專利名稱:一種新型電發(fā)熱體及技術(shù)的制作方法
本發(fā)明屬于電熱膜技術(shù)，並與涂料技術(shù)、膠粘技術(shù)、絲網(wǎng)印刷燒結(jié)技術(shù)有關(guān)。
迄今人們所使用的電熱器具的電發(fā)熱體一般有以下兩種。(1)金屬電熱絲。其主要缺點是熱效率低，耗能大，自身工作溫度高，易氧化，壽命短，必須使用電爐盤、云母片、石棉板及其他耐高溫絕緣材料，因而電加熱系統(tǒng)成本較高。(2)半導(dǎo)體薄膜型電熱膜。例如氧化錫薄膜、氧化銦薄膜、銦錫氧化物薄膜等。這類電熱膜一般可采用真空鍍或熱解的方法來制備。真空鍍設(shè)備工藝較為復(fù)雜，而熱解法則需要在450℃以上的高溫下噴涂，薄膜厚度難以控制，工藝重復(fù)性差，本發(fā)明所提出的新型電發(fā)熱體及技術(shù)與傳統(tǒng)的電熱絲加熱方式比較具有成本低，熱效率高，使用壽命長等優(yōu)點，而且解決了半導(dǎo)體薄膜型電熱膜技術(shù)所存在的設(shè)備投資大，薄膜厚度難以控制，工藝重復(fù)性差等技術(shù)問題，為推廣和應(yīng)用薄膜型電發(fā)熱體及技術(shù)，在材料和制備工藝等方面，提出了一整套既新穎又實用的技術(shù)方案。
本發(fā)明特征在于電發(fā)熱體由底材、單層或多層絕緣底層、單層或多層電熱膜和導(dǎo)電電極所組成。底材的形狀可以是任意的，其材質(zhì)可以是玻璃、搪瓷、陶瓷，經(jīng)絕緣預(yù)處理過的金屬或合金、石棉、云母、高鋁、硅酸鋁及其他耐溫絕緣的有機(jī)或無機(jī)材料。
絕緣底層可直接刷涂、刮涂、噴涂、浸涂、滾涂、注射器注涂、壓印、轉(zhuǎn)印或絲網(wǎng)印刷在底材表面，經(jīng)烘干和燒結(jié)而形成緻密的電絕緣層。其厚度可控制在0.05毫米～0.75毫米范圍內(nèi)。絕緣底層的烘干溫度為100℃～200℃，烘干時間為10分鐘～30分鐘。燒結(jié)溫度為400℃～800℃，燒結(jié)時間為5分鐘～30分鐘。
電熱膜可直接刷涂、刮涂、噴涂、浸涂、滾涂、注射器注涂、壓印、轉(zhuǎn)印或絲網(wǎng)印刷在絕緣底層或絕緣底材上面?？梢灾苽湟粔K電熱膜，其幾何圖形可以是任意的，也可以制備幾塊獨立的電熱膜，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來改變電熱膜串並聯(lián)方式，從而改變電熱膜的電加熱功率和功率密度。電熱膜的功率密度應(yīng)控制在0.10瓦/厘米2～20瓦/厘米2范圍內(nèi)。電熱膜的厚度和幾何形狀都將直接影響電熱膜的電加熱功率。根據(jù)需要電熱膜可以是單層或多層，其厚度可控制在0.02毫米～0.75毫米范圍內(nèi)。電熱膜的烘干溫度為100℃～200℃，烘干時間為10分鐘～30分鐘，燒結(jié)溫度為350℃～650℃，燒結(jié)時間為5分鐘～30分鐘。
導(dǎo)電電極可以用箔材、線材或網(wǎng)材，其材質(zhì)可以是銅、鎳、銀及其合金材料。導(dǎo)電電極可以用導(dǎo)電粘結(jié)劑直接粘結(jié)在電熱膜上。也可以用金屬材料、合金材料、石墨、二硅化鉬、碳化硅及其他導(dǎo)電材料制成的片狀、塊狀或條帶狀電極采用壓接觸方式與電熱膜接觸。用銀粉、銅粉、鎳粉、不銹鋼粉、二硅化鉬粉、導(dǎo)電碳化硅粉或石墨粉制成的導(dǎo)電膠、導(dǎo)電涂料或?qū)щ姖{料，直接涂制在電熱膜表面上或涂制在電熱膜與絕緣底層之間，也可以作為導(dǎo)電電極。
根據(jù)需要，通過改變電熱膜電阻和電極設(shè)計，可以制成適用于高壓或低壓、直流或交流各種供電電源的電熱產(chǎn)品。
本發(fā)明所介紹的電極結(jié)構(gòu)和制備工藝同樣可適用于氧化錫電熱膜、氧化銦電熱膜、銦錫氧化物電熱膜以及其他各種類型的電熱膜。
