并且特别是适合于提供特别是用于红外辐射器的、作为辐射源的灯丝、白热灯丝、热丝、螺旋形灯丝或加热棒。参阅有关的根据本发明的方法的叙述。
[0067]—种导电材料也有助于解决开头所述的任务，该导电材料包含:
a.由导电纤维构成的结构，
b.导电基质，该导电基质至少部分地包围导电纤维，
其中导电纤维展示出比导电基质更高的比电导率，
其中导电材料在纵向延伸方向上延伸，并且
其中在材料之内在纵向延伸方向上来看，导电纤维的至少一部分被中断至少一次。
[0068]优选地，导电材料具有导电纤维，导电纤维的纤维长度服从双峰分布。
[0069]在此，材料在纵向延伸方向上的延伸与如下陈述意义相同，根据该陈述，该材料纵向延伸地被构造。如下导电材料是特别优选的，在该导电材料中(关于适宜的或商业上通用的长度，特别是作为灯丝)所有导电纤维被中断至少一次。这意味着，在优选的导电纤维中没有一个导电纤维在没有至少一次中断的情况下从导电材料的一端延伸直至相对端。参阅关于本发明的方法的相应的阐述。
[0070]在导电材料之内，导电纤维可以在导电材料的纵向延伸方向上来看通过以下方式被中断，即导电纤维在相对于纵向延伸方向倾斜的方向(纤维方向)上延伸，或导电纤维具有一个或多个被引入的缺陷位置，或两者兼而有之。
[0071]所述的缺陷位置可以以机械方式、特别是通过钻孔的设置而被引入。优选地，利用激光将缺陷位置引入到材料中。参阅就此而言的上面的阐述。
[0072]对于纤维方向偏离导电材料的纵向延伸方向的情况，纤维在此不从导电材料的一端伸展直至另一端，因为纤维事先到达导电材料的上或下边缘(即上或下边)或在那里强制性地终止。由此通过基质的电流强制性地发生。附加地或替代地，纤维可以一次或多次地通过以机械方式引入的缺陷位置、特别是钻孔被中断。此外，参阅关于本发明的方法的相应的叙述。
[0073]在导电材料之内，纤维的相对于导电材料而言至少50质量百分比(Ma.-% )具有最多0.5 m、优选地最多0.1 m、并且特别优选地最多0.05 m的纤维长度。根据该实施方案来实现，即使在大的辐射器长度的情况下导电纤维的至少一个主要的部分在相应的长度上来看具有至少一个中断，使得基质始终参与电流。[0074]具体地，然而仅仅示例性地并且非限制性地，在由编织物组成的导电材料(最终产品)中纤维长度可以优选地在5.4 _ (在5 mm宽度的情况下)和52.3 mm (在20 mm宽度的情况下)之间，其中该编织物配备包围材料、被切割并且被碳化。对于最终产品的厚度恒定的情况，平均纤维长度与导电材料的长度(灯丝长度)的相互关系可以被建立。导电纤维的平均长度越小，辐射器就越短，该辐射器以230V来运行，具有1250°C的色温或1900 nm的波长最大值。优选地，纤维可以具有在13 mm (在5 mm宽度的情况下)和53 mm (在20 mm宽度的情况下)之间的长度，因此具有1200 mm长的辐射灯丝的辐射器在以230V来运行的情况下可以达到1900 nm的波长最大值。替代地,导电纤维可以具有在5.4 mm和22 mm之间的长度，在该情况下具有600 mm长的灯丝的辐射器在以230V来运行的情况下可以达到1900 nm的波长最大值。导电材料(灯丝)的厚度在此可以是0.35 mm。
[0075]在从由导电纤维构成的织物出发配备有包围材料、被切割并且被碳化的导电材料中，可以实现在经纱和纬纱中相同数量的纤维和/或纤维在面上在两个方向上的相同的分布。在具有平行于经纱被定向的切边的一种优选的实施方式中，平均纤维长度可以在11 mm和44 mm之间。在具有相对于经纱以45°的角度被定向的切边的一种替代的实施方式中，平均纤维长度可以在7 mm和28 mm之间被调节。
[0076]一种辐射器也有助于解决开头所述的任务，该辐射器包含:
a.透明的或半透明的壳体；
b.被布置在该壳体中的根据本发明的导电材料。
[0077]被布置在辐射器中的导电材料在此特别是可以被装配为灯丝，和/或具有热丝、白热灯丝、螺旋形灯丝、加热棒或加热板的形状。
