DE69105419T2

DE69105419T2 - Heizelement und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: DE69105419T2
Application number: DE69105419T
Authority: DE
Inventors: Masao Maki; Kazuo Yamashita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: AU8384391A; KR920007494A; EP0475427B1; CA2051231A1; BR9103944A; KR940005461B1; AU630306B2; DE69105419D1; EP0475427A1

Description

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement zur Verwendung für eine Kocheinrichtung und eine Heizeinrichtung für Temperaturen von ungefähr 800ºC und ein Verfahren zu deren Herstellung.

2. Beschreibung des Standes der Technik:

Als Heizelement für eine Kocheinrichtung und als Heizeinrichtung ist üblicherweise ein Siliziumdioxid- bzw. Silika-Röhrenheizer verwendet worden. Ebenfalls sind ein Mantelheizer und ein "Mica-Heizer", bei dem Heizdraht um einen Mica-Streifen herumgewickelt ist, für eine Kocheinrichtung verwendet worden.
Jedoch haben die oben genannten üblichen Heizelemente die folgenden Probleme:
Im Falle des Siliziumdioxid- bzw. Silika-Röhrenheizers, wo ein in torische Form gewickelter Heizdraht in eine Siliziumdioxid-Röhre eingesetzt wird, können Substanzen, wie z.B. Salz, das von einem zu kochendem Objekt verspritzt wird, dann an der Oberfläche der Siliziumdioxid-Röhre haften, wenn der Heizer zum Kochen benutzt wird. Als Resultat hiervon neigt die Siliziumdioxid-Röhre dazu, entglast zu werden, wobei sie nicht dazu in der Lage ist, eine zum Kochen benötigte ausreichende Menge extrem infraroter Strahlung bereitzustellen, oder die Siliziumdioxid-Röhre kann sogar zerbrochen werden. Somit wird lediglich höchstens eine Temperatur von 700ºC von diesem Heizer erhalten. Desweiteren ist es aufgrund der Struktur des Siliziumdioxid-Röhrenheizers schwierig, ihn zu einem Flächengebilde zu formen.
Im Falle des Mantelheizers, wo ein Heizdraht mit einer wärmewiderstandsfähigen und korrosionswiderstandsfähigen rostfreien Stahlplattierung beschichtet ist, verwendet der Heizer Sekundärstrahlung vom Mantel aus rostfreiem Stahl, wenn er zum Kochen verwendet wird. Diese Struktur benötigt eine längere Zeit, bis eine vorbestimmte Temperatur erreicht wird. Desweiteren muß, um die Strahlung von 800ºC zu erreichen, die Temperatur des Heizdrahtes selbst größer sein als 800ºC, was die Lebensdauer des Heizdrahtes verkürzen wird. Darüberhinaus ist es, wie im Falle des Siliziumdioxid-Röhrenheizers, schwierig, den Mantelheizer wegen seiner Struktur in der Form eines Flächengebildes auszubilden.
Der Mica-Heizer kann leicht zu einem Flächengebilde geformt werden. Jedoch ist die Wärmeleitung nicht effektiv, da der Heizer durch eine Isolation auf der äußeren Oberfläche der Wand einer Kocheinrichtung eingebaut wird. Deshalb wird eine längere Zeit benötigt, bis eine vorbestimmte Temperatur auf der inneren Oberfläche der Wand der Kocheinrichtung erreicht ist, von welcher Hitze zum Kochen abgestrahlt wird, und es ist ebenfalls schwierig, die Abstrahlung einer hohen Temperatur von ungefähr 800ºC zu erhalten.
Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, kann ein metallisches Heizelement aus bloßem Metall, das aus Eisen-Chrom-Aluminium, Nickel-Chrom oder Eisen-Nickel- Chrom hergestellt ist, dazu verwendet werden, als Heizelement zu dienen, welches zu einem Flächengebilde geformt werden kann und welches schnell und leicht beheizt werden kann, um eine Abstrahlung von 800ºC bereitzustellen, die für eine Kocheinrichtung und eine Heizeinrichtung geeignet ist.
Das Heizelement aus bloßem Metall ist hoch wärmewiderstandsfähig und wird nicht beschädigt werden, wenn es einer Atmosphäre hoher Temperatur ausgesetzt wird. Jedoch können, bei der Verwendung für eine Kocheinrichtung, korrosive Substanzen, wie z.B. Salz, das von einem zu kochenden Objekt wegspritzt, am metallischen Heizelement haften. Wenn ein solches verschmutztes metallisches Heizelement unter sehr hohen Temperaturbedingungen wie 800ºC verwendet wird, wird es leicht korrodiert und beschädigt werden. Die Strukturen der vorgenannten Heizelemente sind ursprünglich entwickelt worden, um solche Korrosion zu verhindern.
Um eine Heizeinheit mit einer stabilen Ausgestaltung und einem höheren Oxidationswiderstand in Luft bei hoher Temperatur zu erhalten, offenbart die JP-A-52-108 532 ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizmaterials, bei welchem, nach dem Reduzieren eines Bereiches eines Verbundmaterials, dessen Kernmaterial eine Fe-Cr-Platte ist, dessen beide Seiten mit dünnen Al-Plattierungen mittels eines Walzverfahrens beschichtet werden. Die Al-Plattierung des Materials aus dem Abschnitts-Reduktionsverfahren wird erhitzt, um in das Kernmaterial einzudiffundieren. Dieses elektrische Heizmaterial kann ebenfalls durch das Anwenden eines Stanzverfahrens erhalten werden.