絕緣底層由中間體加絕緣填料所組成，電熱膜由中間體加導(dǎo)電填料所組成。絕緣底層和電熱膜中的中間體是一種由多種氧化物所組成的復(fù)合材料。中間體的組成分為三類(1)氧化硼-氧化鉛-氧化鋅類，其組分配比(重量%)為氧化硼12%～20%，氧化鉛40%～75%，氧化鋅5%～21%;(2)氧化硼-氧化鉛-氧化硅類，其組分配比為氧化硼10%～25%，氧化鉛50%～85%，氧化硅3%～10%;(3)氧化硼-氧化鉛-氧化鋅-氧化硅類，其組分配比為氧化硼10%～13%，氧化鉛50%～75%，氧化鋅15%～24%，氧化硅4%～6%。中間體的制備工藝是配料、混料、焙燒、粗粉碎、球磨、過篩。中間體制備工藝的具體要求是按給定的配比稱量要準(zhǔn)確，混料要均勻，原料顆粒較粗時，應(yīng)先經(jīng)機(jī)械粉碎並過80目篩，再充分混合均勻。焙燒中間體可以用陶瓷、高鋁、鋼玉或粘土坩鍋。焙燒溫度為800℃～1300℃，焙燒時間可控制在10分鐘至120分鐘范圍內(nèi)。中間體的焙燒可在普通工業(yè)馬福爐中進(jìn)行。焙燒好的中間體出料前呈清徹透亮的流體狀。出料並冷卻的中間體較脆，很易于機(jī)械粉碎。中間體的球磨可采用干磨和濕磨兩種方法，經(jīng)球磨后的中間體必須過250目或300目篩以去除較粗的顆粒。制備好的中間體是一種干燥的粉末狀固體材料。
中間體內(nèi)可添加少量氧化鈷、氧化鋁、氧化銅、氧化鐵、氧化錫或氧化硒，其加入量為1%～5%。也可以加入適量堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物或稀土元素氧化物，其加入量為1%～8%。中間體的原材料可以是相應(yīng)的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、硅酸、硅酸鹽、硼酸及硼酸鹽。實用的一組中間體工藝配方如下配方(1)，氧化硼14.2%，氧化鉛76.4%，氧化硅9.4%，焙燒溫度為1100℃，焙燒時間為30分鐘。配方(2)，氧化硼20%，氧化鉛70%，氧化鋅5%，氧化鈷2%，氧化鋁3%，焙燒溫度為900℃，焙燒時間為1小時。配方(3)，氧化硼20%，氧化鉛75%，氧化硅3%，氧化銅2%，焙燒溫度為1150℃，焙燒時間為45分鐘。配方(4)氧化硼24%，氧化鋁4%，氧化鉛72%，焙燒溫度為1000℃，焙燒時間為40分鐘。配方(5)，氧化硼24%，氧化鋁4%，氧化鉛72%，焙燒溫度為1000℃，焙燒時間45分鐘。配方(6)，氧化鉛77.8%，氧化硅5.5%，氧化硼16.7%，焙燒溫度為1000℃，焙燒時間為30～45分鐘。配方(7)，氧化硼16%，氧化鋅21%，氧化鉛63%，焙燒溫度為1100℃，焙燒時間為1小時。
絕緣底層由中間體加絕緣填料所組成?？刹捎玫慕^緣填料有云母粉、氧化鎂、氧化鈦、氧化硅和氧化鋁?？梢灾挥闷渲幸环N或任選其中幾種按任意比例混合均勻后使用。絕緣填料須經(jīng)球磨，並過250目或300目細(xì)篩。中間體與絕緣填料的重量配比范圍是1∶1至5∶1。稱取配比量的絕緣填料和中間體后，應(yīng)先將其混合均勻，加入稀釋劑，調(diào)成粘度適當(dāng)?shù)耐苛?，再用來涂制絕緣底層。制備絕緣底層的目的是為了提高底材的絕緣耐壓性能。絕緣底層可以是單層，也可以重復(fù)制備多層。凡是絕緣性能已達(dá)到電器產(chǎn)品設(shè)計要求的底材，都可以省去絕緣底層。
電熱膜由中間體加導(dǎo)電填料所組成。可采用的導(dǎo)電填料有石墨粉，二硅化鉬粉和碳化硅粉?？梢灾挥闷渲幸环N，也可以混合使用。導(dǎo)電填料的顆粒直徑范圍為4μ～40μ。中間體與導(dǎo)電填料的重量配比范圍為1∶1至5∶1。將中間體和導(dǎo)電填料稱準(zhǔn)混勻，加入稀釋劑調(diào)整好粘度，即可用來涂制電熱膜。根據(jù)對膜電阻的具體要求，電熱膜可以制備單層，也可以重復(fù)制備多層。
