CN1034462A - 氮化钛电热膜型发热体及技术 - Google Patents

Abstract

本发明的电发热体由基材、电极以及氮化钛电热 膜组成。本发明公开了一种制作电热膜的新材料氮 化钛，制作这种有预定电阻率的氮化钛膜的技术，及 这种氮化钛膜型发热体的具体应用。

氮化钛有优良的化学和物理稳定性，与基材结合 力强，可精细加工，有装饰效果。

Description

本发明属于膜状电加热技术领域，特别涉及到氮化钛电热膜技术。

现有的膜式电发热体，有半导体薄膜型电热膜，氧树脂复合电热膜，导电性聚合物复合材料，涂料型电热膜等。中国专利CN86100500A和《北京科技报》87年第18期（87年9月20日出版），公开了一种涂料型电热膜及技术。所公开的以超细石墨粉为主要导电材料的电热膜涂料，可直接刷涂、喷涂或浸涂在玻璃、陶瓷、搪瓷等材料的外表面，再加上电极和表面绝缘处理，便可制成电热产品。这种电热膜技术的缺点是，要经过制浆、涂复、烘干、烧结等阶段，工艺较烦琐，在复杂形状被加热体上制膜困难，且膜层耐磨度差。最大的缺点是，这种电热膜的电阻值易受原料成份品质，颗粒细度，涂抹厚度等因素的影响，从而影响到产品的一次合格率。

本发明的目的，是提供一种低成本，高效率地制作电热膜的材料氮化钛，利用氮化钛制作电热膜的技术及氮化钛电热膜的具体用途。这种电热膜，制作工艺简单，同基材间的结合力强，且无毒，物理、化学性能稳定，耐磨度强。

本发明的目的是这样实现的：在绝缘基材或经绝缘处理的金属表面沉积致密的膜状氮化钛，这种膜状氮化钛具有导电性，膜的几何形状，特别是厚度决定了膜的电阻值。根据需要在不同的基材上沉积不同形状和厚度的氮化钛膜，加上电极，便可制成不同的电热器具。

其沉积工艺如下：使用根据异常阴极辉光低压等离子体放电原理所设置的工艺，如磁控溅镀工艺，空心阴极离子镀工艺，多弧离子镀工艺等，用钛制作阴极的表层，在低压辉光放电作用下，阴极上钛原子与充入的氮气被电离。这种电离是不充分的（电离率可控制在20～80%），因此一部分钛离子与氮离子结合，生成了氮化钛，另一部分钛离子还原成钛原子，这些钛原子与氮化钛共同凝聚，沉积在预先放置在阴极附近的基材表面，形成一层致密的膜层，即氮化钛膜。显然，只要控制住电离度，就可控制住氮化钛与钛原子的比例，也就控制住了氮化钛膜的电阻率。例如，在磁控溅镀工艺中，只要控制输入氮气的分压，或控制磁偏压，便可控制电离度。

以下为几种控制沉积膜几何形状的掩盖法。

1.可将工装夹具制成特定几何形状掩盖在基材上，将氮化钛溅射、沉积在掩盖区以外的区域，从而制成预定形状的电热膜。这种办法可在制造简单膜型时使用。

2.可用耐温（1000℃以上）可水洗涂料涂复在基材上，涂复办法可手描、丝网印刷、喷涂，氮化钛溅镀在涂复区以外的区域。溅镀后用水洗去涂料，便可得到预定形状的电热膜。这种办法可用于制造较复杂的膜型，所使用的最方便的涂料是超细瓷土与熟石膏的调水混合物。

3.对于细致精密膜型，可以在基材上印刷掩膜，如用感光树脂制版印刷。由于在油墨上难以沉积氮化钛膜层，从而可实现掩盖效果。溅镀后可用一般有机溶剂（如氯仿）清洗去油墨。在低压下使用时，由于油墨有较好的绝缘性，也可不必清除。

本发明所述的氮化钛电热膜与成膜技术。有明显的技术优势与经济优势。首先，制作工艺简单，可批量工业化生产。最简单的工装夹具掩盖法仅需溅镀一个工序，最复杂的涂料掩盖法也只需要掩膜、溅镀、洗去掩膜三个工序。其次，用本发明所述的溅镀法形成的氮化钛膜层同基材间有很好的结合力。并且，氮化钛的化学，物理性能稳定，无毒，可用在有酸、碱、盐雾的场合。另外，氮化钛本身还具有黄金般的装饰性色彩，有良好的耐磨度。

上述优点，决定了本发明有着广泛的用途。以下为本发明实施例及附图（除特异形外，常用的还有）：

1.可制成板状电热器具。这种膜型可用工装夹具掩盖法制成。

（1）它可单独使用，构成热菜板、暖脚板，相片压光板，工业用板式加热器，塑料贴面热压器，烫金热压板等。图1-1表示了电阻值较小的一种膜型结构;图1-2表示了电阻值较大的一种膜型结构。

