CN102158993A - 高温铝合金基稀土厚膜电路电热元件及其制备技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件及其制备技术，包括基片、系列电子浆料、系列电子浆料制备在基片上，所述系列电子浆料包括封装浆料、稀土电极浆料，稀土介质浆料、系列稀土电子浆料均由功能相、无机粘接相、有机溶剂载体三部分组成。并以厚膜电路的形式制备在铝合金基板上。系列电子浆料还包括系列稀土电阻浆料，同时还公开了铝合金基板、包封浆料、稀土电阻浆料、稀土电极浆料、稀土介质浆料的配方。本发明具有以下优点：高速传热、散热，加热温度场均匀可控、相容性好、结合牢靠，功率密度大，抗热冲击能力强，具有高温远红外功能、绿色、环保、节能、低碳安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电加热技术领域，更具体的说是涉及一种用途广泛的高效稀土厚膜电路电热元件及其制备技术。
背景技术
在我国确立的可持续发展战略中，涉及到的两个重要方面是，新型能源、环境保护和提高能量利用率，改善能量结构。在电加热领域中，新型的加热元件要求体积要小，功率要大，表面热负荷要大，热效率要高，热启动要快，温度场要均匀，导热性能优良、抗热冲击能力要强，易于加工，绿色、低碳环保、安全可靠。能满足上述要求的唯有厚膜电路电热元件，目前这种电热元件国内外都处于初期开发、使用阶段。美国ELS公司基于不锈钢基板的厚膜电路电热元件，所用电子浆料存在着品种单一、热性能差、成本高和基板导热系数较低等问题。新加坡赛雅公司公布的电子浆料非发热领域专用，电性能、热性能及可靠性都欠考验。不锈钢基板随机械性能良好，但热导率低，和铝材结合使用时热阻问题影响寿命和可靠性。更要紧的是国内一些企业把用于集成电路和微电子行业的电子浆料直接用于发热元件，造成一些产品的质量问题。
为弥补不锈钢热导率低应用范围受限制问题，二十世纪初，在阳极化铝板上制备厚膜电路用于太阳能电池、LED基板，用于直流低电压，获得成功。由于功率小、热性能、绝缘性能差、不安全等问题，无法用于电热元件。研制一种韧性好，高强度、大规格的用于工业、家用电器、军事工业的大功率铝合金基板厚膜电路电热元件还存在如下问题：
1、提高铝基板的耐热性能；
2、铝合金基板专用系列电子浆料；
3、提高完善铝合金基板厚膜电路电热元件制备工艺技术。
目前，应用于铝合金基板的稀土厚膜电路电热元件、尤其是专业用于铝合金基板系统的电子浆料，国内外尚未见报道。而中国专利公开号：CN101364454A，CN101740160A公布的电阻浆料、介质浆料仅适合于集成电路模块、太阳能电池和LED基板。
铝合金基板具有的密度小、高导热性，以及优良的冷、热加工成型性能和韧性，广泛应用于电路模块做散热材料。其实，经改革后，尤其提高介电性能后，它更适用于作厚膜电路主动电热元件，应用于家用电器、工业、农业、新型能源乃至军事工业。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种不仅成本低、热效率高、温度场均匀、热性能优良、韧性好，高强度、大规格、易成型，适用于平面制备，而且适用于曲面加工的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件。
本发明的另一目的是提供一种基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，尤其是提供一种专业用于铝合金基板系统的稀土厚膜电路用稀土电子浆料的制备工艺方法。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，包括基片、系列稀土电子浆料，其特征在于，所述基片采用铝合金基板，系列稀土电子浆料以厚膜电路的形式制备在铝合金基板上，系列稀土电子浆料含包封浆料、稀土电阻浆料、稀土电极浆料、稀土介质浆料，该系列稀土电子浆料均由功能相、无机粘接相、有机溶剂载体三部分组成。
作为上述方案的进一步说明，所述铝合金基板表面上制备有绝缘性能的介质厚膜，稀土电阻浆料、稀土电极浆料以厚膜电路的形式制备在介质膜上；所述铝合金含基板成分中(按重量百分比算)含有镁2-7％，钕、钪稀土氧化物1.5～2.5％。
所述稀土介质浆料包括微晶玻璃粉、无机粘接相有机溶剂载体，各原料重量配比为：微晶玻璃粉70-85％、无机粘接相有机溶剂载体15-30％；微晶玻璃粉由SiO2、Na2O、B2O3、K2O、BaO、CaO、Co2O3、TiO2、P2O5、V2O5、Sb2O3、Cr2O3及稀土氧化物组成，各原料重量配比为SiO2 20-55％，Na2O 0-20％，B2O3 0-20％，K2O 0-20％，BaO 1-10％，CaO 0-5％，Co2O3 0-5％，TiO2 3-27％，P2O50-5％，V2O5 0-10％，Sb2O3 0-5％，Cr2O3 0-5％；无机粘接相有机溶剂载体为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、1.4-丁内酯、硝基纤维素、乙基纤维素、氢化蓖麻油、卵磷脂，各原料重量配比为：松油醇0-85％，丁基卡必醇醋酸酯0-85％，柠檬酸三丁酯0-20％，1.4-丁内酯2-20％，硝基纤维素0.1-5％，乙基纤维素0-3％，氢化蓖麻油1-6％，氢化蓖麻油0.1-5％，卵磷脂0.1-5％。