在烘干和燒結(jié)過程中，電熱膜和絕緣底層中的稀釋劑已完全揮發(fā)干凈。所以，在選擇稀釋劑時，主要是從施工工藝的要求出發(fā)來決定所選擇的稀釋劑。可采用的稀釋劑有甘油、丙二醇、二丁酯、松節(jié)油、樟腦油、松油醇、食用油、潤滑油和水?？梢匀芜x其中一種，也可以混合使用。稀釋劑加入量為20%～70%。
本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，根據(jù)不同需要可將底材加工成任意形狀，如曲面、平面等等?？杉庸こ呻姛崞髅?，如電熱杯、電熱開水瓶、電熱飲水桶、電火鍋、電飯煲、電熱盆、電熱飯盒、電熱咖啡壺等等;也可以加工成電熱器具，如電熱淋浴器、電暖器、電熱風(fēng)機(jī)、電手爐、電腳爐、電熱床、電熱恒溫箱、電熨斗、電熱干衣機(jī)、電熱醫(yī)療器具、電熱玻璃儀器等等;也可以加工成各種電熱元件，如電熱薄膜條帶、電熱片、電熱管、電熱板等等。應(yīng)用本發(fā)明所形成的電加熱產(chǎn)品，可以對電發(fā)熱體施加任何形式的防觸電安全保護(hù)措施，如蓋板、底座、外殼、套筒或涂制防觸電安全保護(hù)涂層。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出優(yōu)點是電發(fā)熱體制備工藝簡單，原材料來源充足，成本低廉，電發(fā)熱體和被加熱體可復(fù)合成一體，被加熱器皿本身就是電熱膜的絕緣載體，因而可省去電爐盤，云母片、石棉板及其他耐高溫絕緣輔助材料。電熱膜所發(fā)出的熱量以熱傳導(dǎo)方式直接為被加熱體所吸收，傳熱快，加熱均勻，熱效率高，使用壽命長，節(jié)能效果顯著(以電熱開水器為例，其熱效率可達(dá)85%，使用壽命為2000～5000小時)。
本發(fā)明在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防和科研等方面也有著廣泛的應(yīng)用前景?？捎糜卺t(yī)藥、木材加工、食品、造紙、紡織、印染等行業(yè)的低溫烘干;可用于化工液料的加熱;可用于各種管道，儲罐的保溫防凍;可用于建筑行業(yè)的保溫采暖;可用于交通運輸車輛窗玻璃的防霜。隨著本發(fā)明的廣泛應(yīng)用，必然會在越來越多的電加熱領(lǐng)域內(nèi)，取代傳統(tǒng)的電熱絲。
附圖(1)(本發(fā)明原理示意圖)1-底材(玻璃或陶瓷)，2-銀導(dǎo)電涂料電極，3-電熱膜。
附圖(2)(本發(fā)明原理示意圖)4-電熱膜，5-銅網(wǎng)粘結(jié)式電極，6-底材(玻璃或陶瓷)。
附圖(3)(本發(fā)明原理示意圖)7-絕緣底層，8-電熱膜，9-銀導(dǎo)電涂料電極，10-底材(搪瓷或經(jīng)絕緣預(yù)處理的金屬)。
附圖(4)(本發(fā)明原理示意圖)11-底材(搪瓷或經(jīng)絕緣預(yù)處理的金屬)，12-電熱膜，13-銅網(wǎng)粘結(jié)式電極，14-絕緣底層。
附圖(5)(電熱器皿示意圖)15-器皿體(玻璃或陶瓷)，16-電熱膜，17-銅網(wǎng)粘結(jié)式電極。
附圖(6)(電熱元件-電熱板示意圖)18-底材(搪瓷或經(jīng)絕緣預(yù)處理的金屬)，19-電極，20-電熱膜，21-絕緣底層。
實施例一選用或加工成所需形狀的玻璃器皿，在需要電加熱的部位制備電熱膜，其配比為2.5份中間體加1份導(dǎo)電填料，用甘油調(diào)成漿料，用80目絲網(wǎng)印制電熱膜，然后，在150℃下烘干15分鐘，于530℃下燒結(jié)15分鐘。采用金屬壓接觸式電極，即完成了玻璃器皿電發(fā)熱體的制備。
