CN103415092A - 一种厚膜加热装置的加工方法、厚膜加热容器和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚膜加热装置的加工方法，包括：预成型步骤S1：对不锈钢基板进行冲压，制成具有凹面的预变形基板；其中，所述不锈钢基板的厚度为0.6~4.0mm，预制基板的最大形变量为0.2~5mm；清洁步骤S2：对所述预变形基板进行去油清洗，并干燥；印刷烧结步骤S3：在预变形基板的凹面内印刷烧结加热厚膜浆料，预变形基板的凹面被厚膜浆料烧结产生的内应力拉平形成平面；所述厚膜浆料印刷烧结在基板上的面积与基板面积之比为0.2~0.8，所述厚膜浆料的厚度为0.1mm~0.6mm。有效保证了制作的厚膜加热装置不变形，大大提升了成品率，使得厚膜加热在家电领域得到很好的推广。

Description

一种厚膜加热装置的加工方法、厚膜加热容器和设备

技术领域

本发明涉及电加热技术领域，尤其涉及一种厚膜加热装置的加工方法及厚膜加热容器和具有厚膜加热装置的食品加热设备。

背景技术

目前市场上的大多数电加热装置主要有电热管加热和电磁加热两种。然而，电热管加热热效率较低，造成大量的能源浪费；电磁加热能效虽然得到提高，但电磁加热装置的成本高，且其线盘、控制电路等的体积较大，不利于使用。

为解决上述问题，行业内出现了一种厚膜加热装置，该厚膜印刷烧结在不锈钢基板上，然而若基板的厚度较小，烧结厚膜时导致基板形变，进而使得整个厚膜加热板形变，给安装和使用带来困扰，并且，这种形变很容易造成烧结在基板上的厚膜损坏，带来较多的安全隐患。若采用厚度较大的基板，又导致成本大幅增加，且基板的厚度对热效率的传递影响较大，不利于热效率的提升。 以上种种原因导致厚膜加热装置在应用推广上大大受阻。

发明内容                                                             

有鉴于此，有必要提供一种厚膜加热装置的加工方法以及厚膜加热容器和具有厚膜加热装置的食品加热设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种厚膜加热装置的加工方法，包括：

预成型步骤S1：对不锈钢基板进行冲压，制成具有凹面的预变形基板，所述凹面自预变形基板的中部延伸至边沿，且变形量逐渐减小；其中，所述不锈钢基板的厚度为0.6~4.0mm，预变形基板的最大形变量为0.2~5mm；

清洁步骤S2：对所述预变形基板进行去油清洗，并干燥；

印刷烧结步骤S3：在预变形基板的凹面内印刷烧结加热厚膜浆料，预变形基板的凹面被厚膜浆料烧结产生的内应力拉平形成平面；其中所述厚膜浆料印刷烧结在基板上的面积与基板面积之比为0.2~0.8，所述厚膜浆料的厚度为0.08mm~0.6mm。

所述步骤S3中加热厚膜浆料包括依次印刷烧结的绝缘层浆料、电加热层浆料、保护层浆料。

所述电加热层浆料的厚度为0.1~0.2mm。

所述不锈钢基板的厚度为0.8~1.6mm。

所述厚膜浆料为稀土厚膜浆料。

所述加热厚膜的浆料还包括导电层浆料和连接电极浆料，步骤S3中印刷烧结的顺序依次为绝缘层浆料、电加热层浆料、导电层浆料、连接电极浆料、保护层浆料。

一种厚膜加热容器，包括侧壁和底壁，所述底壁由上述加工方法制作的厚膜加热装置，厚膜加热装置焊接在侧壁上。

一种食品加热设备，包括厚膜加热容器，厚膜加热容器包括侧壁和底壁，底壁为厚膜加热装置，所述厚膜加热装置为上述加工方法制作的厚膜加热装置，厚膜加热装置固定在容器的底部，不锈钢基板构成容器的底。