所述稀土介质浆料中的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇；根据不同功率、不同温度厚膜电路电热元件对电性能、热性能、绝缘性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
所述稀土电阻浆料由微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相有机溶剂载体和稀土氧化物组成，微晶玻璃粉、微细铝粉与无机粘接相有机溶剂载体的重量比为(50-75％)∶(25-50％)，其中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为(55-80％)∶(20-45％)；所述的微晶玻璃粉为P2O5、ZnO、K2O、B2O3、SnO2系低熔点微晶玻璃，重量比依次为：P2O5 35-55％、ZnO 35-50％、K2O 5-10％、B2O3 0-10％、SnO2 0-10％、SiO2 0-5％、Li2O 0-2％、Al2O3 2-5％、CuO 0-1.5％；所述的微细铝粉粒度为：3-5mm；所述的无机粘接相有机溶剂载体重量比为：松油醇75-98％，柠檬酸三丁酯0-15％，乙基纤维素0.5-5％，硝基纤维素0-2％，氢化蓖麻油0.1-5％，卵磷脂0.1-5％。
所述稀土电阻浆料中的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇；根据不同功率、不同温度厚膜电路电热元件对电性能、热性能、绝缘性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
所述稀土电极浆料是由固相成分和有机溶剂载体及稀土氧化物组成，重量比为：(70～90％)∶(10～30％)；所述固相成分中含银铝钇复合粉与微晶玻璃粉的重量比为：(99.4～94％)∶(0.6～6％)；银铝钇复合粉中铝粉、银粉与钇粉的粒径小于2μm；铝粉、银粉与钇粉的重量比为：(0.6～10％)∶(82～99％)∶(0.4～8％)。
所述微晶玻璃为P2O5、ZnO、K2O、B2O3、SnO2系低熔点微晶玻璃，重量比依次为：P2O5 35-55％、ZnO 35-50％、K2O 5-10％、B2O3 0-10％、SnO2 0-10％、SiO2 0-5％、Li2O 0-2％、Al2O3 2-5％、CuO 0-1.5％。
所述稀土电极浆料的有机溶剂载体各组分重量配比为：松油醇60～98％、柠檬酸三丁酯10～30％、乙基纤维素2～10％、硝基纤维素1～5％、氢化篦麻油0.1～5％、卵磷脂0.1～5％。
稀土电极浆料的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇，根据不同功率、不同温度、不同方阻的厚膜电路电热元件对导电性能、热性能、化学性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
一种基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，其特征在于，它包括如下步骤：
1、制备含包封浆料、稀土电阻浆料、稀土电极浆料和稀土介质浆料的系列稀土电子浆料，并选取铝合金基板经阳极化处理后备用；
2、在铝合金基板表面上用稀土介质浆料制备具有绝缘性能的介质厚膜，该膜层厚度大于60μm，稀土电阻浆料、稀土电极浆料以厚膜电路的形式制备在介质膜上，最后在厚膜电路和介质膜上制备包封浆料，其工艺流程包括A.高温铝合金基板→B.光绘制版→C.钢网印刷→D.烘干烧结→E.检验包装。
在所述烧结工艺过程中，升、降温速率50-70℃/min，峰值温度为500-700℃。
在所述工艺步骤1中，先要制备微细铝粉和微晶玻璃粉、无机粘接相有机溶剂载体，微细铝粉制备过程中，将选择好的金属铝熔融，置于全封闭的高速盘式雾化器中，熔融金属过热至250摄氏度，在惰性气体保护下，急速冷却，速率为105～107K/S，雾化制粉；雾化的铝粉从容器上部输送至旋风分离器，一次分离后送往带过滤网的喷淋塔进行气固分离，干燥后得到平均粒度为3～5μm的微细铝粉；微晶玻璃粉制备过程中，将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800～1200摄氏度，峰值保温1～5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣至于行星型球磨机中研磨2～4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃微粉；无机粘接相有机溶剂载体的制备过程中，所述有机溶剂载体的配置是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80～100℃的水中溶解数小时，调整增稠剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150～280mPas的范围内即可。