實施例二選用或加工成所需形狀的搪瓷器皿，在需要制備電熱膜的部位先制備絕緣底層，其配比為2.5份中間體加1份絕緣填料，用潤滑油調(diào)成可刷涂的涂料，均勻涂制后，于100℃下先預(yù)烘10分鐘，200℃下再烘10分鐘，然后在600℃下燒結(jié)10分鐘，冷卻后檢測絕緣性能?？芍貜?fù)制備絕緣底層直到滿足預(yù)定絕緣要求為止。(絕緣性能可以達(dá)到要求的搪瓷器皿可不制備絕緣底層，直接制備電熱膜)然后，在絕緣底層上面制備電熱膜。電熱膜的配比為1.5份中間體加1份導(dǎo)電填料，用松油醇調(diào)勻后，噴涂電熱膜。于150℃下烘干15分鐘，于500℃下再燒結(jié)20分鐘，用金屬導(dǎo)電膠涂制電極后，即完成了搪瓷器皿電發(fā)熱體的制備。
實施例三選用或加工成所需形狀的陶瓷器皿，在需要電加熱的部位制備電熱膜，其配比為2份中間體加1份導(dǎo)電填料，用水調(diào)成漿料，用100目絲網(wǎng)印制電熱膜后，于150℃下烘10分鐘，于550℃下再燒結(jié)10分鐘，用導(dǎo)電膠粘結(jié)40目銅網(wǎng)作為電極，即完成了陶瓷器皿電發(fā)熱體的制備。
權(quán)利要求
1.一種新型電發(fā)熱體，其特征在于由底材、單層或多層絕緣底層、單層或多層電熱膜和導(dǎo)電電極所構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是底材的材質(zhì)是玻璃、陶瓷、搪瓷、經(jīng)絕緣預(yù)處理過的金屬或合金、石棉、高鋁、硅酸鋁、云母或者是其他耐溫絕緣的有機(jī)或無機(jī)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是絕緣底層可直接刷涂、刮涂、噴涂、浸涂、滾涂、注射器注涂、壓印、轉(zhuǎn)印或絲網(wǎng)印刷在底材表面上，經(jīng)烘干和燒結(jié)而形成緻密的電絕緣層，烘干溫度為100℃～200℃，烘干時間為10分鐘～30分鐘，燒結(jié)溫度為400℃～800℃，燒結(jié)時間為5分鐘～30分鐘，絕緣底層的厚度為0.05毫米～0.75毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是電熱膜可直接刷涂、刮涂、噴涂、浸涂、滾涂、注射器注涂、壓印、轉(zhuǎn)印或絲網(wǎng)印刷在絕緣底層或絕緣底材上面，電熱膜可以是單層或多層，其厚度為0.02毫米～0.75毫米，電熱膜的烘干溫度為100℃～200℃，烘干時間為10分鐘～30分鐘，燒結(jié)溫度為350℃～650℃，燒結(jié)時間為5分鐘～30分鐘，電熱膜的功率密度范圍為0.10瓦/厘米2～20瓦/厘米2。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是導(dǎo)電電極由金屬材料、合金材料、石墨、二硅化鉬、碳化硅或其他導(dǎo)電材料制成的片狀、塊狀或條帶狀電極采用壓接觸方式與電熱膜連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是導(dǎo)電電極使用箔材、線材或網(wǎng)材，其材質(zhì)是銅、鎳、銀或合金材料，導(dǎo)電電極用導(dǎo)電粘結(jié)劑直接粘結(jié)在電熱膜上。