[0078]如下辐射器是优选的，在该辐射器中导电材料具有这样的柔韧性，使得该导电材料可以圆形地并且在其整个长度上围绕1.0 m、优选地小于1.0 m、特别优选地0.25 m的半径被弯曲，而不发生导电纤维和/或基质的断裂和/或导电纤维和基质的分开。在所有的情况下，导电材料应该具有在弯曲之后又返回到给予该导电材料的延伸的形状的趋势。
[0079]该辐射器可以具有导电材料，该导电材料具有作为导电材料、特别是灯丝的每单位长度的运行电压被测量的、在大于1.5、优选地大于3.0的范围内的电导率。
[0080]该辐射器可以具有导电材料，该导电材料具有作为导电材料、特别是灯丝的每单位长度的运行电压被测量的、在大于150 V/m、优选地大于300 V/m的范围内的电导率。
【专利附图】

【附图说明】
[0081]随后借助非限制性的图和具体的实施例进一步阐述本发明。
[0082]在下文中，附图和在附图内被示出的实施例首先一般性地被阐述。随后，一些部分附加的实施例具体地被说明，其中部分地重新参考图。
[0083]图1示出根据本发明的导电材料I的一个实施例的示意图，该导电材料按照根据本发明的方法的一种优选的实施方式是可获得的。该导电材料I具有由导电纤维3构成的结构2。这些纤维3根据本实例具有碳纤维4。此外，导电纤维3被基于碳的、具有电导率的基质5包围。
[0084]在图1中被示出的导电材料I是灯丝6的部分，该灯丝可用作辐射器中的辐射源。该导电材料1、即灯丝6由前体面形成物7获得，该前体面形成物在此具有单向的碳纤维带8。在碳纤维带8之内，导电纤维3在纵向延伸方向上并且彼此平行地被布置。该基质5通过导电纤维3的包围材料的碳化来形成。该包围材料在当前的碳纤维带8中是热塑性材料。在当前的灯丝6中，可能的电流方向9通过灯丝的纵向延伸方向10被预给定。此外，该灯丝6被装配，使得切边11平行于纵向延伸方向10并且平行于导电纤维3被定向。
[0085]在被示出的导电材料I中，所有的导电纤维3在可能的电流方向9上、即在纵向延伸方向10上来看多次被中断。为此在灯丝6中引入了多个缺陷位置12、即钻孔13。由此被定向在电流方向9上的电流强制性地至少流经基质5的部分区域。
[0086]图2示出灯丝6，该灯丝包括作为原材料的织物14。该织物14由导电纤维3、即碳纤维4组成，这些纤维分别被联合为纤维束15或粗纱。在所示出的灯丝6中，由导电纤维3构成的结构2、即织物14还被包围材料16包围，该包围材料由热塑性材料组成。与此相应地，在此还没有进行碳化并且因此没有进行真正的导电材料的制造。由导电纤维3构成的结构2和包围材料16的被示出的复合体然而已经被裁剪，以便预给定灯丝6的形状。在此根据该实例，切边11平行于织物14的经纱17伸展。因此，作为结果，完成的灯丝6、即还要形成的导电材料的电导率基本上通过纤维3的好的电导率来确定。此外，切边11平行于灯丝6的纵向延伸方向10以及电流方向9被定向。替代地，切边11也可以平行于纬纱18伸展。
[0087]而图3示出根据图2的技术的修改方案，该修改方案阐明根据本发明的方法以及根据本发明的导电材料的一种特别优选的实施方式。在此两个切边11相对于纬纱18并且也相对于经纱17倾斜，使得在此后可获得的导电材料之内没有导电纤维3在灯丝6的两个电接触部(未被示出)之间没有中断地伸展。灯丝6或此后的导电材料的形状在此通过切边11之间的间隙被预给定。
[0088]图4以示意性的方式阐明根据本发明的方法并且因此还有根据本发明的材料的另一种有利的改进方案。因此提出，对被联合为纤维束或粗纱的导电纤维3、在此碳纤维4在其横截面上进行改变。纤维束15在加入到由导电纤维构成的结构中之前或此后被修改成具有椭圆形横截面19的纤维束或具有矩形横截面20的纤维束。由于导电纤维3之间的间隙在由导电纤维构成的结构中的相应的减小，导电材料的电特性因此可以面向目标地被改变。