所述食品加热设备为开水煲、豆浆机、咖啡机、果汁机或电热锅。

所述的一种食品加热设备还包括温控器，温控器贴附在厚膜加热装置上。

本发明的有益效果是：

本发明所述的依次印刷烧结是指：每印刷完一层浆料，对该浆料烧结成型后，再印刷另外一层浆料，如此类推，直至浆料层印刷完成。当然，在烧结过程中，同时起到烘干的作用。

本发明所述的一种厚膜加热装置的加工方法，首先对基板进行预制成型，制作成具有凹面的板，在凹面内印刷烧结厚膜浆料，由于浆料烧结时，产生内应力，该内应力一方面对基板的热形变起到方向引导作用，另外一方面通过内应力将预制的凹面拉平，形成了平面度较高的厚膜加热板，如此即可避免烧结过程中，基板与浆料由于形变系数相差太多等因素导致基板变形，制作的厚膜加热板的成品率低的风险。进一步地，所述预变形基板的最大形变量为0.2~5mm。若该形变量小于0.2mm，则一方面形变量过小，预制凹面不易制作，另外一方面，凹面形变量过小，经多次烧结，基板形变会超过凹面的形变，导致不平整；若该形变量大于5mm，则导致形变量过大，需要的厚膜浆料太多，浪费材料。另外所述不锈钢基板的厚度为0.6~4.0mm。若基板厚度小于0.6mm，其强度不够，热形变量过大，且厚膜电路加热工作时，也会使其形变，不利于产品的正常使用；若基板厚度大于4.0mm，则浪费材料较多，成本大幅增加，且基板的厚度对热效率的传递影响较大，不利于热效率的提升。本发明基于上述因素，采用所述厚膜浆料印刷烧结在基板上的面积与基板面积之比为0.2~0.8，所述厚膜浆料的厚度为0.1mm~0.6mm。

进一步地，所述步骤S3中加热厚膜浆料包括依次印刷烧结的绝缘层浆料、电加热层浆料、保护层浆料。浆料依次印刷烧结，实现多次作用的目的，以保证预制凹面被拉平的效果。

进一步地，所述电加热层浆料的厚度为0.08~0.2mm。在浆料烧结过程中，电加热层浆料的凝结内应力最强，若该层的厚度小于0.08mm，则其提供的烧结内应力较小，达不到将预制的凹面拉平；若该层的厚度大于0.2mm，一方面成本高，另外该层的厚度较高，多次烧结时，其产生很高的内应力，会导致基板过大形变，不利于控制。

进一步地，所述不锈钢基板的厚度为0.8~1.6mm，更加适用于加热电器。

进一步地，所述厚膜浆料为稀土厚膜浆料。即保证了制作厚膜的稳定性，且凝结力较好。

本发明为保证厚膜加热装置内电流传输的可靠性，所述加热厚膜的浆料还包括导电层浆料和连接电极浆料，步骤S3中印刷烧结的顺序依次为绝缘层浆料、电加热层浆料、导电层浆料、连接电极浆料、保护层浆料。

本发明所述的一种厚膜加热容器，包括侧壁和底壁，所述底壁由上述加工方法制作的厚膜加热装置，厚膜加热装置焊接在侧壁上。如此，该厚膜加热容器底部平整，安装焊接方便，且由于其底部平整度高，可以有效保证温控装置接触到高温的厚膜加热板，更加安全。

同样道理，本发明所述的一种食品加热设备，包括厚膜加热容器，厚膜加热容器包括侧壁和底壁，底壁为厚膜加热装置，厚膜加热装置上述加工方法制作的厚膜加热装置，厚膜加热装置固定在容器的底部，不锈钢基板构成容器的底。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明厚膜加热装置加工方法的流程图；

图2是本发明厚膜加热装置加工方法的预变形基板结构示意图；

图3是本发明厚膜浆料印刷烧结的内应力作用示意图；

图4是图3的局部放大图；

图5是图2厚膜加热装置的剖面图；

图6是本发明厚膜加热容器的结构示意图；

图7是本发明食品加热设备的结构示意图。

图中部件名称对应的标号如下：

10、厚膜加热装置；11、基板；12、厚膜浆料；121、绝缘层浆料；122、电加热层浆料；123、保护层浆料；124、导电层浆料；125、连接电极浆料；20、厚膜加热容器；21、侧壁；22、底壁；30、食品加热设备；31、温控器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步地详述：

实施方式一：

请参阅图1、图2、图3以及图4所示，本发明一种厚膜加热装置的加工方法，包括：

预成型步骤S1：对不锈钢基板11进行冲压，制成具有凹面的预变形基板，所述凹面自中部向边沿变形量逐渐减小；其中，所述不锈钢基板11的厚度为0.6~4.0mm，进一步优化为0.8~1.6mm。预变形基板的最大形变量为0.2~5mm；若该形变量小于0.2mm，则一方面形变量过小，预制凹面不易制作，另外一方面，凹面形变量过小，经多次烧结，基板11形变会超过凹面的形变，导致不平整；若该形变量大于5mm，则导致形变量过大，需要的厚膜浆料太多，浪费材料。本实施方式中根据基板的厚度和厚膜的厚度和面积，计算出该基板的预制最大变形量为1mm。另外若不锈钢基板厚度小于0.6mm，其强度不够，热形变量过大，且厚膜电路加热工作时，也会使其形变，不利于产品的正常使用；若基板11厚度大于4.0mm，则浪费材料较多，成本大幅增加，且基板11的厚度对热效率的传递影响较大，不利于热效率的提升。因此，本实施方式鉴于家电行业的状况及高热效率的要求，设定搞基板的厚度为1.0mm。

清洁步骤S2：对所述预变形基板11进行去油清洗，并干燥；

印刷烧结步骤S3：在预变形基板11的凹面内印刷烧结加热厚膜浆料，预变形基板的凹面被厚膜浆料12烧结产生的内应力拉平形成平面；其中所述厚膜浆料12印刷烧结在基板11上的面积与基板面积之比为0.2~0.8，所述厚膜浆料12的厚度为0.08mm~0.6mm。若厚膜浆料的面积大于基板面积的0.8倍，会导致厚膜烧结的应力分散，不能集中作用的预制的形变区域；若该面积比小于0.2，则导致厚膜应力较小，对预制形变的凹面作用不明显。本发明考虑上述问题，选定面积比为0.6。另外，若浆料厚度大于0.6mm，一方面成本高，另外一方面烧结的内应力过大，易导致变形失控；而若浆料厚度小于0.08，烧结应力不足，预制凹面控制难度高，因此，选定厚膜浆料的最佳厚度为0.2mm。

在所述步骤S1中，所述厚膜浆料为稀土厚膜浆料，烧结温度为700~1200℃。

在所述步骤S3中加热厚膜浆料包括依次印刷烧结的绝缘层浆料121、电加热层浆料122、保护层浆料123。厚膜浆料（特别是电加热层浆料）高温烧结之后迅速冷却，是一个热力学不稳定的多相非平衡体系。另外由于各厚膜浆料层之间的热膨胀系数不完全相同，在烧结后，厚膜内存在各种不同的如裂纹、气孔等缺陷。而在经历其他浆料层的烧结时，电加热层浆料的电阻体内的微观结构会发生变化，将同时存在两个互逆的过程：一为“缺陷消除”过程，即重烧使电阻膜层能量降低，其中的缺陷不断消除，结构趋于致密化，位垒电阻和接触电阻减小，导电链的数目增多，宏观上表现为方阻变小：二为“缺陷增多”过程，与缺陷消除过程相反，高温重烧过程中电加热膜层中内应力增加，缺陷不断增加。如图3所示，重烧结过程中电加热层浆料的内应力方向。由于膜厚较厚时膜层中的内应力相对较大，内能相对较高，重烧后可以逐步消除内应力而使结构趋于致密化，造成覆上厚膜电加热层浆料的区域向图3的箭头方向变形，以实现将不锈钢基板的预制凹面拉平，如图5所示。由上述原理可知，在烧结厚膜浆料过程中，内应力最大的为电加热层浆料，本发明考虑上述因素以及为防止内应力过大或不足的问题，设定电加热层浆料的厚度为0.1~0.2mm，最佳值为0.12mm。

进一步地，所述加热厚膜的浆料还包括导电层浆料124和连接电极浆料125，步骤S3中印刷烧结的顺序依次为绝缘层浆料121、电加热层浆料122、导电层浆料124、连接电极浆料125、保护层浆料123。

除此以外，由于电加热膜厚较厚时膜层中的内应力相对较大，内能相对较高，重烧后可以逐步消除内应力而使结构趋于致密化，所以，后续的烧结阻值一般向减小的趋势变化。由此，根据材料力学中热材料的变形理论，获得如下公式：

D=K*△T*d²/4h；

为总变形量；△T为温度变化量；d为电加热膜带直径；h为总厚度；K为浆料与基板的膨胀系数之差，弹性系数之比和宽度比所确定的系数。

本发明厚膜加热装置的制作过程是：选择不锈钢基板形状、尺寸、厚度等参数，本实施方式中不锈钢基板的形状为圆形，厚度为0.8mm，直径为94mm；随后，对不锈钢基板11进行冲压，制成具有凹面的预变形基板11，所述凹面自中部向边沿变形量逐渐减小。本实施方式中，基板选用不锈钢SUS304，K取值为5.4*10^-7（℃）^-2，厚膜浆料厚度为0.2mm，将上述参数带入公式，获得不锈钢SUS304的预制最大变形量约为1.0mm；成型完成后，对所述预变形基板进行去油清洗，并干燥；印刷烧结厚膜浆料的顺序为先印刷绝缘层浆料，进行第一次烧结，完成后印刷电加热层浆料，进行第二次烧结，完成后印刷导电层浆料，进行第三次烧结，完成后印刷连接电极浆料进行第四次烧结，完成后印刷保护层浆料，进行第五次烧结；全部烧结完成后，冷却，厚膜加热装置制作完成。

