CN104797016A - 一种无机非金属半导体远红外电热膜材料及制备工艺 - Google Patents

一种无机非金属半导体远红外电热膜材料及制备工艺 Download PDF

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李顺发
陈德政
袁超
杨滨
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Abstract

本发明公开了一种无机非金属半导体远红外电热膜材料及制备工艺，所述无机非金属半导体远红外电热膜材料以结构材料、粘接材料、功能材料、改性材料和溶剂为原料，通过配料称重、湿法球磨、涂覆在陶瓷、高温烧结、制备电极制备而成。本发明的优点是长期使用温度达700℃，不含铅、汞、镉、六价铬、PBB、PBDES等有毒物质，具有半导体和远红外特性、性能稳定、寿命长，能在2.4-380V交流或直流电压下使用。

Description

一种无机非金属半导体远红外电热膜材料及制备工艺
技术领域
    本发明涉及固体电子与电加热技术及制造领域，尤其涉及一种无机非金属半导体远红外电热膜材料及制备工艺。
背景技术
九十年代，人们称之为“新材料革命”的年代已经过去，而导电发热材料是当代节能材料中发展较快的材料之一。目前，人们已研制出了许多新型的电热材料涂层，它与传统的电热丝发热材料相比，具有一系列优点，如导电率高，有明显的自限温特性；在基体上直接涂覆导电发热膜，热效率高；发热膜与基体粘结力强，使用寿命长；不同交直流电源都可适用，产品便于系列化，标准化。
依据现有半导体电热膜专利技术和专利案，要在于制作工艺中镀膜源溶液配方、成膜效率的有效控制、成膜均匀性和稳定性等方面研究改进。但均未彻底解决电热膜制备过程对温度要求过高、及使用过程普遍存在功率衰减过快、批量生产一致性差等问题。目前，业内的电热膜还存在不能在高温下长期使用，寿命较短、性能不稳定、重金属污染的问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种无机非金属半导体远红外电热膜材料及制备工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无机非金属半导体远红外电热膜材料，由结构材料、粘接材料、功能材料、改性材料和溶剂制备而成，其中结构材料、功能材料、粘接材料、特性改性材料和溶剂相互的重量比如下：
结构材料与功能材料的重量比为：1：5.5-6.5；
改性材料与功能材料的重量比为：1：15-25；
粘接材料与结构材料、功能材料和改性材料重量和的重量比为：1：1.8-2.2；
溶剂与粘接材料、结构材料、功能材料和改性材料重量和的重量比为：2-4：1。
较优地，所述结构材料包括氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钠、氧化钾、氧化钙中的一种或几种，所述功能材料包括硼、碳、硅、硒等非金属单质中的一种或几种，所述粘接材料包括为氧化硅、氧化硼，氧化钛、玻璃粉中的一种或几种，所述改性材料包括氧化镧、氧化铈、氧化镁、氧化锑、氧化铜、普通碳酸锂中的一种或几种，所述溶剂包括蓖麻油、乙醇、松油醇、正丁醇、邻苯二甲酸二辛脂、丙三醇、乙基纤维素中的一种或几种；
一种无机非金属半导体远红外电热膜材料制备工艺，包括如下步骤 ：
（a）配料称重：结构材料9-11Kg；功能材料55-65Kg；改性材料2.8-3.1Kg；粘接材料32-37Kg；
（b）湿法球磨：将上述材料加入球磨机，并加入溶剂290-310Kg，高速球磨5h，制成电热膜浆料；
（c）将步骤（b）制得的电热膜浆料按产品形状不同，采用喷涂、印刷或浸附的方式涂覆在陶瓷基体上；
（d）将附有浆料的陶瓷材料，放入高温烧结窑烧结；
（e）烧结冷却后在电热膜间通过钎焊、热喷涂或化学镀制备两个或若干电极。
较优地，步骤（a）中结构材料10Kg，功能材料60Kg，改性材料3Kg，粘接材料35Kg 。
较优地，步骤（b）中溶剂为305Kg。
较优地，步骤（d）的温度曲线为升温段30-600℃升温时间1h、600-900℃升温时间0.5h、高温段900-1200℃升温时间2h、1200℃降至室温降温时间0.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种无机非金属半导体远红外电热膜材料长期使用温度达700℃，不含铅、汞、镉、六价铬、PBB、PBDES等有毒物质，具有半导体和远红外特性、性能稳定、寿命长，能在2.4-380V交流或直流电压下使用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明进行较为详细的说明。
一种无机非金属半导体远红外电热膜材料，由结构材料、粘接材料、功能材料、改性材料和溶剂制备而成。
结构材料主要用于形成电热膜材料的“骨架”，通过不同的配比和工艺，使之与不同特性陶瓷基体形成一体。结构材料包括氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钠、氧化钾、氧化钙中的一种或几种。
功能材料主要起到导电和产生远红外的功能，不同的配比和制备工艺，可以得到不同的导电率和远红外发射率。功能材料包括硼、碳、硅、硒等非金属单质中的一种或几种。
粘接材料主要起粘合作用，形成电热膜材料的“晶界相”，与功能材料组合成导电发热线路，功能材料与粘接材料的比例影响材料的电阻率。粘接材料包括氧化硅、氧化硼、氧化钛、玻璃粉中的一种或几种。
改性材料的主要作用是在一定的工艺条件下，改变原有材料的特性(如：导电率、膨胀系数、表面特性等)，达到产品设计的要求。改性材料包括氧化镧、氧化铈、氧化镁、氧化锑、氧化铜、普通碳酸锂中的一种或几种。
溶剂主要用于材料在制备过程中的稀释、分散、流平等。溶剂包括蓖麻油、乙醇、松油醇、正丁醇、邻苯二甲酸二辛脂、丙三醇、乙基纤维素中的一种或几种。
本发明中结构材料、功能材料、粘接材料、特性改性材料和溶剂相互的重量比如下：
结构材料与功能材料的重量比为：1：5.5-6.5；
改性材料与功能材料的重量比为：1：15-25；
粘接材料与结构材料、功能材料和改性材料重量和的重量比为：1：1.8-2.2；
溶剂与粘接材料、结构材料、功能材料和改性材料重量和的重量比为：2-4：1。
所述无机非金属半导体远红外电热膜材料制备工艺， 包括如下步骤 ：
（1）配料称重：结构材料氧化铝6Kg、氧化镁1Kg、氧化锆2Kg、氧化钙1Kg；功能材料单质硅50Kg、碳10Kg；改性材料氧化铈1Kg、氧化锑2Kg；粘接材料玻璃粉35Kg
（2）湿法球磨：将上述材料加入球磨机，并加入乙醇280Kg、乙基纤维素15Kg、蓖麻油5Kg、松油醇5Kg，高速球磨5h，制成电热膜浆料。
（3）将步骤（2）制得的电热膜浆料按产品形状不同，采用喷涂、印刷或浸附的方式涂覆在陶瓷基体上，涂层厚度与电热膜方阻成反比。
（4）将附有浆料的陶瓷材料，放入高温烧结窑烧结，温度曲线为升温段30-600℃升温时间1h、600-900℃升温时间0.5h、高温段900-1200℃升温时间2h、1200℃降至室温降温时间0.5h。温度与电热膜方阻成反比。
（5）烧结冷却后在电热膜间通过钎焊、热喷涂或化学镀制备两个或若干电极。

