[发明专利]耐热粘合剂

说明书

本申请是2004年4月5日申请的、申请号为200480009982.5名称为“耐热粘合剂”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种适合与在相对较高温度下运行的材料或体系进行导电性连接的粘合剂。更具体地，本发明涉及可用于加热元件中的传导性粘合剂。此外，本发明涉及含上述粘合剂的(用电的)家用器具。

背景技术

包括平板加热体系的加热元件通常包括施加在基材上的两个功能层，即介电层和导电层。介电层的功能是将热产生层和可以从外面直接接触的基材相隔离。上述加热元件中的导电层通常包括具有高欧姆阻抗的层即阻抗层和具有低欧姆阻抗用作接触层的层。在电流通过阻抗层时产生热量。这些具有高和低欧姆阻抗的层可以由不同材料制备，但是如果调节厚度或几何形状，也可以由相同的材料制备。

在生产平板加热元件中将介电层和导电层施加到基材上。对于功能性组件，必须将载流的金属丝连接到接触层上，并可以任选地连接温度传感器。机械附着如通过压力触点附着具有如对层的潜在损害和接触面积受限制的缺点。通过传导性粘合剂可以避免这些缺点，但是对这些粘合剂的温度稳定性要求高。

因为标准的焊接合金具有相对于相对较高的加热元件工作温度过低的熔融温度，其工作温度在导体轨道上可能轻易达到300℃或者更高，这对焊接造成了困难。超过450℃的温度的高熔融温度的硬质焊接合金是存在的，但该温度对于在铝基材上使用来说太高了。对于该问题的一种可供选则的解决方法是使用与传导性颗粒相混合的玻璃粉。通常，这种玻璃料的加工需要过高的温度，这种温度可能损害介电层或者导电层或者甚至在使用铝(对于加热元件良好的基材)时会损害基材。具有较低熔点的玻璃料玻璃通常含有铅或者其他潜在的有毒金属，而这些金属是必须加以避免的。此外，这些材料的热膨胀系数不能与铝的热膨胀系数相匹配。

含银颗粒的环氧树脂广泛用于低温用途，但是它们不具备良好的高温稳定性。基于聚二甲基硅氧烷的粘合剂具有较好的耐温性，但是它们在300℃或更高的工作温度下的温度稳定性仍然不足。聚酰亚胺同样不能胜任高温和高能量密度下的平板加热用途。

发明内容

本发明的目标在于提供一种适合与在相对较高温度下运行的材料或体系进行导电性连接的粘合剂，该连接不会表现出上述缺陷。为了该目的，本发明提供了一种按照前序部分的粘合剂，其中所述粘合剂基于溶胶凝胶前体。

高温稳定连接可以使用溶胶凝胶前体制得。这种基于溶胶凝胶前体的粘合剂可以通过加热容易地固化。

该粘合剂基于溶胶凝胶前体和特别适合于进行传导性连接的金属颗粒。

有几种溶胶凝胶前体可供使用。例如，该溶胶凝胶前体可以包括选自四烷氧基硅、烷基烷氧基硅烷、苯基烷氧基硅烷、二苯基烷氧基硅烷、所述化合物的水解衍生物或者它们的组合的化合物。

但是，在本发明的特别有利的实施方案中，该溶胶凝胶前体包括基于甲基三甲氧基硅或甲基三乙氧基硅、苯基三甲氧基硅或苯基三乙氧基硅和/或二苯基二甲氧基硅或二苯基二乙氧基硅的混杂溶胶凝胶材料。已知这些材料具有优异的耐温性和高的化学稳定性。这些前体在催化剂的存在下可能与水发生反应，以形成反应性硅烷醇基，这些硅烷醇基可以相互反应来提供低聚和聚合粘合剂材料。在某些情况下可以直接使用含有硅烷醇基如二苯基硅烷二醇而不是含烷氧基的前体。

这些前体材料特别是甲基三甲氧基硅或甲基三乙氧基硅可以在平板加热元件中作为传导层。在优选实施方案中，采用了基于甲基三乙氧基硅(MTES)的用银颗粒填充的粘合剂。这种材料组合用于传导性轨道并在能量密度为20W/cm²的轨道温度320℃下有源加热600小时后未表现出降解的迹象。

优选地，所述传导性颗粒包括银颗粒或者银合金颗粒。溶胶凝胶材料特别是甲基三甲氧基硅(MTMS)和甲基三乙氧基硅表现出有效阻止了银的移动。因此基于溶胶凝胶/银材料的粘合剂可以满足平板加热元件的运行需要。