请参阅图6所示，本发明厚膜加热容20器的结构示意图，包括侧壁21和底壁22，底壁22为上述制作方法获得厚膜加热装置10，厚膜加热装置10焊接在侧壁21上。由于该厚膜加热容器采用了本发明方法获得厚膜加热装置，其底部平整度好，不易变异，避免了传统厚膜加热容器由于厚膜加热板变形导致厚膜电加热层断裂的危险。

请参阅图7所示，本发明所述的一种食品加热设备30，本实施方式中，所述的食品加热设备30为豆浆机，该豆浆机包括机头和杯体，该杯体为厚膜加热容器20，厚膜加热容器包括侧壁21和底壁22，底壁22为厚膜加热装置，所述厚膜加热装置为上述加工方法制作的厚膜加热装置10，厚膜加热装置10固定在容器的底部，不锈钢基板构成容器的底。机头上设有粉碎刀具，机头扣合在杯体上。

所述豆浆机的底部还包括温控器31，温控器31贴附在厚膜加热装置10上。温控器31的温度感应面接触厚膜加热装置上印刷的厚膜。

所述食品加热设备30中的厚膜加热装置10可以直接焊接在容器侧壁21上，也可以通过螺母或卡扣固定。

本发明中所述食品加热设备也可以是开水煲、咖啡机、果汁机或电热锅。

本发明所述的厚膜加热装置的加工方法，通过预制变形及厚膜浆料的多次烧结，利用厚膜浆料烧结产出的内应力调整预制变形，使得厚膜加热板的平整，避免了传统方法在薄基板上烧结厚膜，基板变形，产品成品率低的风险，大大提升了高效加热的厚膜在家电等行业的应用，特别是利用本发明厚膜加热装置的开水煲、豆浆机、果汁机或电热锅加热效率大大提升。

Claims (10)

1. 一种厚膜加热装置的加工方法，其特征在于，包括：

预成型步骤S1：对不锈钢基板进行冲压，制成具有凹面的预变形基板，所述凹面自预变形基板的中部延伸至边沿，且变形量逐渐减小；其中，所述不锈钢基板的厚度为0.6~4.0mm，预变形基板的最大形变量为0.2~5mm；

清洁步骤S2：对所述预变形基板进行去油清洗，并干燥；

印刷烧结步骤S3：在预变形基板的凹面内印刷烧结加热厚膜浆料，预变形基板的凹面被厚膜浆料烧结产生的内应力拉平形成平面；其中所述厚膜浆料印刷烧结在基板上的面积与基板面积之比为0.2~0.8，所述厚膜浆料的厚度为0.08mm~0.6mm。

2. 如权利要求1所述的一种厚膜加热装置的加工方法，其特征在于，所述步骤S3中加热厚膜浆料包括依次印刷烧结的绝缘层浆料、电加热层浆料、保护层浆料。

3. 如权利要求2所述的一种厚膜加热装置的加工方法，其特征在于，所述电加热层浆料的厚度为0.1~0.2mm。

4. 如权利要求3所述的一种厚膜加热装置的加工方法，其特征在于，所述不锈钢基板的厚度为0.8~1.6mm。

5. 如权利要求2至4任意一项所述的一种厚膜加热装置的加工方法，其特征在于，所述厚膜浆料为稀土厚膜浆料。

6. 如权利要求5所述的一种厚膜加热装置的加工方法，其特征在于，所述加热厚膜的浆料还包括导电层浆料和连接电极浆料，步骤S3中印刷烧结的顺序依次为绝缘层浆料、电加热层浆料、导电层浆料、连接电极浆料、保护层浆料。

7. 一种厚膜加热容器，包括侧壁和底壁，其特征在于，所述底壁由权利要求1至6任意一项所述加工方法制作的厚膜加热装置，厚膜加热装置焊接在侧壁上。

8. 一种食品加热设备，包括厚膜加热容器，厚膜加热容器包括侧壁和底壁，底壁为厚膜加热装置，其特征在于，所述厚膜加热装置为权利要求1至6任意一项所述加工方法制作的厚膜加热装置，厚膜加热装置固定在容器的底部，不锈钢基板构成容器的底。

9. 如权利要求8所述的一种食品加热设备，其特征在于，所述食品加热设备为开水煲、豆浆机、咖啡机、果汁机或电热锅。

10. 如权利要求9所述的一种食品加热设备，其特征在于，还包括温控器，温控器贴附在厚膜加热装置上。

Images