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是用銀粉、銅粉、鎳粉、二硅化鉬粉、不銹鋼粉、導(dǎo)電碳化硅粉或石墨粉制成的導(dǎo)電膠、導(dǎo)電涂料或?qū)щ姖{料，直接涂制在電熱膜表面上，或涂制在電熱膜與絕緣底層之間作為導(dǎo)電電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是導(dǎo)電電極的結(jié)構(gòu)和制備工藝同樣適用于氧化錫電熱膜、氧化銦電熱膜、銦錫氧化物電熱膜或其他各種類型的電熱膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是絕緣底層由中間體加絕緣填料所組成，電熱膜由中間體加導(dǎo)電填料所組成，中間體的組成分為三類，(1)氧化硼-氧化鉛-氧化鋅類，其組分配比(重量%)為氧化硼12%～20%，氧化鉛40%～75%，氧化鋅5%～21%。(2)氧化硼-氧化鉛-氧化硅類，其組分配比為氧化硼10%～25%，氧化鉛50%～85%，氧化硅3%～10%。(3)氧化硼-氧化鉛-氧化鋅-氧化硅類，其組分配比為氧化硼10%～13%，氧化鉛50%～75%，氧化鋅15%～24%，氧化硅4%～6%。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是中間體內(nèi)可添加氧化鈷、氧化鋁、氧化銅、氧化鐵、氧化錫或氧化硒，其加入量為1%～5%，還可加入堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、或稀土元素氧化物，其加入量為1%～8%，中間體的原材料可以是相應(yīng)的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、硅酸、硅酸鹽、硼酸或硼酸鹽。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是中間體的制備工藝為配料、混料、焙燒、球磨、過篩，焙燒溫度為800℃～1300℃，焙燒時間為10分鐘～120分鐘。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是絕緣底層由中間體加絕緣填料所組成，可采用的絕緣填料有氧化鎂、氧化硅、氧化鈦、云母粉、氧化鋁，可以只用其中一種或混合使用，中間體與絕緣填料的重量配比范圍是1∶1至5∶1。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是電熱膜由中間體加導(dǎo)電填料所組成，可采用的導(dǎo)電填料有二硅化鉬、碳化硅和石墨，導(dǎo)電填料的顆粒直徑范圍是4μ～40μ，可以只用其中一種或混合使用，中間體與導(dǎo)電填料的重量配比范圍是1∶1至5∶1。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電發(fā)熱體，其特征是必須使用稀釋劑將中間體和導(dǎo)電填料或絕緣填料調(diào)成粘度適當(dāng)?shù)耐苛匣驖{料，再行施工，可使用的稀釋劑有甘油、丙二醇、二丁酯、松節(jié)油、樟腦油、松油醇、食用油、潤滑油或水，可以只用其中一種，也可以混合使用，稀釋劑的加入量為20%～70%。
專利摘要
一種新型電發(fā)熱體，由底材、單層或多層絕緣底層、單層或多層電熱膜和導(dǎo)電電極所組成。絕緣底層是由多種氧化物所組成的復(fù)合材料。電熱膜主要由石墨、二硅化鉬、碳化硅和多種氧化物所組成。導(dǎo)電電極與電熱膜的連接可采用粘結(jié)或壓接觸工藝。絕緣底層和電熱膜可采用刷涂、刮涂、噴涂、浸涂、滾涂、注射器注涂、壓印、轉(zhuǎn)印或絲網(wǎng)印刷工藝來制備。本發(fā)明可廣泛用于電加熱器皿、電加熱器具和各種形式的電加熱元件。
文檔編號H05B3/00GK87103537SQ87103537
公開日1988年12月7日 申請日期1987年5月16日
發(fā)明者尹維平, 莫春東, 陸龍波, 黃涵芬, 林德偉, 于地, 于元, 王福永, 劉娟, 楊萬泉 申請人:北京市太陽能研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan