CN105336389A - 一种电子浆料及其制备方法与双面陶瓷发热体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制备发热元件的电子浆料及其制备方法，还涉及一种采用所述电子浆料而制备得到的陶瓷发热体。所述电子浆料由以下质量百分比的组分组成：锰合金粉10.0~40.0%，钼粉8.0~15.0%，钯粉10.0~20.0%，纳米碳粉1.0~5.0%，高岭土1.0~5.0%，滑石粉3.0~10.0%，钛铂粉20.0~35.0%，松油醇10.0~21.0%，蓖麻油1.0~5.0%，氢化蓖麻油0.5~3.0%。所述电子浆料通过合理的组合及配比，其均匀度较高，局部浓度差异小，所制备得到的陶瓷发热体的电阻值差异小，且可以实现对电阻值的调控，产品一致性好，可实现规模生产。所述双面陶瓷发热体采用双面发热的方式，其升温速率快，温度分布均匀，且两面的电阻值差异小，克服了因两面升温速率和温度不一致而造成曲翘甚至发生断裂的问题，使用寿命长，在极速升温设备或领域应用前景广。

Description

一种电子浆料及其制备方法与双面陶瓷发热体

技术领域

本发明主要涉及一种用于制备发热元件的电子浆料及其制备方法，还涉及一种采用所述电子浆料而制备得到的陶瓷发热体。

背景技术

陶瓷加热片是一种通电后板面发热而不带电且无明火的、外形呈圆形或方形的、安全可靠的电加热平板。陶瓷发热片是直接在陶瓷生坯上印刷电子浆料后，在高温下烘烧，然后再经电极、引线处理后，所生产得到的发热元件。通过陶瓷与金属高温共烧技术得到的一种耐腐蚀、绝缘和导热性能良好的发热元件，不含铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯(PBBs)和多溴联苯醚(PBDEs)等有害物质。现有技术中的陶瓷发热片一般采用单面印刷发热线路并置于至少两层陶瓷基板之间制成，但由于单面印刷存在升温速率不够快、温度分布不均（主要受上下两层陶瓷厚度不一致的影响）导致发热线路断开，进而影响发热片使用寿命等诸多问题，特别是在某些需要极速升温设备或领域中的应用受到了限制。

上述问题可通过双面印刷的方式进行解决，而双面成型要求两面的阻值尽可能地接近，否则容易导致两面升温速度和温度不一致，使得陶瓷发热片发生曲翘，当曲翘度大于陶瓷预应力时，就会发生断裂。而两面阻值的差距决定于两面印刷时电子浆料的局部浓度差异，所以为尽量减少两面阻值的差距，在印刷发热线路时，需要保证浆料浓度相同或相近。而浆料局部浓度差异又与浆料的均匀度有关，由于电子浆料属于悬浮液，各成分之间的相互作用以及各成分在溶剂中的分散性对电子浆料的均匀度造成影响。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种均匀度高、局部浓度差异小的电子浆料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种电子浆料，由以下质量百分比的组分组成：锰合金粉10.0~40.0%，钼粉8.0~15.0%，钯粉10.0~20.0%，纳米碳粉1.0~5.0%，高岭土1.0~5.0%，滑石粉3.0~10.0%，钛铂粉20.0~35.0%，松油醇10.0~21.0%，蓖麻油1.0~5.0%，氢化蓖麻油0.5~3.0%。

所述锰合金粉优选为锰铁合金粉，所述锰铁合金粉优选由以下质量百分比的元素组成：锰65.0~75.0%，铁15.0~20.0%，硅5.0~20.0%。

对于小电阻加热元件来说，微小的电阻差异都会引起较大温度变化，在制备陶瓷发热体时，由于电子浆料的均匀度较差，局部浓度存在差异，容易导致所制备得到的陶瓷发热体的电阻值差异较大。发明人发现上述成分及配比的电子浆料均匀度较高，局部浓度差异小，所制备得到的陶瓷发热体的电阻值差异小。

优选地，所述电子浆料由以下质量百分比的材料组成：锰合金粉12.0~20.0%，钼粉8.0~15.0%，钯粉10.0~20.0%，纳米碳粉1.0~5.0%，高岭土1.0~5.0%，滑石粉3.0~10.0%，钛铂粉20.0~35.0%，松油醇10.0~21.0%，蓖麻油1.0~5.0%，氢化蓖麻油0.5~3.0%。

更优选地，所述电子浆料由以下质量百分比的材料组成：锰合金粉12.0~18.0%，钼粉10.0~12.0%，钯粉16.0~18.0%，纳米碳粉3.0~5.0%，高岭土1.0~5.0%，滑石粉3.0~10.0%，钛铂粉20.0~30.0%，松油醇16.0~18.0%，蓖麻油2.0~4.0%；氢化蓖麻油0.5~1.0%。

更优选地，所述电子浆料由以下质量百分比的组分组成：锰合金粉14~16%，钼粉10.0~12.0%，钯粉16.0~18.0%，纳米碳粉3.0~5.0%，高岭土1.0~5.0%，滑石粉3.0~10.0%，钛铂粉20.0~30.0%，松油醇16.0~18.0%，蓖麻油2.0~4.0%；氢化蓖麻油0.5~1.0%。

优选地，所述蓖麻油与氢化蓖麻油之间的质量之比为1~8：1。

更优选地，所述蓖麻油与氢化蓖麻油之间的质量之比为2~4：1。

上述电子浆料可采用现有技术中的一般方法步骤制备而成，优选采用以下步骤：

S1.按比例将锰合金粉、钼粉、钯粉、高岭土、滑石粉和钛铂粉进行混合，然后加入纳米碳粉，搅拌混合，得到混合粉末；

S2.在60~80℃下，按比例将松油醇、蓖麻油、氢化蓖麻油进行混合，得到溶剂；

S3.将所述混合粉末加入到所述溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

本发明的另外一个目的是，将上述电子浆料应用于制备发热元件中。

本发明的另外一个目的是，提供一种新型双面陶瓷发热体。

所述双面陶瓷发热体包括陶瓷基板、位于所述陶瓷基板两面的发热功能元件和与所述发热功能元件相连接的电路引线；所述发热功能元件为采用上述电子浆料所制备而成的发热电子线路。所述发热功能元件的表面涂覆有保护膜。所述陶瓷基板为具有优良绝缘导热性能的高温共烧陶瓷。

所述双面陶瓷发热体采用双面发热的方式，其升温速率快，温度分布均匀。由于采用上述电子浆料所制备而成，位于陶瓷基板两面的发热电子线路的电阻值相同，或两面发热电子线路之间的电阻差小，从而克服了陶瓷发热体两面升温速度和温度不一致而造成曲翘甚至发生断裂的问题。

所述陶瓷基板的一端采用尖形且涂覆一层微米级厚度的透明保护膜，但是透明保护膜不是完全覆盖陶瓷发热片，在两面电极焊盘出没有覆盖所述透明保护膜，尖形的角度数为30~150°；另一端采用翼型方式，方便固定发热片。具体的尖角度数视应用场合而定，需要插入到被加热凝胶或者固体物体内部，则尖角度数尽量小，方便插入。优选地，所述陶瓷基板的尖角度数为45°。进一步地，双面印刷发热电子线路为独立电路，两极采用两套焊点并联方式形成。

所述双面陶瓷发热体的制备方法包括但不限于以下步骤：

S1.制备上述电子浆料；

S2.将所述电子浆料同时涂覆在陶瓷基板的两面上；

S3.对陶瓷基板上的电子浆料进行干燥；

S4.在惰性气体下1500~1600℃保温5~180min。

优选地，所述步骤S2中，采用丝网印刷的方式将所述电子浆料涂覆在陶瓷基板上。丝网印刷采用高目数丝网，两面同时印刷的次数可以是一次，也可以是多次，以保证两面印刷的电子浆料量一致，也通过调整组分和印刷的电子浆料调控发热元件的阻值。优选地，每面发热电子线路的阻值为0.5~3.0Ω。

