具有导电涂层的烧结体的制作方法

本发明一般性地涉及涂有导电涂层的烧结体。更具体而言，本发明涉及包括用于储存且受控地输出可蒸发的物质的液体储存器和加热单元的蒸发器单元。蒸发器单元在此可尤其用在电子烟中、药物的供给装置中、加湿器和/或可加热的用于将物质(例如香水或驱虫剂)排放到室内空气中的蒸发器。

背景技术：

电子烟(下面也称为e烟)越来越多地用作烟草香烟的替代品。通常，电子烟包括烟嘴和蒸发器单元以及电能源，电能源与蒸发器单元可操作地连接。蒸发器单元具有液体储存器，液体储存器与加热元件连接。

特定的药物、尤其用于治疗呼吸道和/或口腔和/或鼻粘膜的药物有利地以蒸发形式、例如喷雾方式供给。根据本发明的蒸发器可用于储存和输出这种药物，尤其在用于这种药物的供给装置中。

可加热的蒸发器越来越多地用于提供具有香水的氛围。这尤其可为酒吧、酒店大堂和/或机动车，尤其轿车的内部空间。而且在此处使用的蒸发器单元中液体储存器与加热元件连接。液体储存器包含通常为载流体的液体，载流体例如是丙二醇或甘油，如香水和香料(duft-undaromastoffe)和/或尼古丁和/或药物这样的添加物溶解和/或通常包含在载流体中。载流体通过吸收过程结合在流体储存器的内表面上。必要时设置单独的液体贮存器，以便为液体储存器输送液体。

通常，储存在液体储存器中的液体通过加热元件的加热而蒸发、从液体储存器的润湿的表面释放并且可被使用者吸入。在此可实现超过200℃的温度。

因此液体储存器必须具有高的吸收能力和高的吸附作用，但是液体同时必须在高温下快速释放。

由现有技术已知用作液体储存器的不同材料。由此液体储存器可由多孔的或多纤维的有机聚合物形成。虽然相应的液体储存器可相对简单地制造，但是在此存在的风险是，例如由于液体储存器的干式运行使聚合物材料过热地加热且发生分解。这不仅对液体储存器和蒸发器单元的使用寿命不利，而且还存在以下风险，即，待蒸发的流体、甚至液体储存器的分解产物释放并且被使用者吸入。

由现有技术已知具有由有机聚合物构成的多孔的液体储存器的电子烟。因此，由于聚合物材料的低温稳定性，需要保持加热元件和液体储存器之间的最小间距。这妨碍实现蒸发器单元以及电子烟的紧凑结构。代替保持最小间距可使用灯芯，灯芯使待蒸发的液体通过毛细作用抵达加热丝。灯芯大多由玻璃纤维制成。虽然玻璃纤维具有高的温度稳定性，但是单个的玻璃纤维会轻易折断。这同样适用于液体储存器本身由玻璃纤维制成的情况。因此存在使用者吸入松动的或松脱的纤维碎片。可替代地，也可使用由纤维素纤维、棉或竹纤维。它们虽然比由玻璃纤维构成的灯芯具有更小的折断风险，但是它们的温度稳定性较低。

因此越来越多地使用蒸发器单元，蒸发器单元的液体储存器由多孔的玻璃或陶瓷构成。由于该液体储存器的温度稳定性较高，总体上实现了蒸发器以及电子烟的更紧凑的构造方式。

在实际中局部蒸发可通过低的压力与高的温度的结合实现。对于电子烟，例如通过在消费期间在拉动香烟时通过吸力实现低的压力，因此通过消费者进行压力调节。在液体储存器中的蒸发所需的温度通过加热单元产生。对此通常达到大于200℃的温度，以便确保快速蒸发。

大多通过借助电池或蓄电池运行的加热线圈提供加热功率。对此所需的加热功率与待蒸发的体积和加热效力相关。为了避免由于温度过高使液体分解，应通无接触的辐射将热从加热线圈运输给液体。对此，加热线圈尽可能靠近蒸发表面低安装，但是优选不接触该蒸发表面。而如果线圈接触表面，液体通常被过度加热且分解。

但是在通过无接触辐射的热运输的情况下也可产生表面的过度加热。该过度加热通常局部地产生在蒸发器的与加热线圈相对的表面上。

这是这样的情况，在运行中需要大量蒸气且至蒸发器的表面的液体运输不够快。由此会使加热元件提供的能量没有消耗用于蒸发，表面变干并且会局部地加热到远远高于蒸发温度和/或超过液体储存器的温度稳定性的温度。因此，精确的温度调节和/或控制是必不可少的。但是对此不利的是，由此产生电子烟的复杂构造，这尤其使制造成本格外高。此外可能温度调节降低了蒸发形成以及最大可能的蒸汽密度

ep2764783a1描述了一种具有蒸发器的电子烟，该蒸发器具有由烧结材料构成的多孔的液体储存器。加热元件可构造成加热线圈或导电涂层，其中，涂层仅沉积在液体储存器的外侧面的部分上。因此在此也蒸发也被限制在局部。

在us2011/0226236a1中描述一种吸入器，在其中液体储存器和加热元件材料配合地彼此连接。对此液体储存器和加热元件形成扁平的复合材料。例如由开孔的烧结体构成的液体储存器用作灯芯并且将待蒸发的液体导向加热元件。加热元件对此例如以涂层形式施加在液体储存器的其中一个表面上。因此在此在表面上蒸发也限制在局部，使得同样存在过热的风险。