[0089]图5示出由导电纤维3构成的结构2的示意图，该结构在此被构造为编织物21。该结构2可以在实施根据本发明的方法时并且为了制造根据本发明的导电材料被使用。已经认识到，此后要制造的导电材料的电导率决定性地通过编织角度22来确定。因此提出，通过编织角度22的改变来影响结构2的电导率。为此该编织物21在加固之前可以被压缩。在此编织角度22可以取直至160°的值。该编织角度22越大，此后的导电材料的电阻就越高。因此已经发现，编织角度22从45°扩大到135°导致电阻增大了 300%。
[0090]图6示出根据本发明的辐射器23的一个优选的实施例的侧视图，该辐射器在此被构造为红外辐射器。该辐射器23包括导电材料1，该导电材料被构造为纵向延伸的灯丝6。该灯丝6在此由根据本发明的导电材料I来生产。该灯丝6被透明的壳体24包围，该壳体也可以被称为壳管。保护气体、即氩气位于该壳体24内。替代地，该灯丝6可以在壳体24内在真空下运行。
[0091]该灯丝6借助接触元件25与电引线26连接。在接触元件25和电引线26之间分别布置有螺旋形的补偿元件27，以便可以补偿壳体24和灯丝6的不同的热膨胀。电引线26真空密封地从壳体24中被引出。为此可以使用挤压连接或任意的其它的适宜的技术用于真空密封的实施。
[0092]测暈方法 比电阳.比电阻的被说明的值涉及通过根据DIN IEC 60093:1983; Prilfverfahren furElektroi soli ers toffe; Spezi fi scher Durchgangs wi ders tand und spezi fi scherOberflachenwiders tand von festen, elektrisch isolierendeni(9//--的狈|J 量方法
的确定。
[0093]电导率、比电导率电导率以及电阳.导电材料的电导率可以在冷的状态下和/或在被安装到辐射器或诸如此类的中之前借助电阻测量设备或电导率测量设备来实现，其中也可以由特别是作为灯丝的导电材料的借助卷尺或游标卡尺所确定的几何尺寸(长度、宽度、厚度)和所测量的电阻来计算比电阻(见上文)。
[0094]被安装到辐射器中和/或在按照规定的运行期间的导电材料的电阻可以由辐射器上的电压降的测量和流经辐射器的电流的测量借助欧姆定律来计算。此外，如果在导电材料被安装到辐射器中之前已经确定了导电材料的几何尺寸，那么以该方式此外可以计算导电材料的比电阻的依赖于温度的值。用于计算比电阻的该方法是优选的，因为在这种情况下测量不会由于接触电阻而失真。
[0095]纤维和某质材料的电导率比电导率
比电导率电导率的确定可以通过以下方式实现，即导电纤维在其用于制造导电材料之前和基质材料分开地被测量。可以通过以下方式获得没有导电纤维的基质材料，即例如50g的包围材料(例如热塑性聚合物)在排除空气的情况下在大约980°C下被热处理大约60min0
[0096]纤维长度分布
纤维长度可以以几何方式确定。由这些值可以推导出平均纤维长度以及纤维长度分布。
[0097]导电材料的柔靭性
柔韧性可以通过以下方式确定，即导电材料圆形地并且在其整个长度上围绕半径被弯曲，该半径优选地可以具有大约0.25 m- 1.0 m的值。导电纤维和/或基质的断裂的不出现和/或导电纤维和/或基质的分开的不出现在此是用于导电材料的柔韧性的量度。如果例如导电材料可以围绕具有0.25 m的半径的圆形轮廓被弯曲，那么该导电材料被视为特别柔韧的。为了通过在具体的半径下的柔韧性测试，该导电材料应该始终具有又返回到给予(aufgepragt)该导电材料的延伸的形状的趋势。
[0098]在下文中进一步阐述本发明、特别是根据本发明的方法并且因此还有根据本发明的导电材料的非限制性的实施例。只要这些实施例参考已经被阐述的图，那么相应的段落也配备相应的附图标记。
【具体实施方式】[0099]实例
实施例1
实施例1涉及制造根据图1的灯丝。为此使用单向的、热塑性的碳纤维带8，带状的灯丝6从该碳纤维带被裁剪成所需的尺寸(长度和宽度)，其中灯丝6的长度远远大于宽度。在此碳纤维4在灯丝6的纵向延伸方向10上平行于切边11伸展。紧接着，电接触部(未被示出)被安置在灯丝6上，灯丝6被碳化并且在需要时紧接着被石墨化。