（2）它可多块组合，构成大面积加热壁，用各种形式的电极引出网络。即可以通过对各发热单元的串、并联，以达到预定总电阻值。图1-3为叉指状分布电极引出的大面积加热壁。

2.可制成栅状电热器具。这种结构有较大的热交换面积，适用于流体加热，采暖设备等。

（1）可以整体制作栅状基材，在基材上沉积各种图形的膜后，再在两端引出电极。如图2-0所示。

（2）可以用有凸台的单板叠成栅状，单板双面都沉积有相连的膜层，可根据所需功率的大小和电压的高低，叠成串联栅状器具或并联栅状器具。图2-1为串联式单片元件正视图。图2-2为串联式单片元件侧剖视图。图2-3为串联栅状电热器具半剖示意图。图3-1为并联式单片元件正视图。图3-2为并联式单片元件侧剖视图，图3-3为并联栅状电热器具半剖示意图。

3.可制成管柱状电热器具。图4-1所示为整体复膜型。图4-2所示为一端封闭的双螺旋线状复膜型。这种电热器具可采用涂料掩盖法加工。本例可广泛用于电热杯，电热保温杯等容器加热，也可用于工业管道加热。

4.可在纸张、人造革、尼龙丝等柔性材料上沉积氮化钛膜，制成柔性电热器件，如电热布、热疗服装等。

5.可制成兼有装饰效果的电热膜，常见的氮化钛膜为金黄色，若控制加工温度，沉积厚度;或加入其他微量气体（如甲烷）等等可获得银白至紫兰色彩。所以，可利用掩膜多次溅镀工艺，在玻璃、陶瓷面上制作出套色图案，若直接通入安全电压，就构成装饰性电热器件，可广泛用于玻璃窗上除霜，浴室除雾等。

6.可适用于感应加热。如在杜瓦瓶真空内壁镀上氮化钛，外套保温层，外部放置交变感应线圈，线圈通电时，氮化钛导电膜上产生涡流发热，如图5所示。

附图符号说明：

1    基材    2    氮化钛膜层    3    电极引出处

4    电极引出网络    5    发热小单元    6    基材剖面

7    孔    8    瓶塞    9    真空腔

10    外感应圈

Claims (16)

1、一种电发热体，由基材、电极、电热膜组成，其特征在于：电热膜的制作材料为氮化钛。

2、一种制造权利要求1所述的电发热体的方法，其特征在于，可使用根据异常阴极辉光低压等离子体放电原理所设置的工艺，如磁控溅镀工艺，空心阴极离子镀工艺，多弧离子镀工艺，用金属钛与氮气制备氮化钛，将氮化钛溅射、沉积在基材上，并在基材上成致密膜状。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，可通过对输入氮气分压，或控制磁偏压，来控制电离度，即控制膜的电阻率。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，可采用掩盖办法，将氮化钛沉积膜制成具有特定电阻值的特定几何形状。

5、根据权利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可将夹持基材的工装夹具制成特定几何形状，掩盖在基材上，将氮化钛溅镀在掩盖区以外的区域。

6、根据权利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可用耐温可水洗涂料涂复在基材上，将氮化钛溅镀在涂复区以外的区域，溅镀后用水洗去涂料。

7、根据权利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可在基材上印刷油墨掩膜，如用感光树脂版印刷，将氮化钛溅镀在掩膜以外的区域。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，涂复方法可以是手描，丝网印刷，喷涂。

9、根据权利要求6、8所述的方法，其特征在于，最方便的涂料是超细瓷土与熟石膏的调水混合物。

10、根据权利要求1至9所述的电发热体，其特征在于，可制成板状电热器件，栅状电热器件，管柱状电热器件，柔性电热器件及特异型电热器件，可通过控制温度并加入其他微量气体（如甲烷）制成彩色电发热体，可用于感应加热。

11、根据权利要求10所述的板状电热器件，其特征在于，可是热菜板，暖脚板等单块板，可将多块电热板组合为电热壁，电热壁的板间电极可有各种引出方式，如用又指状导线引出。

12、根据权利要求10所述的栅状电热元件，其特征在于，可是暖气片。

13、根据权利要求10所述的管状电热元件，其特征在于，其膜可是整体复膜，可是线状复膜，如双螺旋线状复膜。

14、根据权利要求13所述的管状电热元件，其特征在于，可是电热杯，可是电热保温杯，可用于细菌培养杯等小空间温度控制，可用于工业管道加热。

15、根据权利要求10所述的彩色发热体，其特征在于，可用掩膜多次溅镀工艺，在玻璃面、陶瓷面上制作出套色图案。

16、根据权利要求15所述的彩色发热体，其特征在于，可制成装饰性电热器件，用于玻璃窗除霜，浴室除雾等。

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