CN107454691B

CN107454691B - 一种发热体

Info

Publication number: CN107454691B
Application number: CN201710671607.6A
Authority: CN
Inventors: 彭虎; 刘建平; 刘忠; 夏广斌
Original assignee: Hunan Yuanchuang High Tech Industrial Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Yuanchuang High Tech Industrial Technology Co ltd
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2037-08-08
Also published as: CN107454691A

Abstract

本发明提供了一种发热体，除基面外包括第一绝缘层、发热层、第二绝缘层以及发热层上设置的输入电极及多个配流电极；第一绝缘层、发热层及第二绝缘层均为连续涂层；输入电极和配流电极呈不连续岛状叠加在所述发热层上，多个所述配流电极之间根据需要进行连接，部分所述配流电极之间通过引线互联或直接通过金属化进行互联；输入电极上连接电极导线；基面为包括平面、曲面及折面在内的任何几何表面。本发明在固化完成后所得发热元件为高强度的全无机材质，耐高温抗老化，无间隙发热层设计，适用面广，应用灵活。

Description

一种发热体

技术领域

本发明涉及加热元件技术领域，特别地，涉及一种能广泛应用于各种液体加热应用场合小体积低成本的新型大功率面发热体。

背景技术

现有产品中的电发热方案多数基于管状电热元件。例如，电热管以金属管为外壳(包括不锈钢、紫铜管)，沿管内中心轴向均布螺旋电热合金丝(镍铬、铁铬合金)，其空隙填充压实具有良好绝缘导热性能的氧化镁砂，管口两端用陶瓷玻璃等密封。制造工艺成熟，性能稳定，适用面广。这种管状结构限制了这种产品的应用，比如在电热水壶上应用时，需要额外预留出电热管厚度的空间，还需要在壶底增加铝质均热板等；应用于热水龙头时，电热管应尽量做细，但这样会增大失效和触电的风险；应用于更大功率热体加热场合，如快速电热水器时，需要相应增加电热管的规格(主要是长度和管子数目)，这样做会明显增大热水器尺寸。

以上问题的根本原因是因为电热管自身属于细长管状发热体，有限的发热面积决定大功率或大面积加热时只能采用多根发热管的方案，导致发热体占用大量空间。

陶瓷发热体具有发热功率密度大、耐用性强、安全性好等优点，但由于工艺限制，陶瓷发热体的尺寸较小，增大发热功率只能采用追加多个发热体方式，大大增加了加热装备的装配尺寸和装配难度，同时也降低了工作可靠性和安全性；PTC陶瓷发热体由于结构特性，也被同样问题困扰。

现有实用新型专利CN2562539Y提供一种涂层发热原件，其发热层为膏体，限制于两矩形电极板中间，其结构类似于PTC陶瓷发热体，该技术的问题在于两电极板难以定位，容易出现由于间距过小导致的过热点甚至是短路情况，该结构过于脆弱。实用新型专利CN2140122Y提出一种涂层发热体并提供了该发热体的特征，但未提供任何确保该技术实用化的技术方案。实用新型专利CN202918520U及发明专利CN101419850B、CN101740160B为同一发明权人系列专利，提供了一种具有代表性的基于铝基板的厚膜电阻发热体的方案，以及与之对应的针对低温体系的低温介质浆料的提供方案，其固化温度仍需在550℃左右的高温。发明专利CN103281813A提供一种替代基于掺杂二氧化锡电热膜(ATO)的层状电热膜产品，通过可控软化点的玻璃保护层以及碳组分进行物理及化学保护，提供较高的使用温度和使用寿命，其不足是需烧结制备，同时价格不菲。发明专利CN103491660A提供了详细的制作无机电阻厚膜的暖墙玻璃的方法，其最大优点是使用了纯无机材质，避免发热厚膜产品的脱胶和老化，该方案必须经过400～700℃的钢化烧结处理，需要在专用设备中完成操作，无法制成超大面积的发热膜产品。发明专利CN10447000A提供一种以硅胶为粘结剂的发热部件为镍铬或铁铬材质金属线圈的涂层发热体方案，采用无机硅胶为粘结剂确保涂层具备良好悟性，该方案依赖于预制金属线圈发热，难以做到均匀发热，且存在组装上的困难。发明专利88100015.9公开一种无机发热膜的制造方法，其核心是在绝缘体表面得到半导体金属氧化物薄膜。专利98124724.5及专利CN104529182A对该专利技术进行了改进，其核心均为对基面进行导电化改性，得到面发热原件，其问题是适用基面种类少，需要500～750℃的高温处理。发明专利CN105188164A提供一种以石墨烯为导电物质的面状电热产品，其成膜物质为有机物，耐用性和使用温度都存在问题。