优选地，所述步骤S3中，采用高能重离子辐照的方式对所述发热电子线路进行干燥。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的电子浆料通过合理的组合及配比，其均匀度较高，局部浓度差异小，所制备得到的陶瓷发热体的电阻值差异小。所述双面陶瓷发热体采用双面发热的方式，其升温速率快，温度分布均匀，且两面的电阻值差异小，克服了因两面升温速度和温度不一致而造成曲翘甚至发生断裂的问题，使用寿命长，并可进行阻值的调控，可批量生产。

附图说明

图1为实施例1所述双面陶瓷发热体的结构示意图。

具体实施方式

通过以下具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。

实施例1

制备电子浆料：

S1.将锰铁合金粉16.0g，钼粉12.0g，钯粉15.0g，高岭土3.0g，滑石粉6.0g，钛铂粉20.0g进行混合，然后加入纳米碳粉5.0g，搅拌混合，得到混合粉末；锰铁合金由以下质量百分比的元素组成：锰70.0%，铁15.0%，硅10.0%。

S2.在60~80℃下，将比例将松油醇18.0g，蓖麻油4.0g，氢化蓖麻油1.0g进行混合，得到溶剂；

S3.将混合粉末慢慢加入到溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

制备双面陶瓷发热体

将上述制备得到的电子浆料采用丝网印刷的方式同时涂覆在陶瓷基板1的两面上，得到发热电子线路2，采用用高能重离子辐照的方式对两面的电子浆料进行干燥；之后在惰性气体下，进行1500℃煅烧，冷却，即得双面陶瓷发热体，如图1所示。

测试

对上述所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路2（正面21和背面22）进行电阻测量，其结果如表2所示。

实施例2

制备电子浆料：

S1.将锰铁合金粉12.0g，钼粉15.0g，钯粉20.0g，高岭土1.0g，滑石粉10.0g，钛铂粉20.0g进行混合，然后加入纳米碳粉1.0g，搅拌混合，得到混合粉末；锰铁合金由以下质量百分比的元素组成：锰70.0%，铁15.0%，硅10.0%。

S2.在60~80℃下，将松油醇16.0g，蓖麻油4.0g，氢化蓖麻油1.0g进行混合，得到溶剂；

S3.将混合粉末慢慢加入到溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对上述所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表2所示。

实施例3

制备电子浆料：

S1.将锰铁合金粉18.0g，钼粉8.0g，钯粉10.0g，高岭土5.0g，滑石粉3.0g，钛铂粉34.0g进行混合，然后加入纳米碳粉5.0g，搅拌混合，得到混合粉末；锰铁合金由以下质量百分比的元素组成：锰70.0%，铁15.0%，硅10.0%。

S2.在60~80℃下，将松油醇12.0g，蓖麻油4.0g，氢化蓖麻油1.0g进行混合，得到溶剂；

S3.将混合粉末慢慢加入到溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对上述所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表2所示。

实施例4

制备电子浆料：

S1.将锰铁合金粉14.0g，钼粉10.0g，钯粉18.0g，高岭土5.0g，滑石粉3.0g，钛铂粉21.0g进行混合，然后加入纳米碳粉3.0g，搅拌混合，得到混合粉末；锰铁合金由以下质量百分比的元素组成：锰70.0%，铁15.0%，硅10.0%。

S2.在60~80℃下，将松油醇21.0g，蓖麻油4.0g，氢化蓖麻油1.0g进行混合，得到溶剂；

S3.将混合粉末慢慢加入到溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对上述所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表2所示。

实施例5

制备电子浆料：

S1.将锰铁合金粉16.0g，钼粉12.0g，钯粉16.0g，高岭土1.0g，滑石粉10.0g，钛铂粉19.0g进行混合，然后加入纳米碳粉3.0g，搅拌混合，得到混合粉末；锰铁合金由以下质量百分比的组分组成：锰70.0%，铁15.0%，硅10.0%。

S2.在60~80℃下，将松油醇18.0g，蓖麻油4.0g，氢化蓖麻油1.0g进行混合，得到溶剂；

S3.将混合粉末慢慢加入到溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对上述所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表2所示。

实施例6

制备电子浆料：

S1.将锰铁合金粉16.0g，钼粉12.0g，钯粉15.0g，高岭土3.0g，滑石粉6.0g，钛铂粉20.0g进行混合，然后加入纳米碳粉5.0g，搅拌混合，得到混合粉末；锰铁合金由以下质量百分比的元素组成：锰65.0%，铁20.0%，硅15.0%。