所述稀土电阻浆料的制备过程中，是将配比好的微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相、有机载体和稀土氧化物置于高效混合研磨机研磨一小时得到稀土电阻浆料。
所述稀土电极浆料的制备过程中，是将配比好的银铝钇复合粉、微晶玻璃粉无机粘接相、有机载体和稀土氧化物置于高效混合研磨机研磨一小时得到稀土电极浆料。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
1、本发明基于铝合金基板的稀土厚膜电路电热元件不仅成本低、热效率高、温度场均匀、热性能优良、韧性好，高强度、大规格、易成型，不仅适用于平面制备，而且适用于曲面加工，绿色低碳环保、安全可靠，具有高温远红外功能。
2、铝合金含基板成份中应含有2-7％重量的镁，1.5～2.5％重量的稀土钕、钪等稀土金属，目的是提高铝合金的高温性能、机械性能、气密性和耐腐蚀性；钪对铝合金具有非常神奇的合金化作用，在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化，加入0.2％～0.4％Sc可使合金的再结晶温度提高150～2000C，钪的熔点(1540℃)远比铝的熔点(660℃)高，钪的密度(3.0g/cm2)则与铝的密度(2.7g/cm3)相近，通过添加微量钪等稀土元素，开发出新一代系列铝合金材料，如超高强高韧铝合金、新型高温铝合金、且高温强度、结构稳定性、抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。
附图说明
图1为发明的结构示意图。
附图标记说明：1、介质层2、电阻层3、导体层
具体实施方式
如图1所示，本发明一种基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，包括基片、系列稀土电子浆料，基片采用铝合金基板，系列稀土电子浆料以厚膜电路的形式制备在铝合金基板上，由外向内依次设置为介质层1、电阻层2和导体层3。其中，系列稀土电子浆料均由功能相、无机粘接相、有机溶剂载体三部分组成。铝合金基板表面上制备有绝缘性能的介质厚膜，稀土电阻浆料、稀土电极浆料以厚膜电路的形式制备在介质膜上。铝合金含基板成分中含有2-7％重量的镁，1.5～2.5％重量的钕、钪稀土氧化物，目的是提高铝合金的高温性能、机械性能、气密性和耐腐蚀性。钪对铝合金具有非常神奇的合金化作用，在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2％～0.4％Sc可使合金的再结晶温度提高150～2000C，钪的熔点(1540℃)远比铝的熔点(660℃)高，钪的密度(3.0g/cm2)则与铝的密度(2.7g/cm3)相近。通过添加微量钪等稀土元素，开发出新一代系列铝合金材料，如超高强高韧铝合金、新型高温铝合金、且高温强度、结构稳定性、抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。目前，这种高温度强度且耐电压特性优异的铝合金材料多用于航空、航天及军工领域。其成份、制备技术是另一个专题，不在此赘述。但上述条件是厚膜电路电热元件基板基础技术要求，也是本专利选择基板的技术条件。只有这种高温度强度且耐电压特性优异的铝合金基板，才适用于专门制作优良的稀土厚膜电路电热元件。通用的铝合金基板材料制作的稀土厚膜电路电热元件，热性能、机械性能要差很多。
其中，稀土介质浆料包括微晶玻璃粉、无机粘接相有机溶剂载体，各原料重量配比为：微晶玻璃粉80％、无机粘接相有机溶剂载体20％；微晶玻璃粉由SiO2、Na2O、B2O3、K2O、BaO、CaO、Co2O3、TiO2、P2O5、V2O5、Sb2O3、Cr2O3及稀土氧化物组成，各原料重量配比为SiO2 20-55％，Na2O 0-20％，B2O30-20％，K2O 0-20％，BaO 1-10％，CaO 0-5％，Co2O3 0-5％，TiO2 3-27％，P2O5 0-5％，V2O5 0-10％，Sb2O3 0-5％，Cr2O3 0-5％；本实施例采用SiO2 34％，Na2O 10％，B2O310％，K2O 11％，BaO 6％，CaO 2％，Co2O3 3％，TiO2 11％，P2O5 2％，V2O5 3％，Sb2O33％，Cr2O3 