本发明基于面发热体的应用优势，以无机成膜物和导电、导热功能填料代替传统有机成膜物及金属丝线，得到应用性能良好、应用面广的新型发热体产品。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型发热体技术，以解决现有发热元件占用体积大、适用面窄的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种发热体，除基面1外还包括第一绝缘层2、发热层3或发热电路、第二绝缘层4以及发热层3上设置的输入电极5及多个配流电极6；

所述第一绝缘层2、所述发热层3及所述第二绝缘层4均为连续涂层；所述输入电极5及所述配流电极6呈不连续岛状叠加在所述发热层3上，

所述输入电极5上连接电极导线7；

所述基面1为包括平面、曲面及折面在内的任何几何表面；

所述第一绝缘层2、发热层3、第二绝缘层的厚度为25～500μm。

优选的，所述配流电极6及输入电极5为表层作金属化处理的发热层3或发热电路，电极之间根据需要保持彼此孤立或进行电连接；所述电连接的连接方式为引线互联或直接表面金属化。

优选的，多个配流电极6通过以下方式实现功率密度渐变方式的加热：依次呈渐变图形的配流电极6彼此均匀阵列方式排布，或相同图形的配流电极6彼此平行且呈梯度变化地嵌布分布于所述发热层3上，或相同图形均匀配列的的配流电极6彼此间按特定角度排列，或以上述方式的任两种或三种方式的组合。

优选的，所述发热层3、第一绝缘层2和第二绝缘层4的材质为以无机纳米SiO₂或无机纳米Al₂O₃树脂成膜剂与功能填料按比例组成的无机纳米复合材料；

所述发热层及绝缘层包括以下组成：10～35％无机纳米树脂成膜剂、65～90％功能填料；

所述第一绝缘层2和第二绝缘层4中的功能填料为SiC、BN、Al₂O₃、金刚石粉中的一种或多种与云母的混合物，所述混合物粒度为0.1～50μm；

所述发热层中的功能填料为石墨、金属、石墨夹层化合物、炭黑中至少一种或一种以上的混合物，所述混合物粒度为0.1～50μm。

优选的，用于得到所述发热层及绝缘层的涂料浆的组成为：按重量计40～70份无机纳米树脂成膜剂、30～60份功能填料；1～5份调整剂；上述各组分重量之和为100；

所述1～5份调整剂中包含0.2～3份填料改性与分散剂、0.1～0.5份的粘度调整剂、0.01～0.1份抗开裂剂、0.5～4.5份的蒸发速度调整剂；

所述40～70份无机纳米树脂成膜剂中包含10～45份无机纳米树脂、0.05～1.5份的树脂稳定改性剂，其余为溶剂；溶剂为一种或一种以上碳链数2～4之间的一元醇或其混合物；

所述稳定改性剂为鎓碱或具有小分子有机酸根的鎓盐，所述鎓碱或鎓盐的中心原子为氮、磷、氧、硫、钛或溴。

一种如上述的发热体的制造方法，包括以下步骤：

步骤A、制备功能涂料浆：

将所述填料改性与分散剂、比要求用量富余5％～25％的功能填料以及1/4～1/2要求用量的所述无机纳米树脂按比例混合后球磨5min～168h，控制混磨过程浆料温度控制不高于45℃，分析粒度达到D90＝0.5～20μm，得到填料浆；将所述填料浆、无机纳米树脂成膜剂、粘度调整剂、抗开裂剂、蒸发速度调整剂按比例混合后球磨或高速剪切10min～30min后100目筛过滤得到即得功能浆料；

