CN101277555A - 基于搪瓷板的印刷电热膜加热体及其制备技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于搪瓷板的印刷电热膜加热体及其制备技术，加热体由搪瓷板、介质层(3)、电阻层(4)、电极层(5)和电热膜表面的覆盖层(6)组成，搪瓷板由钢板(1)及其表面的搪瓷层(2)组成，介质层(3)、电阻层(4)、电极层(5)和覆盖层(6)分别由介质浆料、电阻浆料、电极浆料和介质浆料印制、烘干、烧结而成，介质浆料由玻璃粉和有机粘结剂轧制，电阻浆料由玻璃粉、超细银粉、超细钯粉与电阻粘结剂轧制，电极浆料由玻璃粉、超细银粉、片状银粉和电阻粘结剂轧制，玻璃粉由氧化铋、氧化硅、氧化硼、氧化铝、氧化锌组成。该加热体具有成本低、加热、升温速度快、热效率高和机械强度高等诸多优点。
Description
技术领域：
本发明涉及基于搪瓷板的印刷电热膜加热体及其制备技术，即采用丝网印刷工艺将介质浆料、电阻浆料和电极浆料等印刷在搪瓷板的瓷釉上形成电热膜图案，并烧结固化形成可通电发热的加热体。本发明还涉及适用于搪瓷板的介质浆料、电阻浆料和电极浆料的成分配方及制备技术，电热膜的层间结构设计和制备技术。
背景技术：
电热膜是电热元件中的一个重要门类，是一种最近几年快速发展的新型电热元件，可应用于几乎所有的中低温电加热领域，尤其是在家用电热器具中应用前景广阔。
电热膜从外观上来分，有透明电热膜和不透明电热膜；从材料体系上来分，有有机电热膜和无机电热膜；有机电热膜的构成又有聚合物电热膜和添加型电热膜。目前实际应用较多的是在成膜物质中添加炭黑、石墨或二者混合使用，制膜的工艺以涂覆和丝网印刷为常用。无机膜中以透明的二氧化锡电热膜为代表，成膜工艺有热喷、气相沉积和溅射法等。以超细电热合金粉末为基料的无机电热膜可采用丝网印刷工艺制膜。陶瓷电热膜是将导电物如金属细粉或碳粉加入陶瓷或玻璃料中，经烘干烧结成膜。还有一种被称为陶瓷钢的厚膜电热材料是用薄型电热合金钢片经过涂敷珐琅于高温下烧结而成。大多数电热膜的成膜和使用需要载体，应用较多的载体材料是玻璃、陶瓷和云母等，近年，不锈钢基板的电热膜发展迅速，应用领域不断扩大。
电热膜具有许多优越性能，如：面状发热，热效率高；无明火，安全；加热均匀性好；耐腐蚀性好；升温速度快；多数电热膜具有自限温特性等。
但是，传统的电热膜基板材料多为玻璃、陶瓷等脆性材料，安装困难；基板材料热导率低，故功率密度较小；膜层导电组分电阻率较高，为降低电阻层的电阻以提高功率，不得不增加厚度或增大面积，由于其脆性本质，难以承受热冲击易导致元件早期失效。不锈钢基板的电热膜材料成本高，需要加工绝缘层导致加工困难，阻碍了这类电热膜推广应用。
发明内容：
本发明的目的在于提出一种基于搪瓷板的印刷电热膜加热体及其制备技术。
本发明所要解决的技术问题是根据对加热体使用性能要求确定的，选用符合绝缘要求的搪瓷板；设计制备与所选用搪瓷板有较高结合强度的介质浆料、电阻浆料和电极浆料；设计制备电热膜的层间结构。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案：
1.选用搪瓷板作为电热膜加热体的基板材料，搪瓷板的搪瓷层是电热膜的绝缘层。
2.介质浆料由玻璃粉与有机粘结剂轧制而成，玻璃粉由氧化铋(Bi2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化硼(B2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)组成，其组分质量配比为：50％～80％的氧化铋、5％～15％的氧化硅、1％～5％的氧化硼、2％～8％的氧化铝、5％～15％的氧化锌。
介质浆料和介质层的制备工艺为：