4％；无机粘接相有机溶剂载体为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、1.4-丁内酯、硝基纤维素、乙基纤维素、氢化蓖麻油、卵磷脂，各原料重量配比为：松油醇0-85％，丁基卡必醇醋酸酯0-85％，柠檬酸三丁酯0-20％，1.4-丁内酯2-20％，硝基纤维素0.1-5％，乙基纤维素0-3％，氢化蓖麻油1-6％，氢化蓖麻油0.1-5％，卵磷脂0.1-5％；本实施例采用松油醇45％，丁基卡必醇醋酸酯22％，柠檬酸三丁酯10％，1.4-丁内酯11％，硝基纤维素3％，乙基纤维素2％，氢化蓖麻油2％，氢化蓖麻油2％，卵磷脂3％；稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇。根据不同功率、不同温度厚膜电路电热元件对电性能、热性能、绝缘性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项，每种稀土配比重量为：0.05-3.5％。
1)微晶玻璃粉的制备
将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800～1200摄氏度。峰值保温1～5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣至于行星型球磨机中研磨2～4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃微粉。
2)无机粘接相有机溶剂载体的制备
无机粘接相有机溶剂载体的制备是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80～100℃的水中溶解数小时，调整增稠剂、稀释剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150～300mPas的范围内即可。
3)浆料的制备
最后，将制备好的微晶玻璃粉、无机粘接相、有机载体和稀土氧化物按配比置于高效混合研磨机研磨一小时得到稀土介质浆料。该高效混合研磨机是国内的高机械能旋转振动混合分散研磨装置，该装置大大提高生产功效。调整增稠剂、稀释剂含量，将浆料的粘度调整在168～289mPas的范围内即可。
其中，稀土电阻浆料由微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相有机溶剂载体和稀土氧化物组成，微晶玻璃粉、微细铝粉与无机粘接相有机溶剂载体的重量比为(50-75％)∶(25-50％)，其中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为(55-80％)∶(20-45％)；所述的微晶玻璃粉为P2O5、ZnO、K2O、B2O3、SnO2系低熔点微晶玻璃，重量比依次为：P2O5 35-55％、ZnO 35-50％、K2O5-10％、B2O3 0-10％、SnO2 0-10％、SiO2 0-5％、Li2O 0-2％、Al2O3 2-5％、CuO0-1.5％；本实施例中，微晶玻璃粉的各成分重量比为：P2O5 40％、ZnO 40％、K2O 6％、B2O3 3％、SnO2 2％、SiO2 4％、Li2O 1％、Al2O3 3％、CuO 1％；所述的微细铝粉粒度为：3-5mm；所述的无机粘接相有机溶剂载体重量比为：松油醇75-98％，柠檬酸三丁酯0-15％，乙基纤维素0.5-5％，硝基纤维素0-2％，氢化蓖麻油0.1-5％，卵磷脂0.1-5％；本实施例中采用松油醇86％，柠檬酸三丁酯6％，乙基纤维素3％，硝基纤维素1％，氢化蓖麻油2％，卵磷脂2％。上述的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇。根据不同功率、不同温度、不同方阻的厚膜电路电热元件对导电性能、热性能、化学性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微细铝粉、微晶玻璃粉的一项或多项，每种稀土配比重量为：0.05-3.5％。
1)微细铝粉的制备
将选择好的金属铝熔融，置于全封闭的高速盘式雾化器中，熔融金属过热至250摄氏度，在惰性气体保护下.急速冷却，速率为105～107K/S.雾化制粉。雾化的铝粉从容器上部输送至旋风分离器，一次分离后送往带过滤网的喷淋塔进行气固分离，干燥后得到平均粒度为3～5μm的微细铝粉。
2)微晶玻璃粉的制备
将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800～1200摄氏度。峰值保温1～5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣至于行星型球磨机中研磨2～4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃微粉。
3)无机粘接相有机溶剂载体的制备
有机溶剂载体的配置是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80～100℃的水中溶解数小时，调整增稠剂、稀释剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150～280mPas的范围内即可。
稀土电极浆料是由固相成分和有机溶剂载体及稀土氧化物组成，重量比为：(70～90％)∶(10～30％)；所述固相成分中含银铝钇复合粉与微晶玻璃粉的重量比为：(94～99.4％)∶(0.6～6％)；银铝钇复合粉中铝粉、银粉与钇粉的粒径小于2μm；铝粉、银粉与钇粉的重量比为：(0.6～10％)∶(82～99％)∶(0.4～8％)。微晶玻璃为P2O5、ZnO、K2O、B2O3、SnO2系低熔点微晶玻璃，重量比依次为：P2O5 35-55％、ZnO 35-50％、K2O 5-10％、B2O30-10％、SnO2 0-10％、SiO2 0-5％、Li2O 0-2％、Al2O3 2-5％、CuO 0-1.5％；本实施例采用P2O5 40％、ZnO 40％、K2O 7％、B2O3 2％、SnO2 3％、SiO2 2％、Li2O1％、Al2O3 4％、CuO 1％。稀土电极浆料的有机溶剂载体各组分重量配比为：松油醇60～98％、柠檬酸三丁酯10～30％、乙基纤维素2～10％、硝基纤维素1～5％、氢化篦麻油0.1～5％、卵磷脂0.1～5％；本实施例采用松油醇75％、柠檬酸三丁酯15％、乙基纤维素3％、硝基纤维素2％、氢化篦麻油3％、卵磷脂2％。稀土电极浆料的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇，根据不同功率、不同温度、不同方阻的厚膜电路电热元件对导电性能、热性能、化学性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
1)微晶玻璃粉的制备
将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800～1200摄氏度。峰值保温1～5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣至于行星型球磨机中研磨2～4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃微粉。
2)无机粘接相有机溶剂载体的制备
所述有机溶剂载体的配置是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80～100℃的水中溶解数小时，调整增稠剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150～280mPas的范围内即可。
3)稀土电极浆料的制备
将配比好的银、铝、钇等稀土复合粉、微晶玻璃粉、无机粘接相有机载体和稀土氧化物置于高效混合研磨机研磨一小时得到稀土电极浆料。
基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，它包括如下步骤：
1、制备含包封浆料、稀土电阻浆料、稀土电极浆料和稀土介质浆料的系列稀土电子浆料，并选取铝合金基板经阳极化处理后备用；
2、在铝合金基板表面上用稀土介质浆料制备具有绝缘性能的介质厚膜，该膜层厚度大于60μm，稀土电阻浆料、稀土电极浆料以厚膜电路的形式制备在介质膜上，最后在厚膜电路和介质膜上制备包封浆料，其工艺流程包括：
A.铝合金基板准备→B.CAD制版、光绘制版→C.钢网印刷→D.真空烘干、氧化气氛烧结→E.检验、激光修阻、打标、包装。在所述烧结工艺过程中，升、降温速率50-70℃/min，峰值温度为500-700℃，峰值保温30分钟。大规格产品冷却段可加长，达到延时冷却目的。
经测试，稀土厚膜电路可控电热元件达到以下设计要求。
本发明实施例的稀土厚膜电路可控电热元件性能参数：热响应速率：150℃/秒。
本实施例的稀土厚膜电阻电路电性能：
①电性能：
②物理性能
| 流变特性 | 电阻层厚度 | 浆料粘度 | 单位用量 |
| 触变宜网印 | 10±2μm | 168±20Pas/10RPM | 86cm2/克 |
本实施例的稀土介质浆料的性能：
稀土介质浆料膜层厚度为：≥85μm。
①物理性能：
| 颜色(选) | 固体含量 | 丝网数目 | 浆料粘度 | 烧结温度 |
| 蓝(灰、黑)色 | 79％ | 180 | 125PaS/RPM | 500-700℃ |
②电器性能：
| 泄漏电流 | 绝缘电阻 | 击穿强度 |
| ＜5mA(250VDC) | ＞50MΩ(500VDC) | ＞1800VAC |
本实施例的稀土电极浆料性能：
①电性能：
| 方阻 | 分辨率 | 抗拉强度 | 老化强度 |
| ＜3±2mΩ/□ | 0.1mm | ＞16(N/mm2) | 10(N/mm2) |
②物理性能
| 流变特性 | 电极层厚度 | 浆料粘度 | 单位用量 |
| 触变宜网印 | 12±2μm | 186PaS/RPM | 88cm2/克 |
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，调整本发明功能相成分、含量及烧结工艺，该电阻浆料、电极浆料可和多种金属基板介质浆料相容。例如：氧化铝基板(Al2O3)、氮化铝(AIN)基板、微晶玻璃基板、铜合金基板、钛合金基板等。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，包括基片、系列稀土电子浆料，其特征在于，所述基片采用铝合金基板，系列稀土电子浆料以厚膜电路的形式制备在铝合金基板上，系列稀土电子浆料含包封浆料、稀土电阻浆料、稀土电极浆料、稀土介质浆料，该系列稀土电子浆料均由功能相、无机粘接相、有机溶剂载体三部分组成。
2.根据权利要求1所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述铝合金基板表面上制备有绝缘性能的介质厚膜，稀土电阻浆料、稀土电极浆料以厚膜电路的形式制备在介质膜上；所述铝合金含基板成分中(按重量百分比算)含有镁2-7％，钕、钪稀土氧化物1.5～2.5％。
3.根据权利要求1所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述稀土介质浆料包括微晶玻璃粉、无机粘接相有机溶剂载体，各原料重量配比为：微晶玻璃粉70-85％、无机粘接相有机溶剂载体15-30％；微晶玻璃粉由SiO2、Na2O、B2O3、K2O、BaO、CaO、Co2O3、TiO2、P2O5、V2O5、Sb2O3、Cr2O3及稀土氧化物组成，各原料重量配比为SiO220-55％，Na2O 0-20％，B2O3 0-20％，K2O 0-20％，BaO 1-10％，CaO 0-5％，Co2O30-5％，TiO2 3-27％，P2O5 0-5％，V2O5 0-10％，Sb2O3 0-5％，Cr2O3 0-5％；无机粘接相有机溶剂载体为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、1.4-丁内酯、硝基纤维素、乙基纤维素、氢化蓖麻油、卵磷脂，各原料重量配比为：松油醇0-85％，丁基卡必醇醋酸酯0-85％，柠檬酸三丁酯0-20％，1.4-丁内酯2-20％，硝基纤维素0.1-5％，乙基纤维素0-3％，氢化蓖麻油1-6％，氢化蓖麻油0.1-5％，卵磷脂0.1-5％。
4.根据权利要求3所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述稀土介质浆料中的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇；根据不同功率、不同温度厚膜电路电热元件对电性能、热性能、绝缘性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
5.根据权利要求1所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述稀土电阻浆料由微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相有机溶剂载体和稀土氧化物组成，微晶玻璃粉、微细铝粉与无机粘接相有机溶剂载体的重量比为(50-75％)∶(25-50％)，其中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为(55-80％)∶(20-45％)；所述的微晶玻璃粉为P2O5、ZnO、K2O、B2O3、SnO2系低熔点微晶玻璃，重量比依次为：P2O5 35-55％、ZnO 35-50％、K2O 5-10％、B2O3 0-10％、SnO2 0-10％、SiO2 0-5％、Li2O 0-2％、Al2O3 2-5％、CuO 0-1.5％；所述的微细铝粉粒度为：3-5mm；所述的无机粘接相有机溶剂载体重量比为：松油醇75-98％，柠檬酸三丁酯0-15％，乙基纤维素0.5-5％，硝基纤维素0-2％，氢化蓖麻油0.1-5％，卵磷脂0.1-5％。
6.根据权利要求5所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述稀土电阻浆料中的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇；根据不同功率、不同温度厚膜电路电热元件对电性能、热性能、绝缘性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