步骤B、涂层制备及维护：

首先对基面进行清洁及粗化处理，然后按第一绝缘层、发热层、电极区遮盖、第二绝缘层的顺序进行逐层涂覆，每次涂覆都遵从如下工艺：

B1、使用喷涂、淋涂、丝印、刷涂等方式中的任意一种在基面上涂覆得到设定厚度的涂层，温度20～30℃，相对湿度40～80％条件下流平1～15min；

B2、将流平过的样品置于烘箱内，按40～60℃烘干5～20min，70～90℃烘干5～20min，110～135℃预固化10～15min后自然冷却至室温后取出；

步骤C、样品涂覆第一绝缘层及发热层后，需经过高温养护完成固化，完整固化工艺为：完成40～60℃烘干5～20min，70～90℃烘干5～20min，110～135℃预固化10～15min后，还需在180～250℃烘烤固化10～30min，随烘箱降温至80℃以下取出；

步骤D、将去除遮盖介质的电极区进行金属化处理，得到厚度10～35μm的金属层，组成所述金属化层的金属为铜、镍、银、铬、钛、铁、铝、锡或是上述金属元素的合金；

步骤E、使用无机或有机耐温封装介质覆盖所述辅助电极及输入电极，所述耐热封装介质包括基于无机纳米树脂的绝缘涂层，或者是耐热绝缘高分子、封装玻璃、封装陶瓷。

优选的，步骤E还包括：根据需要用导线将一个或多个配流电极焊接起来使其短路，或者是将输入电极与一个或多个配流电极连接起来使其短路，达到分配电流之目的；然后进行所述覆盖封装。

优选的，无机纳米成膜剂的制备通过正硅酸乙酯醇盐水解法或者是水玻璃离子交换法制备得到硅溶胶，所制得的硅溶胶在使用前还经过改性处理：将所述硅溶胶与改性稳定剂按比例混合后，0.1～2Mpa、45～85℃条件下保温搅拌0.5～24h，完成硅溶胶前躯体的稳定化工作。

优选的，使用所述醇盐水解法得到硅溶胶前躯体后需先进行老化方能进行改性；所述老化工艺为：将按SiO₂含量计的前躯体与分子量及形貌控制剂按1:0.001～0.05比例混合后充分搅拌并在55～130℃、0.2～5Mpa压强下保压保温12～60h；

所述分子量及形貌控制剂为阳离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。

优选的，老化工艺所得产物还需进行改性处理，其方法为直接用溶剂溶解改性剂得到改性剂溶液，将改性剂溶液按前述比例加入到所述老化产物内，充分搅拌40～80℃条件下保温10～120min。

本发明具有以下有益效果：

本发明在常见的加热器(金属材质、玻璃材质、陶瓷材质、有机材料等)基体的外表面按顺序集成第一绝缘层+发热层+第二绝缘层和发热电极层，焊接导线后使加热器器壁的部分或全部，或者使液体输送管道直接成为液体加热器的新型电加热元件，该元件具有如下技术特征：

1、制造工艺简单，应用方便：直接使用普通涂层施工方式依次涂装和固化各个层，干燥固化条件温和，无需高温烧结，非常适合非表工况下的应用；

2、可靠性高：面发热元件发热效率高，则容易在较低发热密度条件下满足较大的发热功率需要；同时本发明在固化完成后所得发热元件为高强度的全无机材质，耐高温抗老化，可靠性得到保证；

3、无间隙发热层设计，适用面广，应用灵活。本发明所产生的发热体的各功能层，均可以做成全面无图案完整涂层，轻松解决无死角，无热点全面均匀加热；

4、适合于制造单体面积超过1m²的超大面积的发热体的技术，容易满足场馆地热、大尺寸容器全方位均匀发热。

6、基于涂层技术，适合制造各种曲面发热体，满足多种工业、公共、家用加热需求。

7、设计的发热区域附近只需设计分布若干金属化区作为配流电极，即可按要求解决如下几个重要问题：

A、解决电流分布和发热分布的问题；轻松实现均匀加热、梯度加热等问题；

B、任意电压均可以直接供电的目的，同一发热面积既可以设计为是380V三相供电，又可以使220V、110V市电供电，甚至仅通过电极设计就能够实现36V安全电压供电。

C、该技术也允许单一供电电压条件下同一发热区相同发热层厚度下实现不同发热功率的要求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的结构剖面示意图；