Desweiteren ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Folienthermoelements mit länglicher Form bekannt, welches in der Ebene des Thermoelements gebogen wird. Dieses Verfahren, wie es aus der GB-A-1 222 504 bekannt ist, umfaßt das Ausbilden einer Schicht eines anderen Metalles auf einer Metallfolie durch Ablagerung, die Verbindung zwischen den beiden Metallen, die die Thermo-Verbindung des Thermoelements bildet, und das Versehen der Metallfolie mit einer länglichen Form, entweder vor oder nach der Ablagerung. Dieses Thermoelement kann aus jedweden Standard-Thermoelementmaterialien hergestellt werden, welche die Ablagerung von einem Material auf dem anderen erlauben. Somit kann z.B. das Thermoelement durch das Ablagern von Nickel-Chrom auf einer Nickel-Aluminium-Folie hergestellt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizelement zur Verfügung zu stellen, welches nicht nur bei hoher Temperatur korrosionswiderstandsfähig ist, sondern auch zu einem Flächenmaterial geformt und schnell und leicht erhitzt werden kann, um eine Hitzeabstrahlung von ungefähr 800ºC zur Verfügung zu stellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Heizelement dieser Erfindung, welches die oben erwähnten und verschiedene andere Nachteile und Mängel des Standes der Technik überwindet, umfaßt eine Metallbasis mit Schichten aus einer Nickel-Aluminium-Legierung, die an ihren oberen und unteren Oberflächen ausgebildet sind.
Eine weitere Erflndung ist ein Verfahren zum Beschichten der Nickel- oder Nickel-Basislegierung mit Aluminiumoxid-Schichten.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Metallbasis Nickel- oder eine Nickelbasis-Legierung.
Bei einer zusätzlichen weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Nickelgehalt in der Nickelbasis-Legierung mindestens 50 %.
Alternativ weist das Heizelement gemäß dieser Erfindung eine Metallbasis mit Nickelschichten und Aluminiumoxidschichten auf, die in dieser Reihenfolge an ihrer oberen und unteren Oberflächen ausgebildet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Aluminiumschichten oder die Aluminiumlegierungsschichten durch Umhüllung ausgebildet.
Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung eines Heizelements die Schritte des Ausbildens von Aluminiumschichten an den oberen und unteren Oberflächen einer Nickel- oder Nickelbasis-Legierung-Basis und das Oxidieren der Aluminiumschichten zu Aluminiumoxidschichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Aluminiumschichten durch Umhüllung der Nickel- oder Nickelbasis-Legierung-Basis mit Aluminiumfolien auf beiden ihrer Oberflächen ausgebildet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren die Schritte des Schneidens der mit den Aluminiumfolien umhüllten Nickel- oder Nickelbasis-Legierung- Basis zu einer vorbestimmten Form zwischen dem Schritt des Ausbildens der Aluminiumschichten und dem Schritt des Oxidierens der Aluminiumschichten.
Bei einer weiteren anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Aluminiumfolien breiter als die Nickel- oder Nickelbasis-Legierung-Basis.
Bei einer zusätzlichen anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Nickelgehalt in der Nickelbasis-Legierung-Basis mindestens 50 %.
Alternativ umfaßt das Verfahren gemäß dieser Erfindung die Schritte des Ausbildens von Nickelschichten an den oberen und unteren Oberflächen einer Metallbasis, das Ausbilden von Aluminiumschichten auf den Nickelschichten und das Oxidieren der Aluminiumschichten zu Aluminiumoxidschichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Nickelschichten und die Aluminiumschichten durch Umhüllung hergestellt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren ferner die Schritte des Schneidens der mit den Nickelschichten und den Aluminiumschichten umhüllten Metallbasis zu einer vorbestimmten Form, zwischen dem Schritt des Ausbildens der Aluminiumschichten und dem Schritt des Oxidierens der Aluminiumschichten.
Das Heizelement der vorliegenden Erfindung mit hohem Korrosionswiderstand bei hohen Temperaturen kann in einer bloßen Form ohne die Notwendigkeit zur Bereitstellung eines Mantels verwendet werden, wie er bei den üblichen Heizelementen benötigt wird, um z.B. gegen das Anhaften von korrosiven Substanzen zu schützen, die von einem zu kochenden Objekt wegspritzen. Weiter kann das Heizelement ohne einen Mantel leicht dadurch zu einem Flächengebilde geformt werden, daß es zu einer gewünschten Form gepreßt wird oder ähnliches. Ebenfalls kann das Heizelement, weil die spezifische Wärme des Heizelements der vorliegenden Erfindung ohne eine Extra-Stärke für einen Mantel gering sein kann, schnell auf eine hohe Temperatur von z.B. 800ºC erhitzt werden, wodurch die Abstrahlung einer hohen Temperatur leicht erhalten wird.
Somit macht die vorliegende Erfindung die Lösung der Aufgabe der Zuverfügungstellung eines Heizelementes möglich, welches zu einem Flächengebilde geformt werden kann und welches schnell erhitzt werden kann, um so Abstrahlung hoher Temperatur bereitzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird diese Erfindung besser verstanden werden und ihre vielfältigen Aufgaben und Vorteile werden Fachleuten ersichtlich werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Heizelements der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht, die einen vorbehandelten Zustand des Heizelements der Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Nickelanteil und der Korrosionswiderstandsfähigkeit des Heizelements der Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer Kocheinrichtung, die das Heizelement der Fig. 1 verwendet;
Fig. 5 ein Heizelement-Flächengebilde der vorliegenden Erfindung, das in eine Mäander- Form gepreßt wurde;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines anderen Heizelements gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 eine Schnittansicht, die einen vorbehandelten Zustand des Heizelements der Fig. 6 zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Beispiel 1

