COMPOSICIÓN DE UNA PASTA CONDUCTORA ELÉCTRICA CO-SINTERIZABLE A ALTAS TEMPERATURAS Y SU INTEGRACIÓN EN MATERIALES CERÁMICOS EN BASE PORCELANA, GRES, GRES PORCELÁNICO O SIMILARES.

Composición de una pasta conductora eléctrica co-sinterizable a altas temperaturas y su integración en materiales cerámicos en base porcelana,

gres, gres porcelánico o similares.

Comprende 70 a 0% en peso de Pt, 20 a 5% en peso de C y 10 a 95% en peso de WO3 o WC respecto al peso total de sólidos de la composición y un vehículo orgánico o en base acuosa, donde dicha composición es capaz de ser sinterizada a una temperatura superior a 1000ºC, en particular superior a 1200ºC.

También se refiere a un procedimiento para la integración de dicha composición en un material cerámico en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o cerámicas similares.

La invención también se refiere al sensor capacitivo obtenido con dicha composición sobre una cinta de composición cerámica y al material cerámico que integra dicha composición o dicho sensor.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130594.

Solicitante: ROCA SANITARIO, S.A..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CABALLERO CUESTA,AMADOR, VILLEGAS GRACIA,MARINA PILAR, GONZÁLEZ-JUÁREZ,Fernando, DE ALBURQUERQUE SÁNCHEZ,Antonio Jorge, BALCELLS VILLANUEVA,Jordi, QUINTANA BARTUAL,Alberto, PEITEADO LÓPEZ,Marco, JARDIEL RIVAS,María Teresa, CABALLERO CUESTA,Ángel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C04B41/50 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS.C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 41/00 Postratamiento de morteros, hormigón, piedra artificial; Tratamiento de la piedra natural (vidriados distintos a los vidirados en frio C03C 8/00). › con sustancias inorgánicas.
  • H01B1/06 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01B CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES CONDUCTORAS, AISLANTES O DIELECTRICAS (empleo por las propiedades magnéticas H01F 1/00; guías de ondas H01P). › H01B 1/00 Conductores o cuerpos conductores caracterizados por los materiales conductores utilizados; Empleo de materiales específicos como conductores (conductores, cables o líneas de transmisión superconductores o hiperconductores caracterizados por los materiales utilizados H01B 12/00). › compuestos principalmente de otras sustancias no metálicas.
  • H01B1/08 H01B 1/00 […] › óxidos.
  • H01B1/16 H01B 1/00 […] › el material conductor contiene metales o aleaciones.
COMPOSICIÓN DE UNA PASTA CONDUCTORA ELÉCTRICA CO-SINTERIZABLE A ALTAS TEMPERATURAS Y SU INTEGRACIÓN EN MATERIALES CERÁMICOS EN BASE PORCELANA, GRES, GRES PORCELÁNICO O SIMILARES.

Fragmento de la descripción:

Composición de una pasta conductora eléctrica co-sinterizable a altas temperaturas y su integración en materiales cerámicos en base porcelana, gres, gres porcelánico o similares

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una composición conductora eléctrica en forma de pasta co-sinterizable con 5 materiales cerámicos en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o cerámicas similares.

La invención también se refiere a la utilización de dicha composición conductora en forma de pasta en la fabricación de sensores capacitivos y a la integración de dichos sensores capacitivos en dichos materiales cerámicos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La funcionalización de elementos cerámicos con aplicaciones tradicionales pasa en muchos casos por la integración 10 en la cerámica de otros elementos con capacidad de generar respuestas funcionales frente a determinadas situaciones o estímulos externos. Por aplicaciones tradicionales se entienden pavimentos, revestimientos, elementos sanitarios y/o similares constituidos por materiales cerámicos esmaltados en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o otras cerámicas similares. La integración de elementos funcionales implica el empleo de materiales que puedan ser incorporados en el procesamiento estándar de estos materiales cerámicos con aplicaciones tradicionales antes 15 de su sinterización, para después co-sinterizarlos a elevadas temperaturas sin alterar las solicitaciones mecánicas, químicas y estéticas finales de la pieza cerámica esmaltada, pero dotándole de una respuesta funcional.

En general, los elementos conductores se incorporan al elemento cerámico en forma de pastas eléctricamente conductoras. Estas pastas, constituidas por al menos un vehículo orgánico o acuoso y un polvo metálico o semiconductor, se aplican sobre los elementos cerámicos mediante técnicas de impresión, serigrafía, aerografía o 20 similares, conformando un material conductor con un determinado diseño y/o una determinada configuración. Sin embargo, a menudo, el material conductor empieza a contraer a temperaturas inferiores a las necesarias para sinterizar la cerámica y en consecuencia aparece una diferencia en la contracción entre ambos materiales que se traduce en la formación de grietas, excesivas contracciones o aparición de burbujas.

Así, la patente americana US2009272566 trata de evitar los problemas de co-sinterización entre elementos 25 cerámicos y elementos conductores mediante la utilización de sustratos cerámicos multicapa. Dicha patente describe un método de fabricación de una pasta conductora en cuya composición se utilizan partículas de polvo metálico, un vehículo orgánico, una frita de vidrio y un componente inorgánico. La frita de vidrio y el componente inorgánico tienen la función de controlar el proceso de sinterización de las partículas de polvo metálico lo que permite acercar el comportamiento de contracción de los elementos cerámicos con el de los elementos conductores. 30

Por otro lado, la patente US2009011201 describe una pasta conductora que lleva incorporada en su composición partículas de polvo metálico de Ag y Pd con un tamaño de partícula fino y controlado, teniendo estas partículas la función de controlar el proceso de sinterización del elemento conductor, lo que permite ajustar su comportamiento de contracción al de los elementos cerámicos.

Sin embargo, las composiciones de pastas conductoras de dichas patentes americanas US2009272566 y 35 US2009011201 están limitadas a una co-sinterización con cerámicas que sólo requieran temperaturas inferiores a 1000C para así evitar un estrés en la zona de contacto entre ambos materiales y, en consecuencia, la aparición de defectos estructurales, grietas o incluso el despegado o la delaminación del conjunto.

Aunque, en el estado de la técnica se han utilizado elementos cerámicos multicapa y elementos conductores, éstos han sido para componentes electrónicos o dispositivos cerámicos de tamaño reducido cuyos comportamientos de 40 contracción durante la co-sinterización son menores debido también al tamaño menor de las piezas obtenidas.

Por lo tanto, todavía no se han resuelto los problemas de contracción en la integración de elementos conductores en el campo de las cerámicas con aplicaciones tradicionales en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o similares en el cual se trabaja con piezas de gran tamaño y volumen. También quedan todavía por resolver los problemas derivados de la co-sinterización de un material conductor con materiales cerámicos que requieran temperaturas 45 superiores a 1.200C para su sinterización.

DESCRIPCIÓN RESUMIDA DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados del estado de la técnica.

La invención tiene por objeto, en un primer aspecto, proporcionar una composición conductora en forma de pasta capaz de ser co-sinterizada con materiales cerámicos en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o cerámicas 50 similares a temperaturas superiores a 1200C.

La invención también proporciona, en un segundo aspecto, un procedimiento con dos variantes para la integración de dicha composición conductora en forma de pasta en un material cerámico en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o cerámicas similares.

Todavía otro aspecto de la presente invención es proporcionar un sensor capacitivo con la composición conductora en forma de pasta de acuerdo con el primer aspecto de la invención sobre una cinta flexible de composición 5 cerámica.

Y finalmente, en otro aspecto, la invención proporciona un material cerámico en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o cerámicas similares que integra dicha composición conductora en forma de pasta o dicho sensor capacitivo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS 10

Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unas figuras en las que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

En dichas figuras, la figura 1 muestra una zona de rebajado 1 en una parte de la pieza de material cerámico.

La figura 2 muestra una realización de la invención, donde 1 indica la zona de rebajado en una parte de la pieza de material cerámico; 2 (2a y 2b) una capa de material refractario respecto al esmalte; 3 indica una capa de la 15 composición conductora en forma de pasta según un aspecto de la invención; 4 indica una capa de esmalte o vidriado; y 5 indica los orificios internos para conexiones con un sensor capacitivo diseñado con la composición conductora en forma de pasta.

La figura 3 muestra una realización de la invención, donde 1 indica la zona de rebajado en una parte de la pieza de material cerámico; 6 indica una capa de un agente impermeabilizante; 7 indica una capa de un agente adhesivo; 8 20 indica una cinta de composición cerámica que porta la composición conductora en forma de pasta según un aspecto de la invención; 9 indica una capa de material de relleno; 4 indica una capa de esmalte o vidriado; y 5 indica los orificios internos para conexiones con un sensor capacitivo diseñado con la composición conductora en forma de pasta sobre la cinta de composición cerámica.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 25

En un primer aspecto, la invención proporciona una composición conductora en forma de pasta que comprende un polvo metálico que es Pt y una carga cerámica como componente inorgánico que consiste en WO3 y un precursor de C.