图3是本发明优选实施例在电热壶上的应用示意图；

图4是本发明优选实施例的配流电极密度不等的结构示意图；

图5是本发明优选实施例的配流电极密度相等、高电压供电的结构示意图；

图6是本发明优选实施例的低电压供电的结构示意图；

图7是本发明优选实施例的配流电极在圆盘型基面上分布的结构示意图；

图8是本发明优选实施例的曲面发热应用示意图；

图9是本发明优选实施例的管道发热应用示意图；

其中，1、基体，2、第一绝缘导热层，3、发热层，4、第二绝缘导热层，5、输入电极，6、配流电极，7、电极导线，8、发热电路层，9、发热体，10、引线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1和图2，一种发热体，在基面1一侧依次包括第一绝缘层2、发热层3或发热电路、第二绝缘层4以及发热层3上设置的、由输入电极5及多个配流电极6构成的发热电路层8。

基面1为包括平面、曲面及折面在内的任何几何表面，例如图2所示的地热平板、图3所示的弧面底的电热壶、圆形管道内壁等。第一绝缘层2、发热层3及第二绝缘层4均为覆盖在上一层之上的连续涂层，则发热层可最大限度地利用基面表面积作为发热面。

输入电极5和配流电极6呈不连续岛状叠加在发热层3上。所述配流电极6及输入电极6均为表层作金属化处理的发热层3或发热电路，所述配流电极6与所述输入电极5之间可以保持独立，多个所述配流电极6之间根据需要进行选择性连接。或者，多个所述配流电极6之间可以通过引线或直接通过金属化进行电联接，所述输入电极5上连接电极导线7。

可根据需要设计调整发热体的发热功率、发热区域、发热密度分布。具体方法为：设置所述配流电极6为至少一个独立于所述输入电极5的金属化区域，例如图4至图7上依次排布的6A、6B、6C、6D、6E、6F区域，所述金属化区域可以通过引线被连接起来。可将相邻配流电极用引线连接起来，例如6A与6B、6C互联，6D与6E、6F互联；也可以通过引线将相间隔的配流电极连接起来，例如参见图6，6A与6C、6B与6D、6C与6E互联；亦可以通过其他多种组合方法进行互联，通过所述多种组合连接方法实现发热面上电压、电流的分配调整。

实现所述设计调整发热体发热功率、发热区域几发热密度分布的工艺方法为：多个配流电极均匀或梯度嵌布分布于所述发热层3上。即，多个配流电极的面积一致，或者面积呈梯度变化地嵌布分布于所述发热层3上。参见图5，配流电极6A、6B、6C、6D为相等面积、相同形状的金属化区域。参见图4，配流电极6A与6B、6C与6D为面积依次变化的金属化区域，实现梯度加热。

配流电极可为图4-图6所示的矩形，也可为图7所示的弧面扇形，均不影响本实施例的实现。

上述发热体的绝缘层、发热层材质为以无机纳米SiO₂树脂成膜剂或无机纳米Al₂O₃树脂成膜剂与功能填料按比例组成的无机纳米复合材料，包括以下组成：10～35％无机纳米树脂成膜剂、65～90％功能填料。

无机纳米SiO₂树脂成膜剂的组成为：10～45％无机纳米树脂,0.05～1.5％的稳定改性剂，其余为溶剂；溶剂为一种或一种以上碳链数2～4之间的一元醇或其混合物。无机纳米成膜剂的制备通过正硅酸乙酯(TEOS)醇盐水解法或者是水玻璃离子交换法制备得到硅溶胶，所制得的硅溶胶在使用前还经过改性处理：将所述硅溶胶与改性稳定剂按比例混合后，0.1～2Mpa、45～85℃条件下保温搅拌0.5～24h，完成硅溶胶前躯体的稳定化工作。使用正硅酸乙酯醇盐水解法或者是水玻璃离子交换法得到硅溶胶前躯体后需先进行老化方能进行改性；所述老化工艺为：将按SiO₂含量计的前躯体与形貌控制剂按1:0.001～0.05比例混合后充分搅拌并在55～130℃、0.2～5Mpa压强下保压保温12～60h；所述形貌控制剂为阳离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。