Gemäß der Fig. 1 umfaßt ein Heizelement 1 eine Metallbasis 2, die aus Nickel oder einer Nickelbasislegierung mit Aluminiumoxidschichten 3 und Nickel-Aluminium-Legierungsschichten 4 hergestellt ist, die in dieser Reihenfolge auf ihren oberen und unteren Oberflächen ausgebildet sind.
Das Heizelement 1 der obigen Struktur wird durch das folgende Verfahren ausgebildet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind Aluminiumschichten 5 auf beiden Oberflächen der Metallbasis 2 durch Besprühen, Platieren, Bedampfen, Bespritzen, Umhüllen oder irgendein anderes geeignetes Verfahren ausgebildet. Wenn Besprühen oder Umhüllen verwendet wird, wird eine dickere Schicht vergleichsweise leicht erhalten. Speziell durch das Umhüllen, wo eine Aluminiumfolie auf ein Heizelement aufgerollt und fest angehaftet wird, kann eine Aluminiumschicht ausgebildet werden, die frei von feinen Löchern ist. Dann werden die Aluminiumschichten 5 zu den Aluminiumoxidschichten 3 mit hoher Korrosions-Widerstandsfähigkeit oxidiert. Die Aluminiumschichtn 5 können mittels verschiedener Verfahren, wie z.B. anodischer Oxidation, oxidiert werden. Am praktischsten wird sie bei hoher Temperatur in der Atmosphäre erhitzt. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, können die Nickel-Aluminium-Legierungsschichten 4, welche ebenfalls hoch-korrosionswiderstandsfähig sind, leicht zwischen der Metallbasis 2 und den Aluminiumoxidschichten 3 ausgebildet werden, wodurch das resultierende Heizelement mit der Eigenschaft einer hohen Korrosionswiderstandsfähigkeit zur Verfügung gestellt wird.
Ein Heizelement der obigen Struktur wurde hergestellt, um die Korrosionswiderstandsüähigkeit wie folgt zu bestimmen.
Nickel oder eine Legierung, die einen sich ändernden Anteil von Nickel (Chromanteil: 21 ± 2 %) enthielt, wurde als Metallbasis 2 verwendet. Dann wurde die Metallbasis 2 an ihren beiden Oberflächen mit Aluminiumfolien umhüllt. Die resultierende, mit Aluminium umhüllte Basis wurde in eine erforderliche Form geschnitten und dann bei 900ºC in der Atmosphäre für fünf Stunden erhitzt, um so die Aluminiumoxidschichten 3 auf beiden ihrer Oberflächen herzustellen. Auf diese Art wurde das Heizelement 1 mit einer Breite von 6 mm und einer Dicke von 30 u erhalten. Elektrische Spannung wurde an das Heizelement 1 angelegt, um die Temperatur auf seinen Oberflächen auf 800ºC zu steigern. Unter diesen Bedingungen wurde eine 5 prozentige Salzlösung zu 0,5 cc alle zwei Minuten auf das Heizelement 1 aufgetropft, und die Anzahl der aufgebrachten Tropfen, bis das Heizelement 1 korrodiert und durchtrennt war, wurde verwendet, um das Niveau der Korrosionswiderstandsfähigkeit des Heizelements 1 zu bestimmen. Dieser Test wurde für zehn Proben durchgeführt, deren Resultate in Fig. 3 gezeigt sind.
In Fig. 3 zeigt jeder Doppelpfeil den Bereich der Tropfenanzahlen, die für die Proben eines jeden Nickelgehalts gezählt wurden, und jedes -Zeichen zeigt dessen Mittelwert. Jedes X- Zeichen zeigt ein Resultat, das von einer Probe der Metallbasis ohne Umhüllung mit einer Aluminiumfolie erhalten wurde. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Korrosionswiderstandsfähigkeit stark ansteigt, wenn der Nickel-Gehalt 50 % übersteigt. Dies hat seinen Grund darin, daß, bei einem solch hohen Nickelgehalt, die korrosionswiderstandsfahigen Nickel-Aluminium-Legierungsschichten 4 weiter zwischen der Metallbasis 2 und den Aluminiumoxidschichten 3 ausgebildet wurden. Diese Ausbildung wurde durch das Analysieren des Heizelements 1 durch ein Röntgenstrahl-Beugungsverfahren bestätigt, wobei NiAl und Ni&sub3;AL gefunden wurden.
