CN104185317A - 一种双层包压陶瓷发热管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层包压陶瓷发热管，包括外层包压支撑作用流延片、电阻膜、内层包压保护作用流延片和瓷棒，电阻膜贴服于外层包压支撑作用流延片上，内层包压保护作用流延片覆盖在电阻膜上，形成层状整体；层状整体以内层包压保护作用流延片紧贴瓷棒的方式卷制于瓷棒上；在制备电阻膜所用到的电阻浆料的制备过程中，向制备电阻浆料所用到的原料钨粉中添加铂系金属。本发明一种双层包压陶瓷发热管，具有较高的产品生产合格率，提高生产效益；产品质量好，具有较长的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及加热和引燃技术领域，尤其涉及一种双层包压陶瓷发热管。
背景技术
由于生瓷棒热压铸成型，虽经研磨平滑，但其外壁并非绝对光滑，可能隐藏有难以发现的凹坑或凸起等缺陷。现有的方法均为单层包裹工艺，该工艺直接将电阻膜包裹生瓷棒容易于凹坑产生的气泡接触导致后期通电线路氧化，或因凹坑或凸起导致热压时线路塌陷或断裂，造成通电时局部电阻过大或断路等不利影响。大大影响到产品的寿命和失效率。现一般使用纯钨浆料，TCR相对较大，导致需达到相同的稳态功率时所需的启动功率过大，对电路冲击较大易缩短寿命对于难以满足一些对启动功率有特殊要求的用户。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种使用寿命长并且能够提高产品生产合格率和生产效益的双层包压陶瓷发热管。
本发明的上述目的是通过下列技术方案来实现的：
一种双层包压陶瓷发热管，包括外层包压支撑作用流延片、电阻膜、内层包压保护作用流延片和瓷棒，电阻膜贴服于外层包压支撑作用流延片上，内层包压保护作用流延片覆盖在电阻膜上，形成层状整体；层状整体以内层包压保护作用流延片紧贴瓷棒的方式卷制于瓷棒上。
进一步的，在制备电阻膜所用到的电阻浆料的制备过程中，向制备电阻浆料所用到的原料钨粉中添加（一定量的）铂系金属。
进一步的，向制备电阻浆料所用到的原料钨粉中添加铂系金属，其中，钨粉与铂系金属的重量比为1:0.03-1:0.10（优选重量比为1:0.05）。
本发明的有益效果是：
1、避免在瓷棒表面出现凹坑时电阻膜直接接触空气，进而有效地避免了制成电阻膜的钨在高温接触空气的情况下被氧化而导致的电阻变大，能够有效地延长发热管的使用寿命；
2、在瓷棒表面有凹坑或凸起时，能够有效地减缓电阻膜的弯曲程度，保护电阻电路避免出现断裂或塌陷，能够有效地提高产品的生产合格率和产品质量，延长发热管的使用寿命；
3、在制作电阻浆料的钨粉中加入一定量的铂系金属，能够降低启动功率减小启动功率对电路的冲击损伤，进而延长发热管的使用寿命。
附图说明
图1为双层流延片撕裂示意图；
图2为普通发热管的瓷棒表面有凹坑示意图；
图3为本发明发热管瓷棒表面有凹坑示意图；
图4为对电阻膜进行电阻段划分示意图；
图5为普通发热管的瓷棒表面凹坑引起电阻膜塌陷示意图；
图6为本发明在瓷棒表面有凹坑引起电阻膜弯曲示意图；
图7为普通发热管瓷棒表面凸起示意图；
图8为本发明在瓷棒表面有凸起示意图。
具体实施例
下面通过实施例来更加详细的说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
实施例：一种双层包压陶瓷发热管，如图所示，包括外层包压支撑作用流延片1、电阻膜2、内层包压保护作用流延片3和瓷棒4，电阻膜2贴服于外层包压支撑作用流延片1上，内层包压保护作用流延片3覆盖在电阻膜2上，形成层状整体；层状整体以内层包压保护作用流延片3紧贴瓷棒4的方式卷制于瓷棒4上。
图1为双层流延片撕裂示意图，外层印刷的流延片1厚度较厚， 内层包压保护作用流延片3厚度较薄，这样一来不会影响卷制时的塑性。这样做主要是由于瓷棒4热压铸成型，虽经研磨平滑，但其外壁并非绝对光滑，可能隐藏有难以发现的凹坑或凸起等缺陷直接将电阻膜2包裹瓷棒4容易于凹坑产生的气泡接触导致后期通电线路氧化，或因凹坑或凸起导致热压时线路塌陷或断裂，造成通电时局部电阻过大或断路等不利影响。
图2为普通发热管瓷棒4表面有凹坑的状况，对于这种单层的包压方式，当瓷棒4的表面出现凹坑5时电阻膜2与凹坑5中空气直接接触，由于电阻膜2主要成分为钨，钨在空气中高温底下会出现氧化导致电阻变大。在产品使用时不断通电加热，凹坑5处的电阻膜局部电阻变大，由于串联的电路中；根据欧姆定律，电压是根据电阻大小按比例分配的，如图4，可将发热电阻膜2近似看做由n个电阻相同且为R的段，R1为有缺陷的电阻段，根据上述说明，若R1＞R则分配的电压分别为UR1＞UR。根据欧姆定律，串联电路中电流相等，即IR1=IR=I则，功率PR1=URI*I＞PR=UR*I。由于电阻膜2在瓷棒4表面上平均分布，则加热面积S相等。在加热面积相等的情况下功率大的一方（即PR1）加热温度一定高于功率小的一方（PR）.则造成局部温度大于平均温度。如此反复多次，造成R1电阻越来越大，温度越来越高，如此恶性循环。在某一时刻R1的加热温度超过瓷棒承载的温度上限，则出现局部炸裂导致断路继而发热管失效。本发明如图3，保护层（内层包压保护作用流延片3）隔绝了电阻膜2与空气的接触，解决了上述缺陷问题，大大减小了失效率。
图5为普通发热管瓷棒表面凹坑引起电阻膜塌陷的状况，可以明显看出外层包压支撑作用流延片1在热压过程中压塌情况，电阻膜线路受压出现塌陷，甚至是出现断裂（如图中电阻膜裂痕6）或局部伪断裂。此类产品使用多次之后失效率极高。图6所示是本发明在瓷棒表面有凹坑引起电阻膜有弯曲的状况，从图可以看出，内层包压保护作用流延片3起到缓冲和保护的作用，大大的降低了电阻膜2的线路在凹坑中凹陷的程度，对电阻膜2的线路起到保护作用，从而大幅度地提高了发热管的使用寿命。
图7是普通发热管瓷棒表面凸起的状况，与凹坑相类似的，凸起7一样会造成电阻膜2线路的折弯甚至局部断裂（如图中电阻膜裂痕8）或伪断裂。图8是本发明在瓷棒表面有凸起的状况，内层包压保护作用流延片3同样地起到缓冲和保护的作用延长使用寿命。
众所周知的，加热棒在不断的使用后，电阻值会变化，简称衰变。一般的钨浆料时正向衰变，即不断通电后电阻会增大。针对普通的单层包压发热管与双层包压发热管以汽车氧传感器加热棒为例，取单层与双层同款样品各10支，做寿命对比试验如下：
在16V测试电压下通电2分钟，断电2分钟为一个周期，如此循环反复。在空气中裸露加热。如此做的目的是：为了短时间内使加热棒从室温加热至900℃左右，对瓷棒以及加热线路在极限的冷热冲击进行严苛的检验； 16V电压强度相对正常使用时电压更高，对比更加明显。
其测试结果如下：
表1: 普通的单层包压发热管测试结果
去除个别异常项最大最小值，平均衰变为9.475%。
表2: 本发明双层包压发热管测试结果
去除个别异常项最大最小值，平均衰变为5.875%。
对比测试结果，可以看出双层包压的发热管的平均电阻衰变明显低于单层包压的发热管的平均电阻衰变，也即双层包压的发热管寿命有显著提高。
本发明还可以选择使用一种电阻浆料制成电阻膜，这种电阻浆料拥有极小的电阻温度系数（即TCR）以解决启动功率过大，影响到使用寿命的问题。根据电阻电阻温度系数公式：TCR（平均）=公式中R2——高温电阻；R1——初始温度是的电阻；T2——高温温度；T1——初始温度。公式可转换为，R1= 。根据浆料特性，每一个温度都有相对应的电阻。若需要两只外形相同，并且加热面积相同的加热棒达到相同的稳态温度T2，可以表示为两只加热的棒稳态电阻相等且均为R2。如上述公式，TCR为分母，即TCR越小，R1越大，相同的温度下R1与TCR成反比。根据欧姆定律I=U/R，则R1增大，启动电流I减小，启动功率P也随之减小。较小的启动功率对电路的损伤较小，可延长使用寿命。本发明在制备电阻浆料的原料钨粉中按1:0.03-1:0.10的重量比例加入铂系贵金属制成的电阻浆料，可以降低TCR值。当钨粉与铂系金属的重量比为1:0.05混合制成的电阻浆料，其TCR=1265ppm/℃，而传统的纯钨电阻浆料TCR约4000ppm/℃，TCR约降低至原来的1/3。
例如：要求一只使用电压为220V稳态功率为200W的加热棒达到800℃的稳态温度，假设加热面积刚好满足上述功率与温度达到热平衡，即功率为200W时，此加热面积恰好能达到800℃的稳态温度。设初始温度为室温20℃，则可以计算出稳态电阻需达到R2=U2/P=220V2、200W=242Ω；根据上述公式计算，使用传统钨浆初始电阻R1==≈58.73Ω此时启动功率P=U2/R1=824W。同理：使用添加铂系金属的钨浆时的初始电阻为R1′==≈121.81Ω此时启动功率P=U2/R1′=397W。启动功率约减小至原来的1/2，极大的减小了对电路的损伤提高了加热棒的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种双层包压陶瓷发热管，其特征在于：包括外层包压支撑作用流延片、电阻膜、内层包压保护作用流延片和瓷棒，电阻膜贴服于外层包压支撑作用流延片上，内层包压保护作用流延片覆盖在电阻膜上，形成层状整体；层状整体以内层包压保护作用流延片紧贴瓷棒的方式卷制于瓷棒上。
2.根据权利要求1所述的双层包压陶瓷发热管的电阻膜，其特征在于：在制备该电阻膜所用到的电阻浆料的制备过程中，向制备电阻浆料所用到的原料钨粉中添加（一定量的）铂系金属。
3.根据权利要求2所述的双层包压陶瓷发热管的电阻膜，其特征在于：向制备电阻浆料所用到的原料钨粉中添加铂系金属，其中，钨粉与铂系金属的重量比为1:0.03-1:0.10（优选重量比为1:0.05）。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Double Layer Cladding Ceramic Heating Tube Effective date of registration: 20231017 Granted publication date: 20160907 Pledgee: Bank of China Limited Xiamen Xiang'an sub branch Pledgor: XIAMEN GREEN WAY ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980061399 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |