CN102427615B - 一种超薄精陶高导热加热板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种超薄精陶高导热加热板，所述加热板包括板状发热芯和分别设置在发热芯两侧的防护层，所述发热元件包括发热骨架和嵌入在发热骨架中的发热丝；所述防护层为远红外辐射和耐高温防水层。本发明所公开的超薄精陶高导热加热板具有可容功率密度大、厚度薄、重量轻、散热效率高等优点。本发明还公开了该超薄精陶高导热加热板制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热板，特别涉及一种超薄的高导热加热板。
背景技术
现有技术中，应用在电加热器上的加热板通常为合金材料发热体，以碳化硅、氧化酶等无机并具有优异的导热绝缘材料为基材，配以耐高温无机粘结剂混合成形，经热处理后固化而制成的高效发热体，其结构可参见名称为一种新型的加热元件的中国专利申请，申请号为：201010107808.1中所公开的加热元件（板）结构，如图1所示，该加热板包括：中间板芯3，该层为发热体，该发热体为优质合金丝网包覆耐高温无机绝缘陶材料构成；设置在中间板芯3散热面两侧的发热元件骨架2和分别设置在两个发热元件骨架2外侧的防水和远红外辐射涂层1。发热元件骨架2包覆在中间板芯3上，发热元件骨架2的外侧在粘贴上不锈钢金属网格，并在金属网格外侧涂覆纳米级远红外材料辐射记忆耐高温的防潮涂层。
上述加热板虽具有发热体变形小、寿命长、不易脆化等优点，但由于其发热元件骨架是采用将板材粘贴在中间板芯上，再经过压制制造而成的，其强度较低，导热功率也由于其结构限制也无法将该材质的导热性能完全发挥出来，并且生产工艺复杂，使用寿命也不稳定。
发明内容
针对现有技术中加热板所存在的问题，本发明提供一种超薄精陶高导热加热板，该加热板通过浇注工艺，将加热骨架元件与发热体制成一体，并经过压制整形，再通过烧制工艺将其固化，最后，再经过压制等工艺制成加热骨架与发热体一体的加热板。
为实现上述目的，一种超薄精陶高导热加热板，所述加热板包括板状发热芯和分别设置在发热芯两侧的防护层，所述发热元件包括发热骨架和嵌入在发热骨架中的发热丝；所述防护层为远红外辐射和耐高温防水层。
进一步，所述发热丝截面积和缠绕密度，应根据国标的相关要求以及该发热芯设定功率确定。
进一步，所述发热丝为扁丝，在所述发热骨架中呈“S”形缠绕，并在两端弯曲处以立面形式缠绕并向中间位置逐渐过渡为平面设置。
进一步，在所述发热丝两端弯曲处的还设置有绝缘板，所述绝缘板与所述发热板散热面平行设置。
进一步，所述发热骨架的组成成分为：主要成分为碳化硅SiC、氧化铝和氧化锆的市售耐高温陶粉，配以重量比为10～20%，粒度为40-80目的刚玉石和重量比10～20%，粒度为40-80目的高岭土混合而成。
进一步，所述发热骨架的两个作为散热面的侧面上，还设置有金属网，所述防护层即涂覆在金属网上。
一种超薄精陶高导热加热板的制造方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
1）、制模，根据所需发热芯尺寸，制成浇注模，并在浇注模的相对两个侧面上均布若干个发热丝定位销，发热丝定位销的设置密度，应根据国标要求设置；
2）、绕线，通过发热丝固定装置，将发热丝往复缠绕在浇注模中；
3）、浇注，按照上述加热骨架的成分配置成浇注浆料，浇注到浇注模100中；
4）、固化，浇注后，在室温下进行固化；
5）、脱模，将固化后的发热芯从注模中脱出，并将设置有发热丝定位销的位置用浆料填充；
6）、整形，使用平压机，对发热芯进行压延整形；使表面更加平整，内部结构更加均匀；
7）、烧制，在加热炉里，对经过整形的发热芯进行烧制，通过烧制使发热芯的增加强度，使发热丝与加热骨架更好的结合。
进一步，所述步骤4）的固化时间为24-36小时。
进一步，所述步骤7）烧制的温度为400-1200度。
进一步，所述烧制的温度为400-600度；工件入炉后升温处理分为三个阶段：
第一阶段升温至600℃，时间为10小时。该阶段保证工件不产生裂纹，可调整升温速率和时间。
第二阶段恒温600℃，恒温4小时。
第三阶段降温6小时。
本发明使用浇注方式将加热丝设置在加热骨架中，使加热丝与加热骨架完全融合在一起，简化了加热元件的加工步骤。
使用上述方法生产的加热元件具有如下优点：
1、可容功率密度大、厚度薄、重量轻、散热效率高；
2、采用以SiC高导热率浇注料为骨料，并且骨料和辅料的粒度均选用优化值，以增加其导热效果和复合强度；
3、采用导热系数最高的刚玉石、氧化铝和高岭土等混料浇注，简化了现有技术中加热元件制造的过程复杂工艺；
4、采用定型模具绕丝，并在绕丝的拐弯处处于里面位置过渡平面布置，并对拐弯处外平面加以特殊加强绝缘处理，可保证该绝缘的薄弱环节的安全可靠性能；
5、在使用过程中发热丝继续对发热骨架进行加温，使加热骨架在使用过程中继续强化。
附图说明
图1为现有技术中加热元件结构示意图；
图2为本发明中加热元件结构示意图。
图3为本发明加热元件浇注模具图。
具体实施方式
如图2所示，本发明中的发热板，包括板状发热芯和分别设置在发热芯两侧的防护层1。发热芯包括发热骨架2和设置在发热骨架2中的发热体，发热体为“S”形往复缠绕设置在发热骨架2中的发热丝31，应根据国标的相关要求以及该发热芯设定功率，来选择发热丝31的截面积和缠绕密度。发热丝31的材质优选为镍铬发热丝，也可为其他材质的发热丝。本实施例中的发热丝31为扁丝，转弯处扁丝以立面形式缠绕，并向中间逐渐过渡为平行于发热元件表面布置。在发热丝绕丝弯曲立面处，增设绝缘垫，该绝缘垫平行于散热面设置，绝缘垫可为1mm厚的高铝垫，对此处作特殊的加强绝缘处理，以避免由于扁丝立面距离发热芯表面过近而造成的绝缘效果差，进而造成整个发热元件损坏的问题；保证了发热元件的安全性能。
发热骨架2由主要成分为碳化硅SiC、氧化铝和氧化锆的市售耐高温陶粉，配以含量为10～20%（重量比），粒度为40-80目的刚玉石和10～20%（重量比），粒度为40-80目的高岭土混合而成。在市售耐高温陶粉中添加刚玉石和高岭土其目的是增加发热芯的散热效率和强度，可使发热芯的散热效果更好，并且可以在保证强度的前提下发热芯的厚度更薄。在发热骨架2的两个作为散热面的侧面上，还设置有金属网11，金属网11的材质可为不锈钢等耐腐蚀金属网。防护层1为设置在金属网11的外侧远红外辐射和耐高温防水层，远红外辐射和耐高温防水层1为涂覆在金属网11外侧的远红外辐射材料和耐高温防水材料。涂覆在不锈钢网11外侧的外侧远红外辐射和耐高温防水层1为纳米级远红外辐射和耐高温防水涂料，远红外辐射和耐高温防水层1可采用市售的红外粉沫，添加有机硅耐高温漆和专用耐高温稀释剂，适用于100℃～800℃温度范围或市售的红外粉沫，添加高温粘结剂，适用于100℃～1200℃温度范围。
另外，发热元件的接线端设置在发热骨架2侧边，采用优质不锈钢材质制成，保证了使用的安全性。
图2中所显示的发热元件，其生产流程具体包括下列步骤：
1、制模，如图3所示，根据所需发热芯，也就是发热骨架的尺寸，制成浇注模100，并在浇注模100的相对两个侧面上均布若干个发热丝定位销101，发热丝定位销101的设置密度，应根据国标要求设置；
2、绕线，通过发热丝定位销101，将发热丝31往复缠绕在浇注模100中，发热丝31缠绕后所构成的平面平行于发热芯的散热面；
3、浇注，按照上述加热骨架的成分配置成浇注浆料，浇注到浇注模100中；
4、固化，浇注后，在室温下进行24-36小时的固化；
5、脱模，将固化后的发热芯从注模中脱出，并将设置有发热丝定位销的位置用浆料填充；
6、整形，使用平压机，对发热芯进行压延整形；使表面更加平整，内部结构更加均匀；
7、烧制，在加热炉里，对经过整形的发热芯进行烧制，烧制的温度为400-600度，工件入炉后升温处理分为三个阶段：
第一阶段升温至600℃，时间为10小时。该阶段保证工件不产生裂纹，可调整升温速率和时间。
第二阶段恒温600℃，恒温4小时。
第三阶段降温6小时。
通过烧制使发热芯的增加强度，使发热丝与加热骨架更好的结合。
步骤7中的烧制温度和烧制时间，使发热骨架成为半陶制，也可对其进行全陶制烧制，即烧制温度达到1200℃。
Claims (4)
1.一种超薄精陶高导热加热板的制造方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
1）、制模，根据所需发热芯尺寸，制成浇注模，并在浇注模的相对两个侧面上均布若干个发热丝定位销，发热丝定位销的设置密度，应根据国标要求设置；
2）、绕线，通过发热丝定位销，将发热丝往复缠绕在浇注模中；
3）、浇注，配置加热骨架的浇注浆料按照主要成分为碳化硅SiC、氧化铝和氧化锆的市售耐高温陶粉，配以重量含量为10～20%、粒度为40-80目的刚玉石和重量含量为10～20%、粒度为40-80目的高岭土混合而成，浇注到浇注模中；
4）、固化，浇注后，在室温下进行固化；
5）、脱模，将固化后的发热芯从浇注模中脱出，并将设置有发热丝定位销的位置用浆料填充；
6）、整形，使用平压机，对发热芯进行压延整形；使表面更加平整，内部结构更加均匀；
7）、烧制，在加热炉里，对经过整形的发热芯进行烧制，通过烧制使发热芯增加强度，使发热丝与加热骨架更好的结合。
2.根据权利要求1所述超薄精陶高导热加热板的制造方法，其特征在于，所述步骤4）的固化时间为24-36小时。
3.根据权利要求1所述超薄精陶高导热加热板的制造方法，其特征在于，所述步骤7）烧制的温度为400-1200度。
4.根据权利要求3所述超薄精陶高导热加热板的制造方法，其特征在于，所述烧制的温度为400-600度，发热芯入炉后升温处理分为三个阶段：
第一阶段升温至600℃，时间为10小时；该阶段保证发热芯不产生裂纹，可调整升温速率和时间；
第二阶段恒温600℃，恒温4小时；
第三阶段降温6小时。
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