Beim obigen Heizelement 1 wurden die Aluminiumschichten 5 auf den oberen und unteren Oberflächen der Metallbasis 2 ausgebildet, jedoch nicht auf ihren Seitenflächen (in der Richtung ihrer Dicke). Jedoch wurde die Ausbildung der Nickel-Aluminium-Legierungsschicht 4 ebenfalls auf den Seitenflächen beobachtet. Dies findet seinen Grund wahrscheinlich darin, daß Grate der Aluminiumfolien, die beim vorgenannten Schneideverfahren nach dem Umhüllen der Aluminiumfolien produziert wurden, auf die Seitenflächen der Metallbasis 2 ausgebreitet wurden. Desweiteren wurden beim Korrosions-Widerstandsfähigkeitstest die meisten der Heizelementproben schließlich durch Korrosion in den von ihren Schnittseitenenden verschiedenen Abschnitten durchtrennt, was zeigt, daß die Schnittseitenenden bezüglich der Korrosionswiderstandsfähigkeit nicht im besonderen geringwertiger sind.
Wenn das mit den Aluminiumfolien umhüllte Basismetall nicht auf die Größe des Heizelements zugeschnitten wird, sondern so wie es ist als Heizelement verwendet wird, können die Aluminiumfolien etwas breiter sein als die Metailbasis, so daß die Nickel-Aluminium- Legierungsschicht ebenfalls auf den Seitenflächen des Basismetalls ausgebildet werden kann, wie im obigen Fall beschrieben.
Durch das Resultat des vorgenannten Tests wird bewiesen, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Korrosionswiderstandsfähigkeit des sich ergebenden Heizelements bedeutend verbessert.
Als nächstes wird eine Anwendung des oben beschriebenen Heizelements 1 bei einer Kocheinrichtung wie folgt beschrieben.
Die Fig. 4 zeigt einen Mikrowellenherd 6, welcher eine Struktur eines Flächen-Heizelements 7 hat, welche das Heizelement 1 gemäß der Erfindung aufweist, das auf Trägerbauteilen 9 angeordnet ist, die auf einer Mikrowellen-Abschirmungsplatte 8 angebracht sind. Ein Bedienungsfeld und andere Bauteile des Mikrowellenherds 6, die nicht direkt mit dieser Erfindung zu tun haben, sind der Einfachheit halber nicht in der Figur gezeigt.
Die Mikrowellen-Abschirmungsplatte 8 ist aus einer korrosions-widerstandsfähigen rostfreien Stahlplatte mit einer Anzahl von Bohrungen eines Durchmessers von ungefähr 3 mm hergestellt, so daß die Gesamtfläche der Bohrungen ungeüahr 60 % der Gesamtfläche der Platte einnehmen sollte. Die Mikrowellen-Abschirmungsplatte 8 hat zwei Funktionen: Abschirmung des Flächenheizelements 7 von der Aufnahme von Mikrowellen, die während des Mikrowellenkochens abgestrahlt werden und Durchführen von Strahlung vom Heizelement direkt auf ein zu kochendes Objekt während des Bratens.
Ein Nickel-Chrom-Streifen (NCHRW1) zum Heizen wurde als Metallbasis 2 verwendet, welcher mit Aluminiumfolien auf beiden seiner Oberflächen umhüllt wurde. Dann wurde der erhaltene Streifen in eine Mäander-Form gepreßt und bei 900ºC in der Atmosphäre für fünf Stunden erhitzt, um ein Flächenheizelement 7 mit einer Ausgangsleistung von 1,2 KW herzustellen. Beim Anlegen einer Nennspannung von 100 V an das Heizelement 7 erreichte die Temperatur des Heizelements in ungefähr einer Minute 700ºC und stieg in drei Minuten weiter auf 800ºC.