[0100]灯丝此后被配备具有0.1 mm到1.5 mm的直径的钻孔13，这些钻孔借助激光被引入到材料中。钻孔13在此被布置，使得每个单独的碳纤维4在两个电接触部(在此未被示出)之间被割断至少一次。因此保证了电流不能直接跟随各个纤维3，所述纤维在纤维方向上、即在电流方向9上有很高的电导率和导热性。电流必须在被钻穿的纤维3附近从被割断的纤维3转移其它的放置在附近的、在该位置上未被钻穿的纤维3。
[0101]根据钻孔13的数量、布置和直径，灯丝6的电阻可以被提高到至多4倍。为了实现电功率转化为热的均匀的分布，而同时不过分地损害灯丝6的机械完整性，已经被证明为有利的是，引入具有0.2 mm到0.5 mm的直径的并且每cm2 I个到每cm2 100个钻孔13数量的钻孔13。图1示例性地阐明这样的灯丝6。示意性地示出了钻孔13以及单向的、热塑性的碳纤维带8的各个碳纤维4。
[0102]随后，这些灯丝可以配备电引线(在此未被示出)，被引入到石英管中并且这些石英管适当地被封闭，使得优选地由氩气构成的保护气体气氛可以处于所形成的辐射器管(未被示出)的内部。最后，根据需要将陶瓷和电引线(未被示出)安置在外部。就此而言仅仅示例性地参阅根据图6的描绘和描述。
[0103]实施例2
该实施例进一步参考图2和图3。
[0104]为了制造灯丝6，作为原材料的织物14被用作结构2，该织物利用作为包围材料16的热塑性材料来涂覆并且随后被加固。带状的灯丝6然后从该复合体被裁剪成所需的尺寸。
[0105]该织物14由碳纤维4组成，所述碳纤维作为纤维束15或粗纱(该术语在此同义地被使用)由尽可能少的纤维3组成。特别合适的是具有25 tex到100 tex (I tex被定义为每1000米纤维长度Ig)的粗纱15或束不仅作为经纱17而且作为纬纱18。可以使用由具有0.5k、Ik或3k的碳纤维4构成的粗纱15，其中0.5k和Ik应是优选的。
[0106]织物14以平纹组织、斜纹组织或其它组织类型来制造并且达到30g/m2直至最大500g/m2的单位面积重量。粉末形式的或薄的、覆盖织物的薄膜形式的热塑性塑料作为包围材料16被施加到织物14上。尽管在此可以使用不同的热塑性塑料、诸如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚丁烯对苯二甲酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚砜、聚苯醚(PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI )、聚醚砜和/或这些塑料的混合物，但是应优选PEEK的使用。
[0107]所施加的粉末量理想地被测定，使得大约60%的纤维体积份额在纤维包围材料复合体中被达到。该包围材料16均匀地被施加到织物14的要涂覆的面上。均匀的分布优选地通过震动器实现，该震动器将热塑性粉末施加到卷开的(ablaufend)织物14上。如此被涂覆的织物14在后续的加工步骤中优选地在压热器或热压机中在350°C和425°C之间的温度下并且在6到9 bar的压力下被加固。利用这些加工步骤，灯丝6的此后的电特性被预定义。比电导率在此可以通过碳纤维4的选取、包围材料16的选择并且通过包围材料16在所加固的复合体中的体积份额来调节。此外，电阻通过单位面积重量(即所加固的复合体的每单位面积的质量)来影响。
[0108]灯丝6然后从所加固的复合体被修剪成所需要的宽度和长度。如图2所示，切边11在此可以平行于经纱17伸展，使得灯丝6的电导率基本上通过碳纤维4在纤维方向上很好的电导率来确定。替代地，切边11也可以平行于纬纱18伸展(未被示出的替代方案)。