El carburo de wolframio, WC, presenta una conductividad eléctrica en el orden de la del platino (entre 1 y 2x10-7 ohm·m) . Sin embargo, su empleo directo presenta un aspecto problemático como es su oxidación a partir de 600ºC. Este problema puede controlarse generando una atmósfera reductora “in situ” durante la etapa de tratamiento 30 térmico mediante el uso de un precursor de C. Por ejemplo, a partir de una mezcla de carburo de wolframio WC, y grafito, C, se puede conservar una proporción de WC que se mantiene gracias al entrono local reductor.

En la mezcla, el grafito mantiene el carburo de wolframio WC. Durante el calentamiento a temperaturas por encima de 1000ºC - la presencia de exceso de grafito ayuda a evitar la posterior oxidación del WC.

...

 


Reivindicaciones:

1. Composición conductora en forma de pasta que comprende:

0 a 70% en peso de Pt,

hasta 20 % en peso de C y

a 95% en peso de WC o WO3 respecto al peso total de sólidos de la composición y un vehículo orgánico o en 5 base acuosa, donde dicha composición es capaz de ser sinterizada a una temperatura superior a 1000C.

2. Composición según la reivindicación 1 que comprende:

a 50 % en peso de Pt,

a 10 % en peso de C y

65 a 40 % en peso de WC o WO3 respecto al peso total de sólidos de la composición y un vehículo orgánico o en 10 base acuosa.

3. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde dicha composición es capaz de ser sinterizada a una temperatura superior a 1200C.

4. Composición según la reivindicación 1 ó 3, donde dicho vehículo orgánico o en base acuosa es un disolvente polar o apolar. 15

5. Procedimiento para la integración de la composición conductora en forma de pasta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en un material cerámico en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o similares que comprende:

i) preparación de una zona del material cerámico (1) donde se desea añadir la composición conductora en forma de pasta; 20

ii) aplicación de una capa de material refractario respecto al esmalte (2a) sobre dicha zona del material cerámico para aislar la composición conductora en forma de pasta del material cerámico;

iii) aplicación de la composición conductora en forma de pasta (3) sobre el material refractario con el diseño deseado de un sensor capacitivo;

iv) aplicación de una nueva capa de material refractario respecto al esmalte (2b) para aislar la composición 25 conductora en forma de pasta del esmalte o vidriado posterior;

v) aplicación de esmalte o vidriado (4) en toda la zona del material cerámico (1) , y

vi) co-sinterización del conjunto a una temperatura superior a 1200C.

6. Procedimiento para la integración de la composición conductora en forma de pasta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en un material cerámico en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o similares que 30 comprende:

i) preparación de una zona del material cerámico (1) donde se desea añadir la composición conductora en forma de pasta;

ii) aplicación de un agente impermeabilizante (6) , seguido de la aplicación de un agente adhesivo (7) ;

iii) pegado de una cinta de composición cerámica (8) que contiene la composición conductora en forma de pasta 35 diseñada a modo de un sensor capacitivo, con la cara de la composición conductora hacia abajo;

iv) aplicación de un material de relleno (9) para obtener una superficie regular y uniforme antes de la aplicación del esmalte o vidriado;

v) aplicación de esmalte o vidriado (4) en toda la zona del material cerámico (1) , y

vi) co-sinterización del conjunto a una temperatura superior a 1200C. 40

7. Procedimiento según la reivindicación 6, donde dicho agente impermeabilizante es de tipo polímero hidrosoluble.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, donde dicho agente adhesivo es una pasta cerámica.

9. Procedimiento según la reivindicación 6, donde dicho material de relleno es una pasta cerámica con un ligante orgánico o una pasta cerámica con un esmalte.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, donde la aplicación de cada material puede realizarse por serigrafía, aerografía, tampografía, chorro de tinta o cualquier otra técnica de impresión.

11. Sensor capacitivo obtenido a partir de la composición conductora en forma de pasta según cualquiera de las 5 reivindicaciones 1 a 4 en una cinta de composición cerámica.

12. Material cerámico en base porcelana, gres, gres porcelánico y/o cerámicas similares que comprende integrado la composición conductora en forma de pasta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

FIG 1

FIG 2

FIG 3


 

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