7.根据权利要求1所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述稀土电极浆料是由固相成分和有机溶剂载体及稀土氧化物组成，重量比为：(70～90％)∶(10～30％)；所述固相成分中含银铝钇复合粉与微晶玻璃粉的重量比为：(99.4～94％)∶(0.6～6％)；银铝钇复合粉中铝粉、银粉与钇粉的粒径小于2μm；铝粉、银粉与钇粉的重量比为：(0.6～10％)∶(82～99％)∶(0.4～8％)。
8.根据权利要求7所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述微晶玻璃为P2O5、ZnO、K2O、B2O3、SnO2系低熔点微晶玻璃，重量比依次为：P2O5 35-55％、ZnO 35-50％、K2O 5-10％、B2O3 0-10％、SnO2 0-10％、SiO2 0-5％、Li2O 0-2％、Al2O3 2-5％、CuO 0-1.5％。
9.根据权利要求7所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，所述稀土电极浆料的有机溶剂载体各组分重量配比为：松油醇60～98％、柠檬酸三丁酯10～30％、乙基纤维素2～10％、硝基纤维素1～5％、氢化篦麻油0.1～5％、卵磷脂0.1～5％。
10.根据权利要求7所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件，其特征在于，稀土电极浆料的稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇，根据不同功率、不同温度、不同方阻的厚膜电路电热元件对导电性能、热性能、化学性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
11.一种权利要求1-10中任意一项所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，其特征在于，它包括如下步骤：
a、制备含包封浆料、稀土电阻浆料、稀土电极浆料和稀土介质浆料的系列稀土电子浆料，并选取铝合金基板经阳极化处理后备用；
b、在铝合金基板表面上用稀土介质浆料制备具有绝缘性能的介质厚膜，稀土电阻浆料、稀土电极浆料以厚膜电路的形式制备在介质膜上，最后在厚膜电路和介质膜上制备包封浆料，其工艺流程包括A.铝合金基板准备→B.CAD制版、光绘制版→C.钢网印刷→D.真空烘干、氧化气氛烧结→E.检验、激光修阻、打标、包装。
12.根据权利要求11所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，其特征在于，在所述烧结工艺过程中，升、降温速率50-70℃/min，峰值温度为500-700℃。
13.根据权利要求11所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，其特征在于，在所述工艺步骤a中，先要制备微细铝粉和微晶玻璃粉、无机粘接相有机溶剂载体，微细铝粉制备过程中，将选择好的金属铝熔融，置于全封闭的高速盘式雾化器中，熔融金属过热至250摄氏度，在惰性气体保护下，急速冷却，速率为105～107K/S，雾化制粉；雾化的铝粉从容器上部输送至旋风分离器，一次分离后送往带过滤网的喷淋塔进行气固分离，干燥后得到平均粒度为3～5μm的微细铝粉；微晶玻璃粉制备过程中，将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800～1200摄氏度，峰值保温1～5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣至于行星型球磨机中研磨2～4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃微粉；无机粘接相有机溶剂载体的制备过程中，所述有机溶剂载体的配置是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80～100℃的水中溶解数小时，调整增稠剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150～280mPas的范围内即可。
14.根据权利要求11所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，其特征在于，所述稀土电阻浆料的制备过程中，是将配比好的微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相、有机载体和稀土氧化物置于高效混合研磨机研磨一小时得到稀土电阻浆料。
15.根据权利要求11所述的基于铝合金基板的稀土厚膜电路可控电热元件的制备技术，其特征在于，所述稀土电极浆料的制备过程中，是将配比好的银铝钇复合粉、微晶玻璃粉无机粘接相、有机载体和稀土氧化物置于高效混合研磨机研磨一小时得到稀土电极浆料。
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