S2.在60~80℃下，将松油醇18.0g，蓖麻油4.0g，氢化蓖麻油1.0g进行混合，得到溶剂；

S3.将混合粉末慢慢加入到溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对上述所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表2所示。

实施例7

制备电子浆料：

S1.将锰铁合金粉16.0g，钼粉12.0g，钯粉15.0g，高岭土3.0g，滑石粉6.0g，钛铂粉20.0g进行混合，然后加入纳米碳粉5.0g，搅拌混合，得到混合粉末；锰铁合金粉由以下质量百分比的元素组成：锰75.0%，铁15.0%，硅10.0%。

S2.在60~80℃下，将松油醇18.0g，蓖麻油4.0g，氢化蓖麻油1.0g进行混合，得到溶剂；

S3.将混合粉末慢慢加入到溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对上述所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表2所示。

实施例8~13

制备电子浆料：

与实施例1的不同点在于松油醇、蓖麻油和氢化蓖麻油的用量，以及蓖麻油与氢化蓖麻油的质量之比，如表1所示。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对实施例8~13所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表2所示。

表1

表2

对比例1~4

制备电子浆料：

与实施例1的不同点在于松油醇、蓖麻油和氢化蓖麻油的用量，以及蓖麻油与氢化蓖麻油的质量之比，如表3所示。

制备双面陶瓷发热体

其制备的方法步骤与实施例1相同。

测试

对对比例1~4所制备得到双面陶瓷发热体的两面发热电子线路进行电阻测量，其结果如表4所示。

表3

表4

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子浆料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锰合金粉10.0~40.0%，钼粉8.0~15.0%，钯粉10.0~20.0%，纳米碳粉1.0~5.0%，高岭土1.0~5.0%，滑石粉3.0~10.0%，钛铂粉20.0~35.0%，松油醇10.0~21.0%，蓖麻油1.0~5.0%，氢化蓖麻油0.5~3.0%。

2.根据权利要求1所述的电子浆料，其特征在于，由以下质量百分比的材料组成：锰合金粉12.0~20.0%，钼粉10.0~12.0%，钯粉16.0~18.0%，纳米碳粉3.0~5.0%，高岭土1.0~5.0%，滑石粉3.0~10.0%，钛铂粉20.0~30.0%，松油醇16.0~18.0%，蓖麻油2.0~4.0%；氢化蓖麻油0.5~1.0%。

3.根据权利要求1所述的电子浆料，其特征在于，所述蓖麻油与氢化蓖麻油之间的质量之比为1~8：1。

4.根据权利要求3所述的电子浆料，其特征在于，所述蓖麻油与氢化蓖麻油之间的质量之比为2~4：1。

5.一种权利要求1所述电子浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按比例将锰合金粉、钼粉、钯粉、高岭土、滑石粉和钛铂粉进行混合，然后加入纳米碳粉，搅拌混合，得到混合粉末；

S2.在60~80℃下，按比例将松油醇、蓖麻油、氢化蓖麻油进行混合，得到溶剂；

S3.将所述混合粉末加入到所述溶剂中，搅拌1~3h，即得电子浆料。

6.一种权利要求1所述电子浆料在制备发热元件中的应用。

7.一种双面陶瓷发热体，其特征在于，包括陶瓷基板、位于所述陶瓷基板两面的发热功能元件；所述发热功能元件为采用权利要求1~4任一项所述电子浆料所制备而成的发热电子线路。

8.一种双面陶瓷发热体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.制备权利要求1所述的电子浆料；

S2.将所述电子浆料同时涂覆在陶瓷基板的两面上；

S3.对陶瓷基板上的电子浆料进行干燥；

S4.在惰性气体下1500~1600℃保温5-180min。

9.根据权利要求8所述双面陶瓷发热体的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用丝网印刷的方式将所述电子浆料涂覆在陶瓷基板上。

10.根据权利要求8所述双面陶瓷发热体的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用高能重离子辐照的方式进行干燥。