[0109]但是，如果灯丝6的切边11伸展，使得在各个灯丝6从织物14上被修剪时被加固的复合体的每个碳纤维4被割断，因此没有纤维3在不割断的情况下直接在灯丝6的两个电接触部(未被示出)之间伸展，那么灯丝6的电导率显著地被减小，因为横向于纤维方向的电导率是多倍分之一(um ein Vielfaches geringer)。这样的裁剪在图3中被示出。与此相应地,灯丝6的电导率可以通过所加固的复合体中的切边11和纤维方向(即经纱17或纬纱18)之间的角度的选取决定性地被调节。
[0110]在裁剪之后，电接触部(未被示出)被安置在灯丝6上，灯丝6被碳化并且在需要时随后被石墨化。
[0111]随后，这些灯丝6可以配备通常的电引线，被引入到石英管中并且这些石英管适当地被封闭，使得优选地由氩气构成的保护气体气氛处于辐射器管的内部。最后，根据需要将陶瓷和电引线安置在外部。就此而言仅仅示例性地参阅根据图6的描绘和描述。
[0112]特别是可以因此针对对灯丝6的不同的技术要求(这些要求通过额定电压、在施加额定电压时所需的额定功率和灯丝6的长度被定义)分别简单地并且快速地制造合适的灯丝6。
[0113]实施例3
在实施例2的一种改进方案中，如下方法步骤被置于所描述的利用包围材料涂覆和加固织物14的过程的前面:为了制造织物14所使用的纤维束15如在图4中所阐明的那样首先在其形状上从尽最大可能圆的束横截面被修改成具有椭圆形横截面19的纤维束或具有矩形横截面20的纤维束。
[0114]这优选地通过以下方式被实现，即根据图3的织物14松弛地延伸通过鼓风机或该织物被引导通过轧辊。在此纤维3均匀地分布在预给定的面上。最初存在于织物4中的空隙几乎完全地闭合并且该织物14变得更平。
[0115]实施例4
在实施例3的一种改进方案中，各个纤维束首先被展开到最大的宽度和最小的厚度，其中保证了纤维的均匀分布。在所使用的方法中，这对应于在最大2 mm的宽度上数量为1000的纤维。这些被展开的粗纱随后被加工成织物，而在此不改变首先所制造的形状。在此碳纤维粗纱可以被用作具有每个粗纱至多24000个纤维的经纱或纬纱。因此可以制造很薄的织物。
[0116]实施例5
在实施例1到4的进一步改进方案中，灯丝经受其它的过程，在该过程中碳有针对性地被去除。为此辐射器灯丝被置于高于400°C的温度并且被氢氩混合气溢流。通过所调节的过程参数(这些过程参数是混合气体的组成、溢流速度、压力、辐射器灯丝的温度和过程持续时间)，碳的去除率可以改变。因此影响灯丝的厚度并且因此调节电阻。因此可以实现将辐射器灯丝的电阻提高到至多2.7倍，而没有破坏灯丝的机械完整性。
[0117]实施例6
由导电纤维3构成的编织物21被用于制造灯丝，如示意性地在图5中被示出的。该编织物21利用热塑性材料来涂覆并且随后被加固。然后灯丝从所形成的复合体被裁剪成所需的尺寸。
[0118]该编织物21由碳纤维4组成，所述碳纤维作为纤维束15由尽可能少的纤维3组成。特别合适的是具有25 tex到100 tex (I tex被定义为每1000米纤维长度Ig)的粗纱15或束。相应地可以使用由具有0.5k、Ik或3k的碳纤维4构成的粗纱15 (Ik对应于每束15有1000个纤维3)。
[0119]该编织物21可以作为单或双编织的编织物21来制造，达到30g/m2直至最大500g/m2的单位面积重量。粉末形式的或覆盖编织物的薄膜形式的热塑性材料作为包围材料被施加到编织物21上。尽管在此可以使用不同的热塑性塑料、诸如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚丁烯对苯二甲酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚砜、聚苯醚(PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI )、聚醚砜和/或这些塑料的混合物，但是应优选PEEK的使用。
[0120]所施加的粉末量理想地被测定，使得大约60%的纤维体积份额在纤维包围材料复合体中被达到。该热塑性包围材料均匀地被施加到编织物21的要涂覆的面上。均匀的分布优选地通过震动器实现，该震动器将热塑性粉末施加到卷开的带状的编织物21上。如此被涂覆的编织物21在后续的加工步骤中优选地在压热器或热压机中在350°C和425°C之间的温度下并且在6到9 bar的压力下被加固。利用这些加工步骤，灯丝的此后的电特性被预定义。电导率在此可以通过碳纤维4的选取、包围材料、即特别是热塑性材料的选择、通过单位面积重量(即所加固的复合体的每单位面积的质量)并且通过包围材料在所加固的材料中的体积份额来调节。
[0121]灯丝然后由编织物21和包围材料之间的被加固的复合体被修剪成所需的宽度和长度。在此，灯丝的切边伸展，使得编织物21的每个碳纤维4被割断。该过程参考图4中的织物被示出并且借助该图详细地被阐述。
[0122]电导率在此决定性地通过编织角度22来定义，参见图5。
[0123]在45°的编织角度22的情况下，相较于由单向的碳纤维带构成的同样厚度的灯丝，该灯丝的电导率减小到至少1/3或该灯丝的电阻增加到至多3倍。
[0124]紧接着，电接触部(在此未被示出，图5只示出编织物21)被安置在灯丝上，所述灯丝被碳化并且在需要时随后被石墨化。
[0125]随后，这些灯丝6可以配备通常的电引线，被引入到石英管中并且这些石英管适当地被封闭，使得优选地由氩气构成的保护气体气氛可以处于辐射器管的内部。最后，根据需要将陶瓷和电引线安置在外部。就此而言仅仅示例性地参阅根据图6的描绘和描述。
[0126]实施例7
在实施例6的一种扩展方案中，根据图5的编织物21可以在加固之前被压缩。该编织角度22可以通过压缩的程度来影响并且可以取直至160°的值。该编织角度22越大，由编织物21制造的灯丝的电阻就越高。[0127]利用编织角度22的变化，这样的灯丝的电阻可以决定性地被调节。编织角度22从45°扩大到135°导致电阻增大了 300%。
[0128]实施例8
单向的、热塑性的碳纤维带被用于制造灯丝。
[0129]单向的、热塑性的碳纤维带优选地在压热器中在350°C和425°C之间的温度下并且在6到9 bar的压力下彼此重叠地被层压成两层。在此两个带的单向的纤维定向相对于彼此的角度可以自由选择。该角度决定性地影响辐射器灯丝的电阻。附加地，完成的辐射器灯丝的电阻也通过在裁剪灯丝时切割方向的选取被一起定义。
[0130]紧接着，电接触部被安置在灯丝上，所述灯丝被碳化并且在需要时随后被石墨化。
[0131]随后，这些灯丝可以配备通常的电引线，被引入到石英管中并且这些石英管适当地被封闭，使得优选地由氩气构成的保护气体气氛处于辐射器管的内部。最后，根据需要将陶瓷和电引线安置在外部。就此而言仅仅示例性地参阅根据图6的描绘和描述。
[0132]实施例9
带或绞合线形式的被编织的原材料被用于制造灯丝。该带或绞合线比完成的辐射器灯丝更宽。被编织的原材料由碳纤维组成，所述碳纤维作为纤维束由尽可能少的纤维组成。特别合适的是具有25 tex到100 tex (I tex被定义为每1000米纤维长度Ig)的粗纱或束。相应地可以使用由具有每纤维束0.5k、Ik或3k (Ik = 1000)个纤维的碳纤维构成的粗纱。
[0133]紧接着，电接触部被安置在被编织的带上，所述带被碳化并且随后被石墨化。
[0134]随后，被编织的带经受CVD/CVI过程，在该过程中由Sp2和sp3杂化碳的混合物组成的非晶碳结构积聚在被编织的带上以及纤维之间。该非晶碳结构导致所编织的带的形状稳定以及各个纤维相互的结合。此外，该结构有小的电导率，所述小的电导率对完成的辐射器灯丝产生提高电阻的效果。紧接着，该辐射器灯丝通过以下方式从如此被涂覆并且被浸润的被编织的带被切割，即编织物的每个碳纤维被切断至少一次。
[0135]随后，这些灯丝可以配备通常的电引线，被引入到石英管中并且这些石英管适当地被封闭，使得优选地由氩气构成的保护气体气氛处于辐射器管的内部。最后，根据需要将陶瓷和电引线安置在外部。就此而言仅仅示例性地参阅根据图6的描绘和描述。
[0136]最后，应该指出，在所描述的实施例中热塑性材料是优选的包围材料。然而，可选的包围材料并不限于热塑性材料，更确切地说，热固性材料、必要时以与热塑性材料的混合物也可以用作包围材料。一般地，如下的每一种材料可以被用作包围材料，该材料可以以适宜的方式、即特别是通过热作用、优选地通过碳化被转化为基质。
[0137]附图标记列表
1导电材料
2(由导电纤维构成的)结构
3导电纤维
4碳纤维
5基质
6灯丝
7前体面形成物
8碳纤维带9电流方向
10纵向延伸方向
11切边
12缺陷位置
13钻孔
14织物
15纤维束/粗纱
16包围材料
17经纱(织物)
18纬纱(织物)
19具有椭圆形横截面的纤维束
20具有矩形横截面的纤维束
21编织物
22编织角度
23辐射器
24壳体(福射器)
25接触元件
26电引线
27补偿元件。
【权利要求】
1.一种用于制造导电材料(I)的方法，其中所述方法包含以下步骤: a.提供由导电纤维(3)构成的结构(2)， b.制造基于碳的、具有电导率的基质(5)，所述基质至少部分地包围所述导电纤维(3)， 其中在制造所述基质(5 )之前或之后所述导电纤维(3 )的至少一部分在可能的电流方向(9)上来看被中断。
2.根据上述权利要求所述的方法，其中所述导电材料(I)以至少95质量百分比的碳含量来制造。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述导电纤维(3)包含碳纤维、碳化硅纤维、具有陶瓷组成部分的纤维、或由所述纤维中的至少两种构成的混合物。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述基质(5)具有比所述导电纤维(3)更小的比电导率。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述基质(5)通过包围由导电纤维(3)构成的结构(2)的热塑性或热固性材料、或这些材料的混合物在600°C到1500°C的温度范围内的高温处理来制造。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述热塑性材料包含聚丙烯、聚酰胺、聚丁烯对苯二甲酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇脂、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚酰亚胺或聚醚砜、或由这些材料中的至少两种构成的混合物。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述热固性材料包含乙烯酯树脂、酚醛树脂或环氧树脂、或由这些材料中的至少两种构成的混合物。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，此外包含以下步骤: a.借助包含导电纤维(3)的前体面形成物(7)提供由导电纤维(3)构成的结构(2)，以及 b.碳化所述前体面形成物(7)的与所述导电纤维(3)不同的份额，以及 c.通过引入缺陷位置(12)、特别是钻孔(13)来中断所述导电纤维(3)的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述前体面形成物(7)在碳化之前被裁剪。
10.根据权利要求1到7之一所述的方法，其中由导电纤维(3)构成的结构(2)从组中选择，所述组由以下项组成: 一多个纤维束(15)， -由纤维(3)或多个纤维束(15)或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的织物(14)，一由纤维(3)或多个纤维束(15)或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的编织物(21)， 一由纤维(3)或多个纤维束(15)或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的针织物，或 一由纤维(3)或多个纤维束(15)或这些纤维或纤维束中的至少两个构成的针织品， 或上述项中的至少两个的组合。