(1)制备玻璃粉：按质量配比选取50％～80％的氧化铋、5％～15％的氧化硅、1％～5％的氧化硼、2％～8％的氧化铝、5％～15％的氧化锌，混合均匀后熔炼水淬，熔炼温度为1200～1600℃，水淬物经球磨得到平均粒径为1～10μm的玻璃粉。
(2)调制介质浆料：将玻璃粉与有机粘结剂按质量配比(70％～90％)∶(10％～30％)的比例置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，然后经真空脱泡处理制得可用于丝网印刷的介质浆料。
(3)在搪瓷板上制备介质层：在清洁的搪瓷板表面丝网印刷介质浆料，在真空容器中流平，经烘干、烧结等工艺制得致密的介质层。
3.电阻浆料由玻璃粉、超细银粉、超细钯粉和电阻粘结剂轧制而成，玻璃粉同介质浆料中玻璃组分。
电阻浆料和电阻层的制备工艺为：
(1)调制电阻浆料：将玻璃粉、超细银粉、超细钯粉与电阻粘结剂按质量配比(35％～45％)∶(30％～40％)∶(0.5％～3％)∶(20％～30％)的比例置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，然后经真空脱泡处理制得可用于丝网印刷的电阻浆料。
(2)在已制备有介质层的搪瓷板表面制备电阻层：丝网印刷电阻浆料，在真空容器中流平，经烘干、烧结等工艺制得致密的电阻层。
4.电极浆料由玻璃粉、超细银粉、片状银粉和电阻粘结剂轧制而成，玻璃粉同介质浆料中玻璃组分。
电极浆料和电极层的制备工艺为：
(1)调制电极浆料：将玻璃粉、超细银粉、片状银粉和电阻粘结剂按质量配比(2％～8％)∶(40％～50％)∶(20％～30％)∶(20％～30％)的比例置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，然后经真空脱泡处理制得可用于丝网印刷的电极浆料。
(2)在已制备有介质层的搪瓷板表面制备电极层：丝网印刷电极浆料，在真空容器中流平，经烘干、烧结等工艺制得致密的电极层。
5.基于搪瓷板的印刷电热膜加热体由搪瓷板、介质层(3)、电阻层(4)、电极层(5)和电热膜表面的覆盖层(6)组成，搪瓷板由钢板(1)及其表面的搪瓷层(2)组成。电热膜的层间结构如图2所示，整个电热膜加热体制备工艺为：在钢板(1)的两个表面上加工好搪瓷层(2)；把介质浆料印制于搪瓷板的搪瓷层(2)上，经烘干、烧结等工艺制得致密的介质层(3)；把电极浆料印制于搪瓷板的介质层(3)上，经烘干、烧结等工艺制得致密的电极层(5)；把电阻浆料印制于搪瓷板的介质层(3)上，经烘干、烧结等工艺制得致密的电阻层(4)；最后把介质浆料印制于搪瓷板的电阻层(4)上，经烘干、烧结等工艺制得致密的覆盖层(6)。
本发明的主要优点在于：基于搪瓷板的印刷电热膜加热体是一种全新的电热元件，它具有许多独特的性能，与传统的电热元件相比，它具有以下几个特点：
1.选用搪瓷钢板和搪瓷工艺，使成本最低化。
2.加热体由薄钢板和很薄的电热膜组成，热容量小，加热和升温速度快。
3.各层材料间互相浸润和反应，具有很好的结合力，机械强度高，抗振动，抗热冲击能力强。
4.安全性能好，耐击穿电压大于1500V/1min(50Hz或60Hz交流电)，满足通用电器安全规范要求。
5.长寿命，无功率衰减。传统电热元件使用寿命一般不超过3000小时，而本加热体的使用寿命可达5000小时以上。
6.节能环保。与传统电热元件(如电热管、电炉等)相比，节能达10～30％；材料配方中没有有害物质，制备与加工过程中不会产生有害物质。
这些特点可使家电及工业电器小型化和轻量化，并且具有显著的节能效果；此外该加热体安装方便且能在恶劣的环境下使用，因此可广泛应用于家电和工业电器。
附图说明：
图1为圆形加热体的电热膜各层布置图；图2为圆形加热体的电热膜各层间的结构剖视图；图3为长方形加热体电热膜各层布置图；图4为长方形加热体电热膜各层间的结构剖视图。
图中：1-钢板，2-搪瓷层，3-介质层，4-电阻层，5-电极层，6-覆盖层。
