CN104185320B - 一种陶瓷点火器所用加热棒及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷点火器所用加热棒及其制作工艺，陶瓷点火器所用加热棒，包括陶瓷芯棒、电阻膜、绝缘陶瓷座、镍丝以及导线；电阻膜以双层生瓷片作为基片，夹在双层生瓷片之间；电阻膜与镍丝电连接，镍丝用绝缘陶瓷座固定并外接导线；双层生瓷片包覆于陶瓷芯棒的外部，与陶瓷芯棒高温共烧形成整体。其制作工艺主要包括陶瓷芯棒制备、流延片制备、电阻膜制备、陶瓷芯棒与电阻膜结合以及熟瓷棒加工。其优良特点是，体积小，升温速度快，加热温度最高可达1200℃，加热均匀，散热快；使用安全，发热电路与空气隔绝，元件耐酸碱以及其他腐蚀性物质，使用寿命长；元件本身及生产过程符合环保要求，不含有害物质，符合欧盟的环保要求。

Description

一种陶瓷点火器所用加热棒及其制作工艺

技术领域

本发明属引燃技术领域，尤其涉及一种陶瓷点火器所用加热棒及其制作工艺。

背景技术

现在普遍使用的点火器加热棒对于固体、阻燃、抗燃料，特别是可再生燃料如丸状片状或木材等，点火难；在在点火过程中容易产生大量的有害气体，同时燃烧不完全导致热效率不高。而且点火器普遍体积较大，寿命较短，耗费能量，对环境还会造成一定的污染。特别在碱土金属和玻璃相特别低的污染材料中点火通常所需非常高的点火温度。传统的点火器在高温下，出现的电化学腐蚀情况比常规温度下严重得多，想要长期使用在900-1200℃几乎是不可能的。而陶瓷发热棒采用单层印刷流延片包裹陶瓷芯棒制作，容易因瓷棒或印刷片缺陷而导致存在安全隐患，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种引燃快、环境适应能力强、低污染、使用寿命长的陶瓷点火器所用加热棒以及它的制作工艺。

本发明的上述目的是通过下列技术方案来实现的：

一种陶瓷点火器所用加热棒，包括陶瓷芯棒、电阻膜、绝缘陶瓷座、镍丝以及导线；所述电阻膜以双层生瓷片作为基片，夹在双层生瓷片之间；电阻膜与镍丝电连接，镍丝用绝缘陶瓷座固定并外接导线；所述双层生瓷片包覆于陶瓷芯棒的外部，与陶瓷芯棒高温共烧形成整体。

一种陶瓷点火器所用加热棒的制作工艺，包括以下几个步骤：

1）陶瓷芯棒制备：包括瓷料配制、蜡饼制作、压铸成型和瓷芯脱蜡；

瓷料配制，包括以下步骤：①称取如下重量百分比的原料：3000目氧化铝粉92.5%、325目煅烧滑石粉（Mg₃〔Si₄O₁₀〕(OH)₂）4%、高岭土（Al₂0₃·2Si0₂·2H₂0）3%、碳酸钙0.5%；②将上述重量百分比的原料混合后使用卧式球磨机干磨5-8小时，形成瓷粉；③按1：0.005的重量比例向瓷粉中添加表面活性剂继续球磨2-5小时，即制成瓷料；

蜡饼制作，包括以下步骤：①以100℃的温度条件对瓷料加热1.5小时；②向快速搅拌机中加入如下重量百分比的物料：已熔融液态半精炼石蜡19%、分散剂0.2-4%、表面活性剂0.5-2%，快速搅拌；在搅拌的过程中将经步骤①加热后的瓷粉分成若干次添加到快速搅拌机中与其它物料混合搅拌，加入瓷粉总量占搅拌物料总重量的75-80.3%，共搅拌1-4小时，得瓷浆；③将瓷浆泄入慢速搅拌机中进行加热慢速搅拌，将瓷浆中含有的气泡以搅拌方式排出，搅拌时间为8小时；④将完成步骤③的瓷浆倒入有规则容器中，待瓷浆冷却凝固后倒出，即得蜡饼。

压铸成型，包括以下步骤：①将蜡饼敲碎放入容器中，加热升温使蜡饼融解为蜡浆，将蜡浆搅拌4-6小时，使蜡浆均匀；②将蜡浆倒入热压注机中，配合模具压注制成生坯瓷芯。

瓷芯脱蜡，包括以下步骤：①向泥坯烧成的匣钵中加入约占匣钵容积1/3的吸附剂（即煅烧过的氧化铝粉），将生坯瓷芯按瓷芯间距与直径比为1:1.3进行排装，排装完毕后往匣钵中加入吸附剂直至将生坯瓷芯完全覆盖；②将完成步骤①的匣钵排列在陶瓷脱蜡炉中进行脱蜡作业；③将脱蜡之后的生坯瓷芯进行长度和直径的磨削使生坯瓷芯尺寸一致，并且磨除生坯瓷芯外表面的缺陷使生坯瓷芯光滑，得陶瓷芯棒；

2）流延片制备，包括以下步骤：①称取如下重量份的原料：ɑ-Al₂O₃92-95份、高岭土1-4份、滑石4-6份、碳酸钙0.2-0.6份、氧化锆10-20份、氧化镧0.5份；②在上述称好的原料中加入分散剂磷酸三酯、溶剂异丙醇和甲苯，混合之后放入球磨罐中，料球比为1:2，设定球磨转速200r/min，进行球磨混合5小时；③向经步骤②球磨混合形成的浆料中添加粘结剂PVB和塑性剂聚乙二醇，继续球磨8小时；④将完成步骤③的浆料经过真空除泡，过滤，流延成型，干燥等工艺，制成外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片；

3）电阻膜制备及压层，包括以下步骤：①称取如下重量份的原料：钨粉82.6份、有机溶剂17.4份；②将所称钨粉在150℃的温度条件下烘干1小时，再过300目筛；③向筛下物中加入上述有机溶剂（塑化剂、粘结剂、分散剂之类金属浆料行业通用的有机溶剂，以使金属粉料均匀分散与悬浮在溶剂中），搅拌均匀后，倒入研磨机中研磨半小时，即制成浆料；④利用所制得的浆料印刷电阻膜，使电阻膜覆盖于外层包压支撑作用流延片上；⑤经过60kg/f热等静压将外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片紧密贴合在一起（使电阻膜夹在外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片之间），制成双层生瓷片。

4）陶瓷芯棒与双层生瓷片结合：将步骤3）中制成的双层生瓷片切割成适当的尺寸，通过卷棒器将切割成适当尺寸的双层生瓷片以内层包压保护作用流延片在内侧的方位卷制于陶瓷芯棒上，再经过200Kg/f静压，然后在1650℃左右的高温下共烧，使双层生瓷片和陶瓷芯棒结合为一体；

5）熟瓷棒加工：剔除步骤4）所制得的可能影响使用性能或产品寿命的不良品；良品进行电极镀镍，钎焊引线，制成加热棒；对加热棒进行测试，（合格品）包装入库。

本发明的有益效果是：1）、结构简单紧凑，体积小；2）升温速度快，加热温度最高可达1200℃，加热均匀，散热快；3）、使用安全，发热电路与空气隔绝，元件耐酸碱以及其他腐蚀性物质，使用寿命长；4）元件本身及生产过程符合环保要求，不含铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚、苯等有害物质，符合欧盟（ROHS及WEEE）的环保要求。

附图说明

图1是本发明陶瓷点火器所用加热棒的结构图；

图2是本发明加热棒工作时燃烧室的截面图；

图3是印刷好的电阻膜示意图。

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。

一种陶瓷点火器所用加热棒，如图1所示，包括陶瓷芯棒11、电阻膜12、绝缘陶瓷座13、镍丝14以及导线15；所述电阻膜12以双层生瓷片作为基片，夹在双层生瓷片之间；电阻膜12与镍丝14电连接，镍丝14用绝缘陶瓷座13固定并外接导线15；所述双层生瓷片包覆于陶瓷芯棒11的外部，与陶瓷芯棒11高温共烧形成整体。结构简单紧凑，升温速度快，加热均匀，使用安全，耐腐蚀，而且环保节能。如图2所示，为发热棒工作时燃烧室截面图，21燃料；22燃烧室；23保护管；24加热棒。工作原理：24加热棒通电加热，温度可升至900-1200℃，并同时往加热棒内孔输送气流，气流经过加热产生高温气流并透过通风的保护管将高温气流送至燃烧室内部，使燃料在短时间内达到着火点。

一种陶瓷点火器所用加热棒的制作工艺，包括以下几个步骤：

1）陶瓷芯棒制备：包括瓷料配制、蜡饼制作、压铸成型和瓷芯脱蜡这几个步骤；

瓷料配制，又包括以下步骤：①称取如下重量百分比的原料：3000目（过3000目筛的筛下物）氧化铝粉92.5%、325目（过325目筛的筛下物）煅烧滑石粉（Mg₃〔Si₄O₁₀〕(OH)₂）4%、高岭土（Al₂0₃·2Si0₂·2H₂0）3%、碳酸钙0.5%；②将上述重量百分比的原料混合后使用卧式球磨机干磨5-8小时，形成瓷粉；③按1：0.005的重量比例向瓷粉中添加表面活性剂（表面活性剂与瓷粉的重量比为1：0.005）继续球磨2-5小时，即制成瓷料；

蜡饼制作，又包括以下步骤：①以100℃的温度条件对瓷料加热1.5小时；②向快速搅拌机中加入如下重量百分比的物料：已熔融液态半精炼石蜡19%、分散剂0.2-4%、表面活性剂0.5-2%，快速搅拌；在搅拌的过程中将经步骤①加热后的瓷粉分成若干次添加到快速搅拌机中与其它物料混合搅拌，加入瓷粉总量占搅拌物料总重量的75-80.3%，共搅拌1-4小时，得瓷浆；③将瓷浆泄入慢速搅拌机中进行加热慢速搅拌，将瓷浆中含有的气泡以搅拌方式排出，搅拌时间为8小时；④将完成步骤③的瓷浆倒入有规则容器中，待瓷浆冷却凝固后倒出，即得蜡饼。

压铸成型，又包括以下步骤：①将蜡饼敲碎放入容器中，加热升温使蜡饼融解为蜡浆，将蜡浆搅拌4-6小时，使蜡浆均匀；②将蜡浆倒入热压注机中，其设备中油桶温度、出浆口温度和压缩空气压力按需求设定，将模具的进浆口对准注机出浆口，脚踏压缩机阀门，压浆装置的顶杆把模具压紧，同时压缩空气进入浆桶，把浆料压入模内。维持短时间后，停止进浆，排出压缩空气。把模具打开，将硬化的坯体取出，用小刀削去注浆口注料，修整后得到合格的生坯瓷芯。

瓷芯脱蜡，又包括以下步骤：①向泥坯烧成的匣钵中加入约占匣钵容积1/3的吸附剂（即煅烧过的氧化铝粉），将生坯瓷芯按瓷芯间距与直径比为1:1.3进行排装，排装完毕后往匣钵中加入吸附剂直至将生坯瓷芯完全覆盖；②将完成步骤①的匣钵排列在陶瓷脱蜡炉中进行脱蜡作业；其中，脱蜡炉设定的程序参数中脱蜡阶段200-300℃升温时间为15H，最高温度为1300℃（最高温利于后道工序的操作和成品率的提高）；③将脱蜡之后的生坯瓷芯进行长度和直径的磨削使生坯瓷芯尺寸一致，并且磨除生坯瓷芯外表面的缺陷使生坯瓷芯光滑，得陶瓷芯棒；

2）流延片制备，包括以下步骤：①称取如下重量份的原料：ɑ-Al₂O₃92-95份、高岭土1-4份、滑石4-6份、碳酸钙0.2-0.6份、氧化锆10-20份、氧化镧0.5份（氧化锆和氧化镧对基体材料有良好的增韧效果）；②在上述称好的原料中加入分散剂磷酸三酯、溶剂异丙醇和甲苯，混合之后放入球磨罐中，料球比为1:2，设定球磨转速200r/min，进行球磨混合5小时；③向经步骤②球磨混合形成的浆料中添加粘结剂PVB和塑性剂聚乙二醇，继续球磨8小时；④将完成步骤③的浆料经过真空除泡，过滤，流延成型，干燥等工艺，制成外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片；

3）电阻膜制备及压层，包括以下步骤：①称取如下重量份的原料：钨粉82.6份、有机溶剂（塑化剂、粘结剂、分散剂之类金属浆料行业通用的有机溶剂，以使金属粉料均匀分散与悬浮在溶剂中）17.4份；②将所称钨粉在150℃的温度条件下烘干1小时，再过300目筛；③向筛下物中加入上述有机溶剂，搅拌均匀后，倒入研磨机中研磨半小时，即制成浆料；④利用所制得的浆料印刷电阻膜，使电阻膜覆盖于外层包压支撑作用流延片上；印刷好的电阻膜如图3所示，31为加热线路，32为引出电极，在32引出电极处打孔再在背面印刷电极即可将电极引至外部；⑤经过60kg/f热等静压将外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片紧密贴合在一起（使电阻膜夹在外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片之间），制成双层生瓷片。通过此方法确保了发热线路内部与外部隔绝，即使陶瓷芯棒表面有一些缺陷，如：凹坑、凸起等，内层流延片亦可起到隔绝和缓冲的作用，避免线路折断和与控空气接触，进而延长发热管的使用寿命。

4）陶瓷芯棒与双层生瓷片结合：将步骤3）中制成的双层生瓷片切割成适当的尺寸，通过卷棒器将切割成适当尺寸的双层生瓷片以内层包压保护作用流延片在内侧的方位卷制于陶瓷芯棒上，再经过200Kg/f静压，然后在1650℃左右的高温下共烧，使双层生瓷片和陶瓷芯棒结合为一体，制成熟瓷棒；每一道工艺都应有相应的检验设备或人员。

5）熟瓷棒加工：烧结后的熟瓷棒难免有很多缺陷，且此类缺陷烧结前不易发现，所以烧结完成后的熟瓷棒必须经过严格的检验。必须剔除步骤4）所制得的可能影响使用性能或产品寿命的不良品；良品进行电极镀镍，钎焊引线，制成加热棒；对加热棒进行测试，（合格品）包装入库。

本发明的流延片制备过程中，混合溶剂二甲苯/正丁醇对粉料的润湿性能最好，粉体的悬浮性能和浆料流变性能最佳，从而制备出适合流延和大功率电路用绝缘基板的氧化铝生瓷片。该瓷片制备方法不仅工艺简化，成分易控制，而且烧结时的密度快速增长移向较高温度，有利于烧尽来自生片和浆料的有机物和降低基片的高温变形。同时，该氧化铝生瓷片具有适中的介电常数、较低的介电损耗、较小的温度系数等特性，能满足陶瓷介质及其他功率电路板使用性能及工艺要求。相比于传统的点火装置，使用本发明加热棒的陶瓷点火器制造简单，结构紧凑紧凑，成本低廉。加热元件与外部绝缘，并且还耐腐蚀和抗氧化。它具有很好的机械强度和硬度，该技术还可以将产品小型化。加热元件的电接触优选覆盖有陶瓷浇注化合物，从而隔离电和有害的环境影响，例如：水涝或高湿度。能够可靠的避免加热元件的电接触件之间的短路，用于点燃固体、阻燃和抗燃料，特别是对于可再生燃料，如丸状、片状或玉米、谷物等的木材和原木，本发明是一种理想的点火装置可以节能、低排且快速的引燃物料。

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，对于木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 (1)

1.一种陶瓷点火器所用加热棒的制作工艺，其特征在于：所述加热棒包括陶瓷芯棒、电阻膜、绝缘陶瓷座、镍丝以及导线；所述电阻膜以双层生瓷片作为基片，夹在双层生瓷片之间；电阻膜与镍丝电连接，镍丝用绝缘陶瓷座固定并外接导线；所述双层生瓷片包覆于陶瓷芯棒的外部，与陶瓷芯棒高温共烧形成整体；

所述加热棒的制作工艺包括以下几个步骤：

1)陶瓷芯棒制备：包括瓷料配制、蜡饼制作、压铸成型和瓷芯脱蜡；

瓷料配制，包括以下步骤：①称取如下重量百分比的原料：3000目氧化铝粉92.5％、325目煅烧滑石粉(Mg₃〔Si₄O₁₀〕(OH)₂)4％、高岭土(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)3％、碳酸钙0.5％；②将上述重量百分比的原料混合后使用卧式球磨机干磨5-8小时，形成瓷粉；③按1：0.005的重量比例向瓷粉中添加表面活性剂继续球磨2-5小时，即制成瓷料；

蜡饼制作，包括以下步骤：①以100℃的温度条件对瓷料加热1.5小时；②向快速搅拌机中加入如下重量百分比的物料：已熔融液态半精炼石蜡19％、分散剂0.2-4％、表面活性剂0.5-2％，快速搅拌；在搅拌的过程中将经步骤①加热后的瓷粉分成若干次添加到快速搅拌机中与其它物料混合搅拌，加入瓷粉总量占搅拌物料总重量的75-80.3％，共搅拌1-4小时，得瓷浆；③将瓷浆泄入慢速搅拌机中进行加热慢速搅拌，将瓷浆中含有的气泡以搅拌方式排出，搅拌时间为8小时；④将完成步骤③的瓷浆倒入有规则容器中，待瓷浆冷却凝固后倒出，即得蜡饼；

压铸成型，包括以下步骤：①将蜡饼敲碎放入容器中，加热升温使蜡饼融解为蜡浆，将蜡浆搅拌4-6小时，使蜡浆均匀；②将蜡浆倒入热压注机中，配合模具压注制成生坯瓷芯；

瓷芯脱蜡，包括以下步骤：①向泥坯烧成的匣钵中加入约占匣钵容积1/3的吸附剂，将生坯瓷芯按瓷芯间距与直径比为1:1.3进行排装，排装完毕后往匣钵中加入吸附剂直至将生坯瓷芯完全覆盖；②将完成步骤①的匣钵排列在陶瓷脱蜡炉中进行脱蜡作业；③将脱蜡之后的生坯瓷芯进行长度和直径的磨削使生坯瓷芯尺寸一致，并且磨除生坯瓷芯外表面的缺陷使生坯瓷芯光滑，得陶瓷芯棒；

2)流延片制备，包括以下步骤：①称取如下重量份的原料：ɑ-Al₂O₃92-95份、高岭土1-4份、滑石4-6份、碳酸钙0.2-0.6份、氧化锆10-20份、氧化镧0.5份；②在上述称好的原料中加入分散剂磷酸三酯、溶剂异丙醇和甲苯，混合之后放入球磨罐中，料球比为1:2，设定球磨转速200r/min，进行球磨混合5小时；③向经步骤②球磨混合形成的浆料中添加粘结剂PVB和塑性剂聚乙二醇，继续球磨8小时；④将完成步骤③的浆料经过真空除泡，过滤，流延成型，干燥等工艺，制成外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片；

3)电阻膜制备及压层，包括以下步骤：①称取如下重量份的原料：钨粉82.6份、有机溶剂17.4份；②将所称钨粉在150℃的温度条件下烘干1小时，再过300目筛；③向筛下物中加入上述有机溶剂，搅拌均匀后，倒入研磨机中研磨半小时，即制成浆料；④利用所制得的浆料印刷电阻膜，使电阻膜覆盖于外层包压支撑作用流延片上；⑤经过60kg/f热等静压将外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片紧密贴合在一起，使电阻膜夹在外层包压支撑作用流延片和内层包压保护作用流延片之间，制成双层生瓷片；

4)陶瓷芯棒与双层生瓷片结合：将步骤3)中制成的双层生瓷片切割成适当的尺寸，通过卷棒器将切割成适当尺寸的双层生瓷片以内层包压保护作用流延片在内侧的方位卷制于陶瓷芯棒上，再经过200Kg/f静压，然后在1650℃左右的高温下共烧，使双层生瓷片和陶瓷芯棒结合为一体；

5)熟瓷棒加工：剔除步骤4)所制得的可能影响使用性能或产品寿命的不良品；良品进行电极镀镍，钎焊引线，制成加热棒；对加热棒进行测试，合格品包装入库。