为了解决该问题，由现有技术已知这样的蒸发器单元，在其中，不仅在液体储存器的表面上，而且在整个体积上进行蒸发。蒸气不仅在表面上的局部形成，而且在液体储存器的整个体积上形成。因此在液体储存器之内的蒸气压力最大程度恒定且不再需要将液体以毛细运输给液体储存器的表面。相应地，蒸发速度不再通过毛细运输而最小化。相应的蒸发器的前提是导电和多孔的材料。如果施加电压，蒸发器的整个体积变热并且在体积中处处进行蒸发。

相应的蒸发器在us2014/0238424a1和us2014/0238423a1中描述。对此液体储存器和加热元件结合在一个构件中，例如以由金属和金属网构成的多孔体的形式。但是在此不利的是，在所述多孔体中，孔大小与电阻的比例不能够容易地调节。而且在施加导电涂层之后，由于后续的烧结会产生涂层的劣化。

但是在上述现有技术中描述的材料不适合或只是有限地适合通过烧结工艺制造复合体，该复合体不仅具有高的可调节的孔隙度而且具有良好的导电性。通常陶瓷由于其细孔性和粗糙表面也难以连续涂层。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种涂有电涂层的烧结体，烧结体尤其适合用作在电子烟中的蒸发器和/或药物的供给装置和/或香水的热加热蒸发器并且该烧结体没有上述缺点。具体而言，通过本发明力求实现良好的加热能力和电阻的容易调节性以及液体储存器的多孔性。本发明的另一目的是提供用于制造相应涂布的烧结体的方法。

该目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利的实施方式和改进方案体现在从属权利要求中。

根据本发明的蒸发器或根据本发明的蒸发器单元包括烧结体和导电涂层。在多孔的蒸发器中，通过相互吸附作用储存载流体，载流体例如可包括香水和香料和/或药物、包括溶解在合适的液体中的活性成分和/或尼古丁。在施加电压时，通过蒸发器中的导电涂层产生高温，使得载流体蒸发、从蒸发器的湿润的表面解吸并且蒸气可以被使用者吸入。

烧结体可由玻璃或玻璃陶瓷构成且具有的开孔孔隙度在烧结体的体积的10至90％的范围中。

优选地，开孔为整个孔体积的至少90％、尤其至少95％。对此开孔孔隙度可根据dineniso1183和din66133的测量方法确定。

根据本发明的实施方式，烧结体具有的开孔孔隙度在至少20％、优选20％-90％、特别优选50至80％的范围中，且尤其在60至80％的范围中。由于根据本发明的多孔性确保烧结体的高吸附能力。由此，根据一种实施方式的烧结体可在20℃的温度下以及3小时的吸附时间中吸收其开孔体积的至少50％的丙二醇。同时烧结体具有良好的机械稳定性。尤其具有相对小的孔隙度的烧结体显示出高度机械稳定性，这可有利与若干应用。

根据另一实施方式，开孔孔隙度为20至50％。

烧结体优选仅包含很少份额的闭合孔。由此烧结体仅具有很小的死体积，即，不可用于吸收待蒸发的液体的体积。优选地，烧结体具有的闭合孔的份额小于烧结体总体积的15％、甚至小于10％。为了确定闭合孔的份额，可如上所述地确定开孔孔隙度。总孔隙度由体密度算出。此时获得总孔隙度和开孔孔隙度的差作为闭合孔的份额。根据本发明的一种实施方式，烧结体具有的闭合孔的份额甚至低于总体积的5％。闭合孔在此可通过颗粒中的孔形成，颗粒用于烧结，通过烧结过程或通过涂布产生非常小的具有导电涂层的开孔。通过导电涂层封闭开孔，可尤其在相应的孔非常小和/或导电涂层的层厚非常厚时产生。

导电涂层优选力连接且材料连接到烧结体的表面。在此不仅在多孔的烧结体的外侧面上的孔，而且在烧结体内部中的孔都设有导电涂层。因此，开孔在烧结体的整个体积上都设有导电涂层。这使得在根据本发明涂层的烧结体上施加电压时电流流过烧结体的整个体积且因此加热烧结体的整个体积。导电涂层由此沉积在烧结体的表面上且与烧结体的表面连接，其中，导电涂层覆盖在烧结体内部的孔，由此在至少部分或局部电接触烧结体且施加电流时，该电流至少部分地流过烧结体的内部且加热烧结体的内部。

因此在烧结体的整个电流流过的主体体积上加热且相应地蒸发在烧结体的整个体积中的待蒸发的液体。蒸气压力在烧结体中处处相同且蒸气不仅在烧结体的形成其外侧面的表面上局部产生，而且也在烧结体的内部中产生。导电涂层涂覆在烧结体的表面上且形成其多孔表面的至少一部分。

不同于例如仅在烧结体的外侧面上具有局部加热装置、例如加热丝或导电涂层的蒸发器，无需毛细运输到烧结体的表面。这防止在毛细作用很小时蒸发器的干式运行并且因此也防止局部过热。这对蒸发器单元的使用寿命有利。此外,在蒸发器局部过热的情况下发生待蒸发的液体的分解过程。这可是有问题的，因为例如由此待蒸发的药物的有效成分降低。另一方面分解产物被使用者吸入，这会有健康风险。而在根据本发明的蒸发器中不存在该风险。

代替地，也可通过以导电涂层的感应或电容方式耦合来加热烧结体。

在本发明的优选的实施方式中，烧结体的通过开孔形成的整个表面被导电涂层覆盖。由此术语“整个表面”例如在圆柱形的烧结体中也包括烧结体的由体内部中的孔形成的表面。因此整个涂层的表面通常大于体的外表面。

经涂布的烧结体可根据应用领域具有不同的几何结构。由此烧结体例如可为实心或空心柱形、板形、棱柱形、多面体或环形。在此相应的形状可通过烧结生坯的形状确定，但是由于烧结体的高度机械稳定性也可在烧结之后对烧结体进行机械加工。

导电涂层尤其可为金属、例如银、金、铂金或铬、或由金属氧化物形成。在本发明的实施方式中，金属氧化物为选自以下组的金属氧化物：氧化铟锡(ito)、掺杂铝的氧化锌(azo)、氟氧化锡(fto)或氧化锑锡(ato)。在此尤其已经发现，金属氧化物基于在玻璃上的良好附着性以及待蒸发的液体在金属氧化物上的良好润湿性能是特别有利的。此外，上述金属氧化物、尤其是ito、具有高的化学和机械稳定性且在水和酒精中不易溶解，从而金属氧化物对于待蒸发的液体的溶剂是惰性的。此外，上述金属氧化物相对于高达2000℃的温度是稳定的。优选涂层包括ito和/或是ito涂层。

在电子烟中作为蒸发器时，具有导电涂层的烧结体优选具有的电导率在0.001至10⁶s/m的范围中。已经发现特别有利的是，电导率在10至600s/m的范围中。在上述范围中的电导率在此尤其应用在相对小的蒸发器中、例如电子烟中是有利的。给出的电导率足够高，以确保有充足的热产生来用于蒸发。同时避免过高的加热功率，其导致液体组分过热以及分解。

根据本发明的烧结体可用于电子烟中的蒸发器和医用吸入器的蒸发器。两种应用在此对蒸发器有不同要求。这尤其在蒸发器的所需加热功率方面。通过经涂布的烧结体的导电涂层的层厚以及由此实现的电导率可调节蒸发器的电阻和加热功率。这是有利的，因为最佳的加热功率与烧结体的尺寸以及相应使用的电压源相关。由此例如用在电子烟中的蒸发器具有几个厘米的较小尺寸且通常在一个或多个具有1v-12v的电压、优选具有1至5v的电压的电压源下工作。该电压源可为标准电池或标准蓄电池。根据一种实施方式，蒸发器在3至5伏特范围中的工作电压下工作。已经证实特别有利的是，电阻在0.2至5ohm的范围中且加热功率高达80w。与此不同，例如用于医用领域的吸入器也可在110v、220v/230v、甚至380v的电压下工作。在此高达3000ohm的电阻和高达1000w的功率是有利的。根据蒸发器单元或其应用的实施方式，例如大于12v至小于110v的其他的工作电压，例如大于5ohm的电阻以及例如大于80w的功率范围都可为合适的。

根据本发明的实施方式，导电涂层的层厚在1nm至800μm的范围中。已经发现特别有利的是，层厚在200nm至200μm或200nm至10μm的范围中。在层厚很大的情况下，由于导电涂层会产生孔闭合的风险。层厚在此也与使用的材料相关。由此基于金属氧化物的层大多比由金属构成的层具有明显更大的层厚。

本发明的一种实施方式提供层厚在1nm至1μm的范围中、优选在10nm至100nm的范围中的沉积的金属、例如银、金、铂金或铬构成的导电涂层。

导电涂层在烧结体之内可具有均匀的层厚。但是导电涂层在烧结体之内具有不均匀的层厚的烧结体也是本发明的对象。这尤其适用于基于具有相对大层厚的金属氧化物的涂层。根据本发明的一种改进方案，导电涂层在烧结体之内的层厚具有梯度。由此层厚例如可从外向内地减小。

除了上述层厚，可通过涂布的烧结体的电导率调节期望的电阻。涂布的烧结体的电导率对此与使用的涂层材料或其电导率相关。在本发明的实施方式中，涂布的烧结体具有0.001至10⁶s/m、优选10至600s/m的电导率。

根据本发明的一种实施方式，孔具有的平均孔径在1μm至5000μm的范围中。优选烧结体的开孔的孔径在100至800μm的范围中，特别优选在200至600μm的范围中。对此具有相应大小的孔是有利的，因为孔足够小以便产生足够大的毛细力并且由此尤其在蒸发器工作期间确保待蒸发的液体的补给，同时孔要足够大以便使蒸气快速释放。在孔过小时还有如下风险，即，孔通过导电涂层会完全或部分闭合。

本发明的一种改进方案设置成至少双峰孔径分布。在此烧结体具有的小孔和大孔分别具有离散的孔径分布。小孔实现了在烧结体中的大的毛细力并因此用于良好且快速地吸收液体。但是因为小孔只能缓慢释放蒸气，烧结体额外具有大孔，大孔用于蒸气的快速释放。大孔与小孔的孔径以及比例在此可经由烧结体的制造工艺调节，即，作为形成孔的具有不同粒度的盐以相应比例使用。通过大孔与小孔的比例可设定烧结体的吸附或解吸性能。根据应用目的，大孔的份额占孔总数的5至95％。优选地，本发明的改进方案具有的小孔在100至300μm的范围中且大孔在500至700μm的范围中。