Claims (5)

1.一种无机非金属半导体远红外电热膜材料，其特征在于，由结构材料、粘接材料、功能材料、改性材料和溶剂制备而成，其中结构材料、功能材料、粘接材料、特性改性材料和溶剂相互的重量比如下：
结构材料与功能材料的重量比为：1：5.5-6.5；
改性材料与功能材料的重量比为：1：15-25；
粘接材料与结构材料、功能材料和改性材料重量和的重量比为：1：1.8-2.2；
溶剂与粘接材料、结构材料、功能材料和改性材料重量和的重量比为：2-4：1。
2.根据权利要求1所述的一种无机非金属半导体远红外电热膜材料，其特征在于，所述结构材料包括氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钠、氧化钾、氧化钙中的一种或几种，所述功能材料包括硼、碳、硅、硒等非金属单质中的一种或几种，所述粘接材料包括为氧化硅、氧化硼，氧化钛、玻璃粉中的一种或几种，所述改性材料包括氧化镧、氧化铈、氧化镁、氧化锑、氧化铜、普通碳酸锂中的一种或几种，所述溶剂包括蓖麻油、乙醇、松油醇、正丁醇、邻苯二甲酸二辛脂、丙三醇、乙基纤维素中的一种或几种；
根据权利要求1所述的一种无机非金属半导体远红外电热膜材料制备工艺，其特征在于，包括如下步骤 ：
（a）配料称重：结构材料9-11Kg；功能材料55-65Kg；改性材料2.8-3.1Kg；粘接材料32-37Kg；
（b）湿法球磨：将上述材料加入球磨机，并加入溶剂290-310Kg，高速球磨5h，制成电热膜浆料；
（c）将步骤（b）制得的电热膜浆料按产品形状不同，采用喷涂、印刷或浸附的方式涂覆在陶瓷基体上；
（d）将附有浆料的陶瓷材料，放入高温烧结窑烧结；
（e）烧结冷却后在电热膜间通过钎焊、热喷涂或化学镀制备两个或若干电极。
3.根据权利要求3所述的一种无机非金属半导体远红外电热膜材料制备工艺，其特征在于，步骤（a）中结构材料10Kg，功能材料60Kg，改性材料3Kg，粘接材料35Kg 。
4.根据权利要求3所述的一种无机非金属半导体远红外电热膜材料制备工艺，其特征在于，步骤（b）中溶剂为305Kg。
5.根据权利要求3所述的一种无机非金属半导体远红外电热膜材料制备工艺，其特征在于，步骤（d）的温度曲线为升温段30-600℃升温时间1h、600-900℃升温时间0.5h、高温段900-1200℃升温时间2h、1200℃降至室温降温时间0.5h。
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