Ein zu kochendes Objekt, z.B. ein Fisch, wurde zum Braten in eine Ofenkammer 10 gegeben. Der Fisch wurde gleichmäßig für 15 Minuten unter der Strahlung von 800ºC gegrillt. Bei der Verwendung eines üblichen Flächenheizelementes, z.B. des Mica-Heizers, zum Grillen wurden 25 Minuten benötigt. Desweiteren war das gleichförmige Bräunen, wie es beim Heizelement gemaß der Erfindung erreicht wurde, weder bei dem Mica- Heizer, dem Mantelheizer noch beim Siliziumdioxid-Röhrenheizer möglich.
Wie oben beschrieben bewirkt das Flächenheizelement 7 gemäß der Erfindung ein einheitliches Bräunen des zu kochenden Objektes, weil das Heizelement 7 als Flächengebilde ausgebildet ist und die Strahlung vom Flächenheizelement 7 auf das Objekt intensiv ist. D.h., da die Bestrahlung in einer zur Oberfläche des Heizelements 7 vertikalen Richtung abgesandt wird, wird die Strahlung, im Falle eines Streifenheizelementes, wie in Fig. 5 gezeigt, theoretisch nur auf eine Fläche abgesandt, die gerade unter der Breite A des Heizelements 7 liegt. (Die Strahlung in der horizontalen Richtung entlang des Heizelements wird in diesem Fall nicht gezählt, da die Dicke des Heizelementes verglichen mit dessen Breite vernachlässigbar klein ist.) Tatsächlich wird die Strahlung jedoch etwas gestreut, da die Oberfläche des Heizelements uneben ist, was im Ergebnis das einheitiiche Bräunen des zu kochenden Objekts ermöglicht. Somit ist, im Falle eines Streifenheizgerätes, die Strahlung in der Richtung vertikal zum Heizelement intensiver und deshalb kann ein wirksames Erhitzen durch das Plazieren des zu kochenden Objektes in dieser Richtung erreicht werden.
Im Falle des Mantelheizers oder des Siliziumdioxid-Heizers, wo ein Heizelement mit einem Mantel im Querschnitt rund ist, wird Wärme in jeder Raumrichtung abgestrahlt. Deshalb ist die Strahlungsmenge, die das zu kochende Objekt erreicht, gering, d.h. die Heizeffektivität ist im Vergleich zur Verwendung eines Streifenheizelementes gering, wenn der Mantelheizer oder der Siliziumdioxidheizer verwendet werden, und zwar unter der Voraussetzung, daß beide Heizelemente dieselbe Ausgangsleistung und dieselbe Strahlungstemperatur haben.
Bei der oben beschriebenen Struktur des Mikrowellenofens 6 können Salz oder andere Substanzen, die von einem zu kochenden Objekt verspritzt werden, an der Oberfläche des Heizelements 7 anhaften. Jedoch wird dies kein praktisches Problem für das Heizelement gemäß der Erfindung darstellen, da es hoch-korrosionswiderstandsfähig ist. Die Korrosionswiderstandsfähigkeit des Heizelements 7 wurde durch das Wiederholen eines Zyklus des abwechselnden Kochens einer 5 prozentigen Salzlösung und des Bratens eines Fisches getestet. Das Resultat war, daß das Heizelement 7 gemäß der Erfindung nach 500 Zyklen wenig beschädigt war, während ein Flächenheizelement, das aus dem Nickel-Chrom- Streifen hergestellt und ohne die erfindungsgemaße Behandlung gepreßt war, korrodiert und nach 60 Zyklen beschädigt worden war.
Aus den obigen Ergebnissen stellte sich heraus, daß das Heiz- element dieses Beispiels eine hohe Korrosions-Widerstandsfähigkeit hatte und nach einer langen Verwendungsdauer nur wenig verschlissen war.