根据本发明的一种实施方式，烧结体由玻璃构成。在此已经显示出特别有利的是，玻璃具有相对低的碱金属含量。较低的碱金属含量、尤其较低的钠含量在此在以下多个方面中是有利的。一方面，相应的玻璃具有相对高的转变温度tg，由此在涂覆导电涂层之后，该涂层可在相对高的温度下烘烤。尤其在导电涂层基于氧化物的情况下，高的烘烤温度对导电涂层的密度以及烧结体的电导率是有利的。优选地，玻璃具有的转变温度tg在300℃至900℃、优选500℃至800℃的范围中。

另一方面，具有相对低的碱金属含量的玻璃即使在高温下也显示出较低的碱金属扩散，从而可在相对高的温度下在没有不利地改变涂层或其特性的情况下烧结或烘烤涂层。玻璃的较小的碱金属扩散也还在烧结体作为蒸发器的运行中是有利的，因为由此没有溢出的组成成分与导电涂层或与待蒸发的液体相互作用。后者尤其在使用经涂布的烧结体作为蒸发器应用在医用吸入器中是重要的。已经发现特别有利的是玻璃的碱金属含量最高为11重量％、甚至最高6重量％。

烧结体在其制造时以及在运行进程中经受大的温度波动。在蒸发器的运行过程中，这通过多个加热周期实现。因此烧结体必须除了高度机械负荷能力也具有高度热负荷能力。因此有利的是，烧结体具有的线性热膨胀系数α20-300℃为α烧结体<11*10^-6k^-1、优选小于8*10^-6k^-1。为了将在烧结体和导电涂层之间的热应力保持得尽可能得小，根据涂层可有利的是，烧结体具有的线性热膨胀系数α20-300℃在1至10*10^-6k^-1的范围中，导电涂层具有的线性热膨胀系数α20-300℃在α涂层为1至20*10^-6k^-1的范围中和/或两个热膨胀系数的差δα20-300℃＝α20-300℃层-α20-300℃烧结体为0至20*10^-6k^-1、优选0至10*10^-6k^-1、同样优选0至5*10^-6k^-1。

本发明的一种实施方式提供一种金属导电涂层、优选银的导电涂层以及玻璃的烧结体具有的线性热膨胀系数在8*10^-6k^-1至20*10^-6k^-1的范围中。

根据本发明的改进方案，经涂布的烧结体具有由ito构成的导电涂层以及玻璃的烧结体，烧结体具有的线性热膨胀系数在3*10^-6k^-1至8*10^-6k^-1的范围中。对此尤其已经发现在使用基于金属氧化物的导电涂层的情况下相应的热膨胀系数或差是有利的。该涂层通常比例如在烧结体上的金属涂层具有更大的层厚。

令人惊奇的是，虽然玻璃和涂层有α20-300℃差，但是在使用金属氧化物作为具有相对大层厚的导电涂层时获得无裂纹或至少少裂纹的层。尤其在沉积在烧结体上之后，在高温下、优选在300至900℃范围中的温度下烘烤时，可获得无裂纹的或少裂纹的层。已经发现相应的ito涂层即使在蒸发器运行中、即，在周期性的热负荷下也没有形成裂纹且没有趋于分层。由此也使经涂布的烧结体的电导率以及蒸发器的蒸发功率在蒸发器的使用寿命期间保持恒定或至少尽可能保持恒定。少裂纹的涂层的另一优点是，即使蒸发器运行期间也尽可能没有释放尤其颗粒尺寸＜5μm的金属氧化物和/或玻璃颗粒或碎片，否则会被使用者吸入。

根据本发明的另一改进方案，导电涂层和/或与烧结体的中间区的线性热膨胀系数具有梯度。线性热膨胀系数在此从与烧结体接触的涂层表面朝涂层的自由表面增加。通过导电涂层的α20-300℃的梯度，由此可阻止烧结体和涂层之间的热应力。

优选地，烧结体比导电涂层具有更小的α20-300℃。由此确保，涂层在加热运行中没有受到拉应力。在此，涂层上的拉应力对于在涂层中产生裂纹或扩大现有裂纹和/或层的分层具有不利的影响。

因为基于根据本发明的蒸发器作为体积蒸发器的构造方式没有在例如表面或区域(在传统的蒸发器中该表面或区域与加热元件或加热元件的部分紧密和/或直接接触)上产生局部过热以及比在由现有技术已知的蒸发器实现了总体上更小的最大温度，多种玻璃是合适的。通过与其结合地选择不同的玻璃，可针对热膨胀系数、耐化学性或可能的烘烤温度为相应使用的导电涂层选出相应合适的玻璃。

此外，在使用经涂布的烧结体作为电子烟中的蒸发器或作为医用吸入器时不可从玻璃中对使用者释放可能危害健康的物质。因此，使用的玻璃优选没有或仅有不可避免痕量的下列元素：砷、锑、镉和/或铅。尤其砷、锑、镉和/或铅的含量小于500ppm。