具体实施方式：
选用0.8mm厚度搪瓷钢板，尺寸为550mm×310mm，加工工艺孔后，在其两面喷涂搪瓷釉料，然后在850-900℃的温度下烧结，形成搪瓷板。
制备玻璃粉：按质量配比选取68％氧化铋、14％氧化硅、4％氧化硼、1％氧化铝和13％氧化锌，混合均匀后熔炼水淬，熔炼温度为1500℃，水淬物经球磨得到平均粒径为3μm的玻璃粉。
调制介质浆料：将玻璃粉与有机粘结剂按质量配比80％∶20％的比例置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，然后经真空脱泡处理制得可用于丝网印刷的介质浆料。
调制电阻浆料：将玻璃粉、超细银粉、超细钯粉与电阻粘结剂按质量配比36％∶39％∶3％∶22％的比例置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，然后经真空脱泡处理制得可用于丝网印刷的电阻浆料。
调制电极浆料：将玻璃粉、超细银粉、片状银粉和电阻粘结剂按质量配比3％∶48％∶24％∶25％的比例置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，然后经真空脱泡处理制得可用于丝网印刷的电极浆料。
按加热体的规格230V1500W设计电阻层轨迹图案，然后设计出相应的介质层、电极层和覆盖层的图案，并制成印刷丝网。然后进行电热膜的具体制作，首先把介质浆料印刷于搪瓷板的搪瓷层(2)上，经150℃烘干、750℃烧结后制得致密的介质层(3)；把电极浆料印刷于搪瓷板的介质层(3)上，经150℃烘干、750℃烧结后制得致密的电极层(5)；把电阻浆料印刷于搪瓷板的介质层(3)上，经150℃烘干、750℃烧结后制得致密的电阻层(4)；最后把介质浆料印刷于搪瓷板的电阻层(4)上，经150℃烘干、750℃烧结后制得致密的覆盖层(6)。
Claims (5)
1. 一种基于搪瓷板的印刷电热膜加热体，其基本构成通常为一搪瓷板，一涂敷烧结于搪瓷板表面的介质层以及涂敷烧结于介质层上的电阻层和电极层，一涂敷烧结于电阻层上的覆盖层，其特征在于：基于搪瓷板的印刷电热膜加热体由搪瓷板、介质层(3)、电阻层(4)、电极层(5)和覆盖层(6)组成，搪瓷板由钢板(1)及其表面的搪瓷层(2)组成。
2. 根据权利要求1所述的基于搪瓷板的印刷电热膜加热体，其特征是：介质层由介质浆料烧结而成，介质浆料由玻璃粉和有机粘结剂按质量配比(70％～90％)∶(10％～30％)的比例轧制而成，玻璃粉由氧化铋(Bi2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化硼(B2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)组成，其组分质量配比为：50％～80％的氧化铋、5％～15％的氧化硅、1％～5％的氧化硼、2％～8％的氧化铝、5％～15％的氧化锌。
3. 根据权利要求1所述的基于搪瓷板的印刷电热膜加热体，其特征是：电阻层由电阻浆料烧结而成，电阻浆料由玻璃粉、超细银粉、超细钯粉和电阻粘结剂按质量配比(35％～45％)∶(30％～40％)∶(0.5％～3％)∶(20％～30％)的比例轧制而成，玻璃粉同介质浆料中玻璃组分。
4. 根据权利要求1所述的基于搪瓷板的印刷电热膜加热体，其特征是：电极层由电极浆料烧结而成，电极浆料由玻璃粉、超细银粉、片状银粉和电阻粘结剂按质量配比(2％～8％)∶(40％～50％)∶(20％～30％)∶(20％～30％)的比例轧制而成，玻璃粉同介质浆料中玻璃组分。
5. 根据权利要求1所述的基于搪瓷板的印刷电热膜加热体，其特征是：覆盖层由介质浆料烧结而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081001 |