專利名稱：用于測(cè)量溫度的復(fù)合材料、具有該復(fù)合材料的溫度傳感器以及用于制造該復(fù)合材料和該 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量溫度的復(fù)合材料和一種用于制造該復(fù)合材料的方法。此 夕卜，本發(fā)明涉及一種由所述復(fù)合材料形成的溫度傳感器和一種用于制造該溫度傳感器的方 法。
背景技術(shù)：
用于在部件表面處測(cè)量溫度的常見(jiàn)溫度傳感器具有復(fù)雜的構(gòu)造并且制造起來(lái)費(fèi) 事且成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于測(cè)量溫度的復(fù)合材料以及一種由該復(fù)合材料形成 的溫度傳感器。該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料和通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求12所述 的溫度傳感器來(lái)解決。本發(fā)明的另一任務(wù)是，提供用于制造所述復(fù)合材料和用于制造所述 溫度傳感器的簡(jiǎn)單和成本低的方法。這些任務(wù)根據(jù)權(quán)利要求7和20來(lái)解決。所述裝置和 方法的其他實(shí)施方式是其他權(quán)利要求的主題。根據(jù)一種實(shí)施方式，提供一種用于測(cè)量溫度的復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有陶瓷的 填充料以及嵌入到該填充料中的能塑形的基質(zhì)。在此，所述陶瓷的填充料具有電阻的正溫 度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù)。此外，該復(fù)合材料具有通過(guò)陶瓷的填充料確定的電阻-溫度特性曲 線。因此提供具有如下電阻-溫度特性曲線并且同時(shí)是能被塑形的材料的復(fù)合材料所述 電阻-溫度特性曲線具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)或正溫度系數(shù)(PTC)。所述復(fù)合材料可以被任 意塑形，因此還可以被加工成可表面安裝的元件，例如薄膜。由于所述復(fù)合材料具有溫度相 關(guān)的電阻特性曲線，因此所述復(fù)合材料可以被形成為溫度傳感器。此外，所述復(fù)合材料可以 具有良好的導(dǎo)熱性。此外，所述復(fù)合材料可以具有選自如下組的基質(zhì)材料所述組包括玻璃態(tài)材料、熱 塑性塑料、熱固性塑料、彈性塑料或者它們的混合物。作為聚合物材料例如可以使用硫化聚 苯醚(PolyphenylensulficbPPS)或者聚酰胺(PA)。這些材料可良好地塑形并且具有使所 述復(fù)合材料能夠良好加工的效果。復(fù)合材料中的填充料可以作為基質(zhì)中的許多顆粒存在。因此，可以將具有NTC或 PTC特征的粉末狀陶瓷填充料材料混入到基質(zhì)中。此外，陶瓷填充料的顆?？梢栽诨|(zhì)中具有50%至95%的填充度。這些顆粒可以 在基質(zhì)中形成連續(xù)的電流路徑。通過(guò)顆粒在基質(zhì)中50%至95%的填充度，可以確保陶瓷顆 粒對(duì)于電流的連續(xù)形成的電流路徑。因此要防止該電流路徑的中斷并且因此要防止電流通 過(guò)基質(zhì)材料的中斷。因此基本上通過(guò)陶瓷的填充料確定所述復(fù)合材料的電特性。所述復(fù)合 材料根據(jù)溫度改變其電阻，因此具有NTC或PTC特征曲線，并且因此可以用作為溫度傳感 器。此外，所述陶瓷顆粒在基質(zhì)中的填充度小得足以實(shí)現(xiàn)所述復(fù)合材料的可塑形性。
復(fù)合材料中的填充料可以具有如下材料，所述材料包括具有公式A11Bm2O4的導(dǎo)電 尖晶石和具有公式ABO3的鈣鈦礦(Perowskit)，其中A分別是二價(jià)金屬而B(niǎo)分別是三價(jià)金 屬。A例如可以是鎳，B例如可以包括錳。在這種情況下，所述材料是具有負(fù)溫度系數(shù)的陶 瓷材料。同樣地可以使用具有正溫度系數(shù)或者具有其他組成和負(fù)溫度系數(shù)的陶瓷。此外， 所述陶瓷材料可以包括例如選自金屬氧化物的摻雜物質(zhì)。此外提供一種用于制造具有上述特征的復(fù)合材料的方法。該方法具有如下方法步 驟A)制造所述陶瓷的填充料，