本发明的一种实施方式提供以重量％表示的以下玻璃组成成分用于多孔的烧结体：

在本发明的另一实施方式中，多孔的烧结体的玻璃具有以重量％表示的以下组成成分：

其中，mgo、cao和bao的总含量具有的特征是，含量在8至18重量％的范围中。

在本发明的另一实施方式中，多孔的烧结体的玻璃具有以重量％表示的以下组成成分：

该实施方式的玻璃具有以下特性：

α(20-300)3.2*10^-6/k

tg717℃

密度2.43g/cm³。

根据本发明的另一实施方式，多孔的烧结体具有以重量％表示的以下组成成分：

一种实施方式提供具有以重量％表示的以下组成成分的烧结体：

通过在该组成成分范围中的玻璃，可获得具有以下特性的多孔的玻璃体：

α(20-300)9.4*10^-6/k

tg533℃

密度2.55g/cm³。

另一实施方式提供具有以重量％表示的以下组成成分的多孔的玻璃体：

通过该组成成分范围，可以获得具有以下特性的多孔的玻璃体：

α(20-300)3.25·10^-6/k

tg525℃

密度2.2g/cm³。

在本发明的另一实施方式中，多孔的烧结体的玻璃具有以重量％表示的以下组成成分：

此外，在玻璃中可包含0至1重量％的：p2o5、sro、bao；以及0至1重量％的澄清剂：sno2、ceo2或as2o3、f、cl、硫酸盐或其他的澄清剂。

根据本发明的另一改进方案，多孔的烧结体的玻璃是可陶瓷化的锂铝硅酸玻璃。一种实施方式具有以重量％表示的以下组成成分：

玻璃具有的α20-300℃在3.3*10^-6k^-1至5.7*10^-6k^-1的范围中。

可替代地，多孔的烧结体的玻璃具有以重量％表示的以下组成成分：

该实施方式的玻璃具有的α(20-300)在4.7*10^-6k^-1至5.7*10^-6k^-1的范围中。

已经发现具有以重量％表示的以下组成成分特别有利：

本发明的另一改进方案提供由钠钙玻璃构成的多孔的烧结体。尤其，钠钙玻璃是具有以重量％表示的以下组成成分的玻璃：

该实施方式的玻璃具有的α20-300℃在5.5*10^-6k^-1至9.7*10^-6k^-1的范围中。

优选地，对于多孔的烧结体使用的钠钙玻璃具有以重量％表示的以下组成成分：

该实施方式的玻璃具有的α20-300℃在4.9*10^-6k^-1至10.3*10^-6k^-1的范围中。

在该改进方案的特别优选的实施方式中，玻璃的多孔的烧结体由具有以重量％表示的以下组成成分的钠钙玻璃构成：

根据另一种实施方式，烧结体的玻璃包含以重量％表示的以下组成成分：

根据一种实施方式，玻璃可包括着色氧化物，如nd2o3、fe2o3、coo、nio、v2o5、mno2、tio2、cuo和/或ceo2。可替代地或额外地可加入0–2重量％的as2o3、sb2o3、sno2、so3、cl、f和/或ceo2作为澄清剂。

另一实施方式提供，为玻璃替代地或额外地加入颜料。

在本发明的另一改进方案中，经涂布的烧结体除了导电涂层具有一个或多个其他的涂层。由此例如经涂布的烧结体可具有在烧结体的表面和导电的金属层之间的所谓的起始层(starterbeschichtung)，该烧结体以电镀方式涂覆金属作为导电层。

在金属作为导电涂层以及由玻璃构成烧结体时会产生以下问题，即，玻璃和金属的表面张力可明显不同且因此会难以实现导电涂层在玻璃表面上的良好附着。因此，本发明的改进方案提供，在烧结体和金属涂层之间涂覆氧化层。该层用作增附剂(haftvermittler)，使得可实现金属涂层的特别好的附着。此外，烧结体的表面可通过额外的涂层改变表面的ζ电位并因此匹配待蒸发的液体的ζ电位。可替代地或额外地，也可在导电涂层上沉积另一层，例如保护或钝化层。

可替代地或额外地，导电涂层或主体可包括其他成分，例如抗菌和/或抗微生物的成分。作为抗菌或抗微生物的成分尤其合适的是银、zno或tio2。银作为导电涂层的组成部分具有的优点是，一方面是导电的，另一方面也起抗菌作用。

根据本发明涂层的烧结体可用于蒸发器中的加热元件。在此可以机械方式例如通过弹簧力或通过形状锁合、或材料锁合、例如通过钎焊连接实现所需的电子接触。作为焊料例如可使用银导电膏。也可经由中间层接触。

相应的蒸发器例如可为电子烟、医用吸入器、香水施加器、室内加湿器或用于输出物质、例如杀虫剂或驱虫剂或用于相关用途的装置的部件。

本发明还涉及用于制造涂有导电涂层的烧结体的方法。根据本发明的方法至少包括以下方法步骤：

a)提供由玻璃或玻璃陶瓷构成的、具有在10至90％的范围中的开孔孔隙度的烧结体，以及

b)为烧结体的由开孔构成的表面以及烧结体内部的孔的表面涂布导电涂层。

在步骤a)中提供的烧结体可通过这样的方法进行，在其中，首先将平均粒度在约20μm至600μm的范围中、优选最大300μm的细颗粒的玻璃粉末与高熔点的盐和结合剂混合。加入盐的粒度与烧结体的期望的孔径相匹配。在混合物中加入5至80重量％的细颗粒的玻璃粉末且按压成型。由此产生的成型体加热到玻璃的烧结温度并进行烧结。使用的盐的熔化温度在此高于相应的烧结温度，从而保持盐的颗粒结构。在烧结工艺之后，用合适的溶剂析出盐。在此已经发现盐为nacl和k2so4是特别合适的。也可考虑其他的盐，如kcl、mgso4、li2so4、na2so4。选择盐的方针是，除了如成本、环境兼容性等方面外，要根据使用的玻璃或其烧结温度需要来选择。在本发明的实施方式中，给粒度为30至5000μm的20至85重量％的盐掺入粒度在1至500μm的范围中的5至85重量％的玻璃粉末以及具有聚乙二醇水溶液并且基本混合。由此获得的混合物在潮湿状态下可进行干燥或与5至80重量％(关于混合物的质量)的玻璃粉末混合。将混合物按压成型且在使用的玻璃的烧结温度下烧结。然后析出盐，从而获得多孔的烧结体。