Beispiel 2

Ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand der Fig. 6 und 7 wie folgt beschrieben werden.
In Fig. 6 umfaßt ein Heizelement 11 eine Metallbasis 12 mit Nickelbasis-Schichten 13 und Aluminiumoxidschichten 14, die in dieser Reihenfolge auf seinen oberen und unteren Oberflächen ausgebildet sind. Die Metallbasis 12 ist aus Eisen-Chrom, Eisen-Chrom- Aluminium oder rostfreiem Stahl, wie z.B. SUS 430, SUS 430A oder SUS 444 hergestellt.
Das Heizelement 11 mit der obigen Struktur wird durch das folgende Verfahren ausgebildet. Zuerst werden die Nickelschichten 15 und dann die Aluminiumschichten 16 auf beiden Oberflächen der Metallbasis 12 durch Aufsprühen, Platieren, Bedampfen, Bespritzen, Umhüllen oder jedwede andere geeignete Methode, wie im Beispiel 1 beschrieben, ausgebildet. Dann werden die Aluminiumschichten 16 am praktischsten durch Erhitzen bei hoher Temperatur in der Atmosphäre zu Aluminiumoxidschichten 14 oxidiert. Zur selben Zeit können, wie in Beispiel 1 beschrieben, Schichten der Nickel-Aluminium-Legierung ausgebildet werden. Die Nickel-Aluminium-Legierungsschichten können durch das Erhitzen bei 500 bis 700ºC in einer Umgebung aus nichtaktivem Gas, nicht in der Atmosphäre, ausreichend ausgebildet werden, und dann durch Erhitzen bei einer Temperatur von 800ºC oder höher in der Atmosphäre. Die Nickelbasisschichten 13 dieses Beispiels sind die Nickelsehichten 15, die gesamt oder teilweise durch die Nickel-Aluminium-Legierung ersetzt wurden. Die Aluminiumschichten 16 sollten vollständig oxidiert werden, da, während der Verwendung des Heizelements jedwedes nicht oxidiertes Aluminium, welches leitend in dem Heizelement verbleibt, der hohen Temperatur ausgesetzt ist und zu Aluminiumoxid oxidiert wird, welches isolierend ist, und dabei einen allmählichen Anstieg des Widerstandes des Heizelements hervorruft.
Das Heizelement mit der obigen Struktur wurde hergestellt, um seine Korrosionswiderstandsüahigkeit wie folgt zu bestimmen.
Zuerst wurde die Metallbasis 12, die aus Eisen-Chrom (FCHRW1) hergestellt war, mit Nickelfolien und dann mit Aluminiumfolien auf beiden ihrer Oberflächen überzogen. Die Gesamtdicke der überzogenen Basis war 50 u mit 42 u für die Metallbasis 12, 4 u für die zwei Nickelschichten und 4 u für die beiden Aluminiumschichten und ihre Breite war 6 mm. Die überzogene Basis wurde dann bei 900ºC in der Atmosphäre für fünf Stunden erhitzt, um die Aluminiumoxidschichten 14 auf beiden Oberflächen herzustellen. Die Ausbildung der Nickel-Aluminium-Legierungsschichten zwischen der Metallbasis 12 und den Aluminiumoxidschichten 14 wurden durch ein Röntgenstrahl-Beugungsverfahren bestätigt. Spannung wurde an das so erhaltene Heizelement 11 angelegt, um seine Oberflächentemperatur auf 800ºC anzuheben.
Der gleiche Korrosionswiderstandsfähigkeits-Test wie im Beispiel 1 wurde durchgeführt. Im Ergebnis war die Anzahl der auf das obige Heizelement 11 aufgebrachten Tropfen, bis es korrodiert und durchtrennt war, 80. Der gleiche Test wurde ebenfalls mit den folgenden drei Vergleichsproben durchgeführt; einem aus Eisen-Chrom hergestellten Heizelement, das bei 900ºC in der Atmosphäre für fünf Stunden erhitzt wurde, einem aus SUS 430 und SUS 444 hergestellten Heizelement, bei welchem dieselben Schritte des Überziehens mit Nickel und Aluminium und des thermischen Oxidierens des Aluminiums wie im Beispiel 2 durchgeführt wurde, und einem aus demselben Material wie oben hergestellten Heizelement, bei welchem der Schritt des Überziehens mit Nickel und Aluminium nicht durchgeführt wurde, aber der Schritt des Heizens durchgeführt wurde. Die Ergebnisse waren jeweils 10, 80 und 10. Diese Resultate deuten an, daß die Korrosionswiderstandsfähigkeit bei hoher Temperatur, wie sie sich beim Heizelement gemäß dieser Erfindung zeigt, vom Typ des Basismetalls unabhängig ist.
Als nächstes wird eine Anwendung des oben beschriebenen Heizelements 11 beim Mikrowellenofen 6, der in Fig. 4 gezeigt ist, wie folgt beschrieben werden.
Ein Eisen-Chrom-Streifen (FCHRW1) zum Heizen wurde als Metallbasis 12 verwendet, welche mit Nickelfolien und Aluminiumfolien an ihren beiden Oberflächen überzogen wurde. Dann wurde der erhaltene Streifen in eine Mäander-Form gepreßt und bei 900ºC in der Atmosphäre für fünf Stunden erhitzt, um ein Flächenheizelement 7' mit einer Ausgangsleistung von 1,2 KW herzustellen. Beim Anlegen einer Endspannung von 100 V erreichte die Temperatur des Heizelementes in ungefähr einer Minute 700ºC und stieg in drei Minuten weiter auf 800ºC. Ein zu kochendes Objekt, z.B. ein Fisch, wurde zum Braten in die Ofenkammer 10 gelegt. Der Fisch wurde mit gleichmäßiger Bräunung unter der Bestrahlung von 800ºC für 15 Minuten gegrillt.
Der gleiche Korrosionswiderstandsfähigkeits-Test wie im Beispiel 1 wurde am Mikrowellenofen, der das Flächenheizelement 7' dieses Beispiels aufwies, durchgeführt, und dieselben vorteilhaften Resultate wie im Beispiel 1 wurden erhalten.
Aus den obigen Resultaten stellte sich heraus, daß das Heizelement dieses Beispiels eine hohe Korrosionswiderstandsfähigkeit hatte und nach einer langen Verwendungsdauer nur wenig verschlissen wurde.
Bei den vorgenannten Beispielen wurde die streifenförmige Metallbasis verwendet. Jedoch beschränkt sich die Anwendbarkeit diese Erfindung nicht auf die Streifenform, sondern auch eine lineare Metallbasis kann verwendet werden, um dieselbe hohe Korrosionswiderstandsfähigkeit zu erhalten, wenn die Struktur und das Verfahren der vorliegenden Erfindung darauf angewandt werden.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wurde eine Metallbasis, die aus Eisen-Chrom, Eisen-Chrom-Aluminium oder rostfreiem Stahl, wie z.B. SUS 430, SUS 430A oder SUS 444 hergestellt war, verwendet. Auf den oberen und unteren Oberflächen der Metallbasis wurden Aluminiumschichten auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 gezeigt ausgebildet. Die Aluminiumschichten wurden dann auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 zu Aluminiumoxidschichten oxidiert. Derselbe Test wie im Beispiel 1, d.h. das Auftropfen einer 5-prozentigen Salzlösung, wurde bei den erhaltenen Heizelementen durchgeführt und das Ergebnis war 20 Tropfen, bis das Heizelement korrodiert und durchtrennt war, was andeutet, daß die Korrosionswiderstandsfähigkeit des Heizelements dieses Beispiels ungefähr doppelt so hoch war wie diejenige eines Heizelements, bei dem eine Aluminiumschicht fehlte.
Es stellte sich ebenso heraus, daß, wenn die Aluminiumschichten durch das Umhüllen der Metallbasis mit Aluminiumfolien wie in den Beispielen 1 und 2 ausgebildet werden, das erhaltene Heizelement stabile Resultate beim Korrosionswiderstandsfähigkeits-Test zeigte.
Das Heizelement, das bei diesem Beispiel erhalten wurde, wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 zur Verwendung in einem Mikrowellenofen, zu einem Flächenheizelement ausgeformt, und derselbe Test wie im Beispiel 1 wurde durchgeführt. Nach 500 Zyklen wurde auf der Oberfläche des Heizelements etwas geringe Korrosion beobachtet, aber eine solche Korrosion übte keinen mindernden Effekt auf die Kochfähigkeit aus, noch rief sie irgendein anderes praktisches Problem hervor.
Bei den obigen Beispielen wurde die Aluminiumschicht ausgebildet und oxidiert, um die Aluminiumoxidschicht zu erhalten. Es sollte anerkannt werden, daß auch eine Aluminum- Basislegierung anstatt Aluminium verwendet werden kann, um dieselbe Aufgabe zu lösen.