B)提供所述基質(zhì)，以及C)將所述填充料和所述基質(zhì)混合。因此將提供一種簡(jiǎn)單的方法，利用該方法可以制造根據(jù)上述特征的復(fù)合材料。此外，可以在方法步驟A)中對(duì)陶瓷顆粒進(jìn)行燒結(jié)、壓制并且磨成粉末。由此提供 可以以粉末狀容易地與基質(zhì)材料混合的陶瓷材料。在方法步驟B)中，基質(zhì)可以選自包括玻璃態(tài)材料、熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性 塑料或者它們的混合物的組。此外可以在方法步驟C)中將填充料與基質(zhì)連續(xù)混合。為此，所述混合例如可以在 雙螺旋擠壓機(jī)上利用兩個(gè)同時(shí)運(yùn)行的平行的螺旋輸送機(jī)來(lái)進(jìn)行。所述基質(zhì)材料和填充料被 連續(xù)地聚集在一起并且混合。在方法步驟C)中也可以對(duì)填充料和基質(zhì)進(jìn)行不連續(xù)地混合。 為此將填充料材料或基質(zhì)材料放入一個(gè)容器中，然后添加基質(zhì)材料或填充料材料并將這些 材料在該容器中混合。此外提供一種溫度傳感器，該溫度傳感器由根據(jù)上述特征的復(fù)合材料形成并且具 有接觸件(Kontaktierimg)。該溫度傳感器的特征在于，可以以沒(méi)有外殼或載體的形式來(lái)制 造該溫度傳感器并且也可以用所述復(fù)合材料來(lái)形成其外表面。所述溫度傳感器可以檢測(cè)與 其相鄰的物體和/或熱輻射的溫度。此外，由復(fù)合材料形成的該溫度傳感器被塑形為使得 該溫度傳感器可表面安裝?？杀砻姘惭b的溫度傳感器具有其表面與測(cè)量對(duì)象的良好的熱和 機(jī)械耦合。所述溫度傳感器可以具有接觸件，所述接觸件施加在溫度傳感器的表面上和/或 整合到溫度傳感器中。如果接觸件整合到溫度傳感器中，則所述接觸件的一部分位于復(fù)合 材料中，而另一部分從復(fù)合材料中凸出并且可從外部接觸。接觸件與復(fù)合材料之間的接觸 面可以對(duì)該溫度傳感器的電阻具有影響，并且因此對(duì)該溫度傳感器的NTC或PTC特征曲線 具有影響。所述接觸件與復(fù)合材料接觸的面積越大，所述復(fù)合材料的絕對(duì)電阻就越小。因 此可以按照需要來(lái)調(diào)整溫度傳感器的電特性。此外，溫度傳感器的電特性通過(guò)復(fù)合材料的 幾何形狀以及通過(guò)這些接觸件的形狀和位置來(lái)確定。這是因?yàn)?，體效應(yīng)(Bulk-Effekt)確 定溫度傳感器通過(guò)材料的整個(gè)體積的導(dǎo)電性。所述溫度傳感器可以具有三維的幾何形狀。所述溫度傳感器例如可以形成為薄 膜，所述薄膜可以是柔性的。此外，溫度傳感器可以是長(zhǎng)方體形的和/或具有圓角。同樣可 以制造其他幾何形狀，例如圓柱體或者單獨(dú)地適應(yīng)于環(huán)境的不規(guī)則形狀。因此，通過(guò)復(fù)合材 料的可塑形性可以簡(jiǎn)單地和低成本地制造溫度傳感器，所述溫度傳感器按照需要形成并且 可以在沒(méi)有例如外殼(UmhUllimgen)或載體的附加元件的情況下使用。
如果需要溫度傳感器的電絕緣表面，例如可以通過(guò)附加的澆注過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)可選的 熱耦合的封裝。此外提供一種用于制造溫度傳感器的方法。該方法包括如下步驟D)根據(jù)上述用于制造復(fù)合材料的方法來(lái)制造復(fù)合材料，E)對(duì)所述復(fù)合材料進(jìn)行塑形，以及 F)施加接觸件。在方法步驟D)中，根據(jù)上述方法制造復(fù)合材料。此外可以在方法步驟E)中將所 述復(fù)合材料塑形成三維的對(duì)稱形狀。所述復(fù)合材料可以形成為帶或者薄膜或者各種任意的 其他三維形狀。為此，例如可以使用包括澆注的方法。對(duì)復(fù)合材料的塑形可以直接在雙螺 旋擠壓機(jī)中制造完復(fù)合材料之后執(zhí)行。為此作為工具例如可以使用寬口噴嘴。經(jīng)過(guò)擠壓的 帶可通過(guò)平滑輥筒牽拉并且例如被塑形成薄帶或薄膜。此外作為擠壓機(jī)處的工具可以使用 壓模板(Lochplatte)。然后，利用合適的剪切設(shè)備將壓出物加工成小件(Granulat)，所述 小件又在任意的加工機(jī)器一例如澆注機(jī)器上被轉(zhuǎn)換成期望的形狀。此外可以在方法步驟F)將接觸件施加在經(jīng)塑形的復(fù)合材料的表面上。為此可以 選擇選自絲網(wǎng)印刷、噴涂以及電鍍的方法。此外可以同時(shí)執(zhí)行方法步驟E)和F)并且可以 將接觸件整合到所述復(fù)合材料中。例如可以在澆注件中制造整合的接觸件，所述接觸件具 有從復(fù)合材料中凸出的端部以及密封在復(fù)合材料中的端部?？梢詫⑺鰷囟葌鞲衅魇┘釉趯⒁獪y(cè)量溫度的物體上。由此，所述溫度傳感器可 以通過(guò)與相鄰物體的接觸面來(lái)測(cè)量溫度。作為附加的或者替換的功能，所述溫度傳感器還 可以用于測(cè)量輻射。為此可以形成主體一例如薄膜，其基質(zhì)材料具有良好的輻射吸收性。為 此，所述基質(zhì)材料例如可以具有黑色的顆粒。由此可以檢測(cè)到入射的太陽(yáng)輻射或者熱輻射。


借助于附圖將進(jìn)一步闡述本發(fā)明圖1示出溫度傳感器的實(shí)施方式的示意圖，圖2示出溫度傳感器的實(shí)施方式的另一示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出具有施加在復(fù)合材料1上的接觸件2的溫度傳感器10。在該實(shí)施例中， 溫度傳感器10被形成為薄膜并且接觸件2施加在復(fù)合材料1的表面上。所述薄膜可以是 柔性的，因此可以被施加在要測(cè)量溫度的任意表面上。該復(fù)合材料可以包含基質(zhì)材料，該基 質(zhì)材料選自玻璃態(tài)材料、熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性塑料或者它們的組合。例如可以使 用PPS或PA。所述基質(zhì)包含陶瓷的填充料，該填充料具有電阻的正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù)。 所述填充料在基質(zhì)中以顆粒形式存在，其中在基質(zhì)中的填充度高到使得可以在基質(zhì)中形成 顆粒的連續(xù)電流路徑。所述陶瓷的填充料可以包括包含金屬氧化物一例如MnNiO的材料并 且可以在基質(zhì)中以50 %至95 %的填充度存在?？商鎿Q地，接觸件2也可以整合到所述薄膜 中并且具有不同的尺寸。圖2示出溫度傳感器10的替換實(shí)施方式。在這里，復(fù)合材料1形成為長(zhǎng)方體并且 接觸件2整合到該長(zhǎng)方體中。接觸件2具有從長(zhǎng)方體中凸出使得可從外部接觸該接觸件2的端部，并且接觸件2具有封入在長(zhǎng)方體中的端部(由虛線表示)。這樣的溫度傳感器10 例如可以通過(guò)澆注來(lái)制造，其中接觸件2在澆注過(guò)程期間被整合到復(fù)合材料1中?？商鎿Q 地，接觸件2也可以施加在復(fù)合材料1的表面上(在此未示出)并且可以具有不同的尺寸。 所述溫度傳感器的電特性可以通過(guò)復(fù)合材料1的幾何形狀以及通過(guò)接觸件2的尺寸、形狀 和位置來(lái)確定。因此，該溫度傳感器可以在其形狀及其電特性方面單獨(dú)地針對(duì)各個(gè)應(yīng)用來(lái) 設(shè)計(jì)。在圖1和2中示出的實(shí)施方式可以任意地改變。此外應(yīng)當(dāng)考慮到，本發(fā)明不限于 所述示例，而是允許其他的、在此未詳述的實(shí)施方式。附圖標(biāo)記列表1 復(fù)合材料
2 接觸件10 溫度傳感器
權(quán)利要求
一種用于測(cè)量溫度的復(fù)合材料(1)，具有 陶瓷的填充料，和 嵌入到所述填充料中的能塑形的基質(zhì)，其中所述陶瓷的填充料具有電阻的正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù)，并且所述復(fù)合材料(1)具有由所述陶瓷的填充料確定的電阻 溫度特性曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料(1)，其中所述基質(zhì)具有選自包括玻璃狀材料、熱塑 性塑料、熱固性塑料、彈性塑料或者它們的混合物的組的材料。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的復(fù)合材料(1)，其中所述填充料在基質(zhì)中作為許多顆 粒存在。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料(1)，其中所述顆粒在基質(zhì)中具有50%至95%的填充度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的復(fù)合材料(1)，其中所述顆粒在基質(zhì)中形成連續(xù)的電流路徑。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的復(fù)合材料(1)，其中所述填充料具有選自如下組的材 料所述組包括具有公式A11Bm2O4的導(dǎo)電尖晶石和具有公式ABO3的鈣鈦礦以及PTC材料， 其中A和B分別為金屬。
7.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的復(fù)合材料(1)的方法，具有如下方法步驟A)制造所述陶瓷的填充料，B)提供所述基質(zhì)，以及C)將所述填充料和所述基質(zhì)混合。
8.一種溫度傳感器(10)，所述溫度傳感器(10)由根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的復(fù)合材 料(1)形成并且具有接觸件(2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫度傳感器(10)，其中所述接觸件(2)施加在所述溫度傳感 器(10)的表面上和/或整合到所述溫度傳感器(10)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的溫度傳感器(10)，所述溫度傳感器(10)具有三維幾何 形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的溫度傳感器(10)，所述溫度傳感器(10)被形成為薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的溫度傳感器(10)，其中所述薄膜是柔性的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的溫度傳感器(10)，其中所述幾何形狀是長(zhǎng)方體形的。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一所述的溫度傳感器(10)，其中所述幾何形狀具有圓角。
15.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求8至14所述的溫度傳感器(10)的方法，具有如下方法步驟D)制造根據(jù)權(quán)利要求7至11所述的復(fù)合材料(1)，E)對(duì)所述復(fù)合材料(1)進(jìn)行塑形，以及F)施加接觸件(2)。
全文摘要
提供一種用于測(cè)量溫度的復(fù)合材料(1)以及一種從復(fù)合材料(1)中塑形得到的溫度傳感器(10)。此外提供用于制造復(fù)合材料(1)和用于制造溫度傳感器(10)的方法。該復(fù)合材料(1)具有陶瓷的填充料和嵌入到所述填充料中的能塑形的基質(zhì)，其中所述陶瓷的填充料具有電阻的正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù)。
文檔編號(hào)H01C7/04GK101952701SQ200980105641
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者G·克洛伊貝爾, H·斯特拉爾霍弗 申請(qǐng)人:埃普科斯股份有限公司