由此获得高开孔孔隙度的、开孔的烧结体。因为各个玻璃体通过烧结工艺彼此固定连接，烧结体尽管开孔孔隙度高，但是相比于相应的玻璃材料、例如由玻璃纤维线构成的灯芯具有良好的机械强度。因此在烧结体之内没有在电子烟中作为液体储存器和/或药物的给药设备和/或用于香料的经加热的蒸发器的情况下释放出来且会被使用者吸入的松散的或可轻易松脱的颗粒。因此，由于烧结体的高度机械稳定性提供甚至可具有大于80体积％的开孔孔隙度的液体储存器。

在本发明的实施方式中，在步骤a)中提供由玻璃构成的烧结体。已经发现由碱金属含量<15重量％、优选<10重量％、特别优选<5重量％的玻璃构成的烧结体是有利的。具有相应低的碱金属含量的玻璃具有高的软化温度，使得在步骤a)中进行的烧结可在高温下进行。对此已经发现铝硅酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃特别有利。

在步骤b)中，导电层可以通过从分散体中凝结或析出固体、从溶液(例如溶胶-凝胶)中凝结或析出固体、从气相中凝结或析出固体或通过电镀工艺沉积在烧结体的表面上。相应的涂布方法取决于所用的涂层材料和所需的层厚。

在本发明的实施方式中，通过电镀(elektrolytisch)沉积金属层。例如，可在多孔的烧结体上通过由银溶液沉积而沉积出银涂层。对此使用的溶液的银含量优选为10至20重量％或15至20重量％。可替代地，可以通过从溶液中还原来沉积银，例如通过用糖还原硝酸银溶液或通过析出反应来沉积。

根据本发明的方法的改进方案，在步骤b)中导电涂层以金属氧化物：氧化铟锡(ito)、掺杂铝的氧化锌(azo)、氟氧化碳(fto)和氧化锑锡(ato)的形式涂覆。优选地，在步骤b)中金属氧化物通过从溶液或分散体中、特别优选从分散体中凝结或析出来沉积。

已经发现通过浸渍方法对烧结体涂层是特别有利的。在本发明的上述改进方案的相应实施方式中，浸渍方法包括至少如下方法步骤：

a2)提供烧结体；

b2)提供金属氧化物的分散体或溶液；

c2)烧结体以预定的浸入时间t浸渍浸入到在步骤b2)中提供的分散体中；

d2)干燥(trocknen)在步骤b2)中获得的烧结体；

e2)在预定的烘烤温度t烘烤下以时间t烘烤烘烤通过步骤c2)和d2)获得的层。

借助浸渍方法沉积的导电涂层的层厚优选为200nm至200μm，特别优选200nm至10μm且可通过在步骤b2)中使用的分散体或溶液的固体含量来调节。优选地，固体含量为1至50重量％、特别优选20至35重量％。可替代地或额外地，可通过烧结体的浸渍过程数量获得经沉积的层的期望的层厚。由此根据一种实施方式，多次地、优选2至3次地实施步骤c2)和d2)。在本发明的另一改进方案中，烧结体在不同的浸渍过程中浸渍不同长时间。由此可实现涂层的导电能力的梯度。

在步骤e2)中，优选在60至1000℃的范围中、特别优选在300至900℃的范围中的烘烤温度t烘烤下烘烤层。特别在高的烘烤温度下可获得非常紧密的层。由此即使在层厚很大的情况下也可获得少裂纹、甚至无裂纹的涂层。涂层对此也在烧结体和涂层的α20-300℃不同的情况下在周期性的热应力下为少裂纹或无裂纹的。相信，高烘烤温度(einbrandtemperaturen)在金属氧化物和烧结体之间形成扩散区，该扩散区拦阻α20-300℃差异。导电涂层在步骤e2)中的烘烤在此可在惰性气体下、在真空下或略微还原的气氛下、例如在3至50％的氢气氛中或在一氧化碳下进行。

上述方法或其上述实施方式也可用于对多孔的陶瓷进行涂布。在这种情况下，在步骤a1)中，代替由玻璃或玻璃陶瓷构成的烧结体提供由陶瓷构成的多孔的烧结体。在此已经发现有利的是，提供的陶瓷在其开孔孔隙度和/或孔径方面与由玻璃构成的所述多孔体相同或至少相似。

借助该方法沉积在多孔的陶瓷的孔表面上的导电层可与根据本发明的由玻璃或玻璃陶瓷构成的烧结体的导电层类似。这尤其在如使用的导电材料、导电层的层厚、电导率和/或电阻这样特性方面适用。

此外，具有根据本发明的烧结体的蒸发器头是本发明的主题。该蒸发器头具有至少一个壳体、根据本发明的烧结体以及用于使烧结体联接在电能源上的电触头。

附图说明

下面根据实施例和附图详细描述本发明。其中示出：

图1示出了传统的蒸发器的示意图；

图2示出了烧结体以及在烧结体的外侧面上的电接触部的示意图；

图3示出了蒸发器以及根据本发明经涂布的烧结体作为加热元件的示意图；

图4示出了根据本发明的烧结体的横截面的示意图；

图5示出了第一实施例的sem照片；

图6示出了第二实施例的光学显微照片；

图7示出了本发明的具有双峰孔径分布的改进方案的示意图；

图8示出了第三实施例的孔径分布；

图9a和图9b示出了根据本发明经涂布的烧结体作为在蒸发器中的构件的示意图；以及

图10示出了传统的蒸发器以及具有根据本发明经涂布的烧结体作为加热元件的蒸发器的热成像。

具体实施方式

表格1和2示出了不同实施例的多孔的烧结体的组成成分。各个实施例由于其组成成分不同而具有不同的热膨胀系数。实施例8至10例如具有的膨胀系数在3.2*10^-6k^-1至3.8*10^-6k^-1的范围中且尤其适用于具有基于金属氧化物的、例如具有ito的导电层的多孔的烧结体。此外，玻璃8至10没有或至少最大程度地没有钠，这不仅对热膨胀系数有影响，而且也影响玻璃化转变温度tg。该玻璃化转变温度超过700℃且由此使得在采用ito的涂层工艺的情况下允许高的烘烤温度，从而可获得无裂纹的或至少最大程度无裂纹的、导电的、具有特别高的机械稳定性的涂层。

而玻璃2至7具有相对高的钠含量并因此具有较高的热膨胀系数。因此，该玻璃尤其适合用于制造多孔的烧结体，该烧结体需要用金属涂层涂布。此外，实施例2至7的玻璃可由于钠含量高而以化学方式硬化。由此，烧结体例如可在涂布之前以化学方式预紧。这提高了多孔的烧结体的机械稳定性。

表格1：实施例1至7

表格2：实施例8至12

在图1中示出了用于传统的具有多孔的烧结体2作为液体储存器的蒸发器的一示例。多孔的烧结体2通过多孔的烧结体2的毛细力吸收待蒸发的液体1并且将待蒸发的液体继续沿烧结体2的所有方向运输。对此，通过箭头4象征性地示出了毛细力。加热线圈如此定位在烧结体2的上部区段中，使得通过热辐射加热烧结体2的相应区段2a。因此，将加热线圈3非常靠近烧结体2的外侧面并且应尽可能不接触外侧面。但是在实际中，加热丝和外侧面的直接接触通常不可避免。

在加热区域2a中，进行液体1的蒸发。这通过箭头5示出。对此，蒸发速度与温度和环境压力相关。温度越高且压力越低，在加热区域2a中的液体蒸发越快。

因为仅仅在烧结体的加热区域2a的外侧面上局部地进行液体1的蒸发，必须以相对高的加热功率加热该局部区域，以便实现在1至2秒钟之内快速蒸发。因此必须使用大于200℃的高温。但是尤其在局部非常有限的区域中的高的加热功率会导致局部过热以及由此可能导致待蒸发的液体1或液体储存器的材料或灯芯分解。

此外，高的加热功率也会导致蒸发过快，由此通过毛细力不能足够快地提供液体1用于蒸发。这同样导致烧结体在加热区域2a中的外侧面过热。因此可并入这样的单元，例如电压(spannungs)、功率和/或温度设定、控制或调节单元(此时未示出)，但是以电池使用寿命并且限制最大的蒸发量为代价。

因此，图1示出且由现有技术已知的蒸发器的缺点是，局部的加热方法以及与之相关的低效率的热运输、复杂且昂贵的控制单元以及待蒸发的液体的过热和分解风险。

图2示出了由现有技术已知的蒸发器单元，在其中，加热元件30直接布置在烧结体20上。尤其加热元件30固定地与烧结体20连接。这种连接可尤其通过以下方式实现，即，使加热元件30构造成层电阻。对此将导体形状的经结构化的导电层根据层电阻的类型涂覆在烧结体20上。直接涂覆在烧结体20上的作为加热元件30的涂层尤其有利于实现良好的热接触，该接触实现了快速加热。但是在图2中示出的蒸发器单元也仅具有一个限制在局部的蒸发表面，从而在此也产生表面过热的风险。

图3示意性地示出了具有根据本发明的烧结体6的蒸发器的构造。如在图1和图2中的多孔的烧结体2，该烧结体浸入待蒸发的液体1中。通过毛细力(通过箭头4示出)使待蒸发的液体运输到烧结体6的整个体积中。烧结体6具有导电涂层，其中，由开孔形成的表面设有导电涂层。由此在施加电压时，具有较大表面积的烧结体6的整个体积被加热。因此与图2示出的蒸发器不同的是，液体1不仅形成在烧结体6的限制在局部的部分中，而且形成在烧结体6的整个体积中。因此无需毛细运输给烧结体6的外侧面或加热的面或元件。此外，没有局部过热的风险。因为体积蒸发比通过在局部加热区域中的加热更有效，因此可以在明显更低温度和更小加热功率下进行蒸发。在此有利的是较小的电功率需求，因为由此可提高蓄电池每次充电的使用时间或构造较小的蓄电池或电池。

图4根据实施例的示意性横截面示出了具有开孔性的经涂布的烧结体6的构造。经涂布的烧结体6具有多孔的、经烧结的具有开孔8a、8b的玻璃基体7。开孔8b的一部分以其多孔表面形成烧结体的外侧面，而孔8a的另一部分形成烧结体的内部。烧结体的所有孔具有导电涂层9。

图5是具有导电涂层的烧结体的sem照片。孔8的表面涂有ito层9作为导电涂层。经烧结的玻璃基体7是具有以下组成成分的铝硼硅酸盐玻璃：

具有上述组成成分的玻璃熔化得非常慢且在很大的温度范围中熔化。由此该玻璃特别好地适用于通过熔化和烧结制造多孔材料。由该组成成分范围构成的玻璃可具有大于1000℃的熔点，这允许在高达900℃的温度下烘烤导电涂层且这对如密度这样的涂层性能是有利的并且防止涂层中的裂纹。玻璃的很小的线性热膨胀系数(α20-300℃)减小了热致应力且由此提高了材料对温差的机械稳定性，该温差在蒸发器中进行接通和断开过程时产生。此外，涂有导电涂层的玻璃作为加热体对高达600℃的温度持续具有耐受性。

图6示出了涂有ito层的烧结体的光学显微镜的照片。

在示出的烧结体上，由光学和电子显微镜的测量测得，ito层具有200nm至2000nm的层厚并且令人惊奇地没有裂纹显示。这是令人惊奇的，因为玻璃(3.3*10^-6k^-1)和ito(7.2*10^-6k^-1)具有不同的线性热膨胀系数。

图7根据示意性横截面示出了根据本发明的改进方案的经涂布的烧结体60的构造。经涂布的烧结体60具有多孔的、经烧结的具有开孔80、81的玻璃基体70，其中，孔具有的双峰孔径分布包括大孔80和小孔81。开孔8b的一部分以其多孔表面形成烧结体的外侧面，而孔的另一部分形成烧结体的内部。烧结体的所有孔具有导电涂层90。小孔81可使待蒸发的液体良好且迅速地吸收到烧结体中，而大孔80允许蒸气的快速释放。根据应用，可通过大孔与小孔的比例以及其孔大小调节在蒸发器运行中的吸收能力以及解吸特性。

在图8中示出图7示意性示出的改进方案的实施例的孔径分布。多孔的烧结体的孔径分布在此具有的最大值约在200μm处以及最小值约在600μm处，其中，在该实施例中小孔(200μm)份额相应于大孔(600μm)的份额。孔大小可在制造过程中通过用作孔形成剂的盐的颗粒大小设定，大孔与小孔的比例相应于使用的颗粒大小的比例及其颗粒大小分布。

图9a和图9b示意性地示出了根据本发明经涂布的烧结体3作为可能的蒸发器中的构件。蒸发器具有包括待蒸发的液体的贮存器(reservoir)。蒸发腔室11通过钢壁12与待蒸发的液体1分开。通过钢壁中的开口(12a、12b)使待蒸发的液体1与经涂布的烧结体3接触。烧结体通过毛细力吸取待蒸发的液体1。通过将电压10施加在涂有导电涂层的烧结体3上使烧结体的体积加热，从而蒸发在烧结体3的整个体积中的液体。

进行蒸气的生成，直至烧结体3的孔和/或贮存器不再包含液体或断开电流。在关掉蒸发器时，孔通过毛细力再次抽吸液体，使得在通过使用者重新接通蒸发器时又有足够的液体用于蒸发。

对此，能最大生成的蒸气量等于存储或可存储在多孔的烧结体3中的液体的量。可生成的蒸气量例如可由此通过烧结体3的尺寸和其孔隙度来控制。对此，已经发现具有高度孔隙度的小的烧结体特别有利于蒸发过程的有效性以及能量消耗和液体续流或填充速度。

图10示出了传统的蒸发器(10b)以及具有根据本发明涂层的烧结体作为加热元件的蒸发器(10a)的热成像。在具有根据本发明涂层的烧结体作为加热元件的蒸发器中，蒸发温度仅在127至135℃的范围中，为了产生相同或至少类似的蒸气量，具有螺旋形加热丝作为加热元件的传统蒸发器需要在252至274℃的范围中的蒸发温度。

表格3示出了在传统蒸发器中以及作为实施例在具有根据本发明涂层的烧结体的蒸发器中的蒸发参数。相应的蒸发器的构造类似于电子烟那样工作。通过借助于电工测量仪器测量施加的电压和电流确定功率，通过液体的重量损耗得到产生的蒸气量。

表格3：蒸发器的比较

如从表格3中可看出，两个蒸发器具有类似的尺寸。为了产生与传统的蒸发器相同的蒸气量，具有根据本发明涂层的烧结体的蒸发器需要明显更小的加热功率和较小的蒸发温度。

在实施例中，蒸发温度显著低于通常使用的可蒸发的物质的分解温度，使得没有发生蒸发器的由于分解产物而发生的所谓“焦化”，由此也不用考虑相应分解产物的释放。由此提高了蒸发器的使用寿命。由于需要的加热功率较小，具有根据本发明涂层的烧结体的蒸发器在能效性以及电源使用寿命方面远远优于传统的蒸发器。