Claims

1. Heizelement mit einer Metallbasis (2, 12) mit Schichten aus einer Nickel-Aluminium- Legierung (4), die an ihren oberen und unteren Oberflächen ausgebildet sind.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus der Nickel- Aluminium-Legierung (4) mit Aluminiumoxid-Schichten (3, 14) bedeckt sind.

3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbasis (2, 12) Nickel oder eine Nickelbasis-Legierung ist.

4. Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelanteil in der Nickelbasis-Legierung mindestens 50 % ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7', 11) mit den folgenden Schritten:

- Bildung von Aluminium-Schichten (5, 16) an den oberen und unteren Oberflächen einer Nickel- oder Nickelbasis-Legierung-Basis (2, 12), und

- Oxidierung der Aluminiumschichten (5, 16) zu Aluminiumoxidschichten (3, 14).

6. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7' 11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschichten (5, 16) durch Umhüllung der Nickel- oder Nickelbasis-Legierung-Basis mit Aluminiumfolien gebildet werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7' 11) nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt des Zuschneidens der mit den Aluminiumfolien umhüllten Nickel- oder Nickelbasis-Legierung-Basis auf eine vorgegebene Form, zwischen dem Schritt der Bildung der Aluminiumschichten (5, 16) und dem Schritt der Oxidierung der Aluminiumschichten (5, 16).

8. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7' 11) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolien breiter als die Nickel- oder Nickelbasis-Legierung- Basis sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7' 11) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelanteil in der Nickelbasis-Legierung-Basis mindestens 50 % ist.

10. Heizelement mit einer Metallbasis (2, 12) mit Nickelschichten (15) und Aluminiumoxidschichten (3, 14), die in dieser Reihenfolge auf ihren oberen und unteren Oberflächen ausgebildet sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7' 11) mit den folgenden Schritten:

- Bildung von Nickelschichten (15) auf den oberen und unteren Oberflächen einer Metallbasis (2, 12),

- Bildung von Aluminiumschichten (5, 16) auf den Nickelschichten (15), und

- Oxidierung der Aluminiumschichten (5, 16) zu Aluminiumoxidschichten (3, 14).

12. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7' 11) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschichten (15) und die Aluminiumschichten (5, 16) durch Umhüllung gebildet werden.

13. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1, 7, 7' 11) nach Anspruch 12 mit dem weiteren Schritt des Zuschneidens der mit den Nickelschichten (15) und den Aluminiumschichten (5, 16) umhüllten Metallbasis (3, 12) auf eine vorgegebene Form zwischen dem Schritt der Bildung der Aluminiumschichten (5, 16) und dem Schritt der Oxidierung der Aluminiumschichten (5, 16).