11.根据权利要求10所述的方法，其中为了制造所述基质(5)，利用包围材料(16)包围由导电纤维(3)构成的结构(2)，并且其中所形成的复合体在随后的石墨化步骤之前被裁剪，使得所述导电纤维(3 )的至少一部分在通过所述导电材料(I)的电流方向(9 )上来看被中断。
12.根据权利要求11所述的方法，其中预给定所述导电材料(I)的纵向延伸方向(10)的切边(11)， 一在织物(14)存在的情况下以20°到70°的角度相对于纬纱(18)倾斜，或 一在编织物(21)存在的情况下平行于编织物边伸展。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中在裁剪之前，通过混合所述导电纤维(3)和包围材料(16)作为预浸料坯形式的前体面形成物(7)， 或通过使所述包围材料(16)气相沉积在所述导电纤维(3)上作为沉积构造形式的前体面形成物(7)而获得由导电纤维(3)和包围材料(16)构成的复合体。
14.根据权利要求11到13之一所述的方法，其中所述结构(2)包含纤维束(15)，所述纤维束在被引入到所述结构(2)中之前被减小厚度， 或 其中所述结构(2)中的纤维束(15)的厚度在制造所述结构(2)之后被减小， 或两者兼而有之。
15.根据权利要求11到14之一所述的方法，其中在由导电纤维(3)构成的结构(2)之内，交叉的纤维(3)或纤维束(15)或两者之间的编织角度(22)分别偏离90°。
16.根据上述权利要求之一所述的方法，其中碳从所述导电材料(I)中被去除。
17.一种导电材料(1)，能够按照根据上述权利要求之一所述的方法来获得。
18.—种导电材料(I)，包含: a.由导电纤维(3)构成的结构(2)， b.导电基质(5)，所述导电基质至少部分地包围所述导电纤维(3 )， 其中所述导电纤维(3)展示出比所述导电基质(5)更高的比电导率， 其中所述导电材料(I)在纵向延伸方向(10)上延伸，并且其中在所述材料(I)之内在纵向延伸方向(10)上来看所述导电纤维(3)的至少一部分被中断至少一次。
19.根据权利要求17或18所述的导电材料(1)，其中导电纤维(3)在所述导电材料(I)的纵向延伸方向(10)上来看通过以下方式被中断，即导电纤维(3)在相对于所述纵向延伸方向(10)倾斜的方向上延伸，或导电纤维(3)具有一个或多个被引入的缺陷位置(12)，或两者兼而有之。
20.根据权利要求17到19之一所述的导电材料(I)，其中在所述导电材料(I)内，所述纤维(3)的相对于所述导电材料(I)而言至少50质量百分比具有最多0.5 m的纤维长度。
21.—种福射器(23),包含: a.透明的或半透明的壳体(24); b.被布置在所述壳体(24)内的根据权利要求17到20之一的导电材料(I)。
22.根据权利要求21所述的辐射器(23)，其中所述导电材料(I)具有这样的柔韧性，使得所述导电材料(I)能够在其整个长度上圆形地围绕1.0 m、优选地0.25 m的半径被弯曲，而不发生所述导电纤维(3 )和/或所述基质(5 )的断裂和/或导电纤维(3 )和所述基质(5)的分开。
23.根据权利要求21或22所述的辐射器(23)，其中所述导电材料(I)具有作为所述导电材料(5)的每单位长度的运行电压被测量的大于150 V/m的电导率。
【文档编号】H01B3/00GK103959899SQ201280049038
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年7月4日 优先权日:2011年8月5日
【发明者】S.利诺夫, M.克卢姆普 申请人:贺利氏特种光源有限责任公司