稳定改性剂包括硅胶稳定剂和鎓碱，或包括硅胶稳定剂和具有小分子有机酸根的鎓盐，所述鎓碱或鎓盐的中心原子为氮、磷、氧、硫、钛或溴。稳定改性剂起到平衡电荷(硅溶胶纳米粒子带负电)、调整体系酸碱度、防止硅酸过度水解及聚合、确保硅溶胶的合适聚合活性的作用。

所述调整剂包括填料改性与分散剂、蒸发速度调整剂、粘度调整剂及抗开裂剂，其中，填料改性与分散剂0.2～3％，粘度调整剂0.1～0.5％，抗开裂剂0.01～0.1％，余量为蒸发速度调整剂。

第一绝缘层2、发热层3、第二绝缘层4的厚度可为25～500μm。绝缘层、发热层中采用不同的功能填料。绝缘层中功能填料为SiC、BN、Al₂O₃、金刚石粉中的一种或多种与云母的混合物，所述混合物粒度为0.1～50μm；发热层中功能填料为石墨、金属、石墨夹层化合物、炭黑中至少一种或一种以上的混合物，所述混合物粒度为0.1～50μm。

本申请的具体实施例请见下表1(数字均为质量的百分比含量)，每个实施例的第一行为无机纳米SiO₂树脂成膜剂、功能填料、调整剂的百分比含量，第二行为上述三大模块中的各个组分的百分比含量。

表1实施例组分的百分比含量表

实施例1的制备方法为：

步骤A、功能浆料制备：

将溶剂、填料改性与分散剂、功能填料按比例混合后球磨5min～168h，控制混磨过程浆料温度控制不高于45℃，分析粒度达到合格粒度范围，得到填料浆；将填料浆、无机纳米SiO₂树脂成膜剂、调整剂按比例混合后球磨或高速剪切10min～30min后100目筛过滤，抛弃沉降部分，得到剩余部分即得功能浆料；

无机纳米成膜剂通过离子交换法制备。

步骤B、涂层制备及维护：

首先对基面进行清洁及粗化处理，然后按第一绝缘层、发热层、电极区遮盖、第二绝缘层的顺序进行逐层涂覆，每次涂覆都遵从如下工艺：第一绝缘层厚度为25μm；

B1、使用喷涂、淋涂、丝印、刷涂等方式在基面上涂覆得到设定厚度的涂层，20～30℃，相对湿度40～60％条件下流平1～15min；

步骤C，样品涂覆第一绝缘层及发热层后，需经过高温养护完成固化，完整固化工艺为：完成40～60℃烘干5～20min，70～90℃烘干5～20min，110～135℃预固化10～15min后，还需在180～250℃烘烤固化10～30min，随烘箱降温至80℃以下取出；

步骤D、将去除遮盖介质的电极区进行金属化处理，得到厚度10～35μm的金属层，组成金属化层的金属为铜镍合金；

步骤E、使用耐热绝缘高分子封装介质覆盖所述辅助电极及输入电极。

实施例2的制备方法为：

步骤A、功能浆料制备：

将溶剂、填料改性与分散剂、功能填料按比例混合后球磨5min～168h，控制混磨过程浆料温度控制不高于45℃，分析粒度达到合格粒度范围，得到填料浆；将填料浆、无机纳米SiO₂树脂成膜剂、调整剂按比例混合后球磨或高速剪切10min～30min后100目筛过滤，抛弃沉降部分，剩余部分即得功能浆料；

无机纳米成膜剂通过醇盐水解法制备。

步骤B、涂层制备及维护：

B1、使用喷涂、淋涂、丝印、刷涂等方式在基面上涂覆得到设定厚度的涂层，20～30℃，相对湿度40～80％条件下流平1～15min；第一绝缘层厚度为250μm；

步骤D、将去除遮盖介质的电极区进行金属化处理，得到厚度10～35μm的金属层，组成金属化层的金属为钛合金；

步骤E、根据需要用导线将多个配流电极焊接起来使其短路，使用封装玻璃覆盖辅助电极及输入电极。

实施例3和4的制备方法同实施例1。

对制得的实施例产品进行检测，结果如下：

按实施例1设计制备新型电砂锅，电砂锅底径φ100mm，外形效果可参考图3。

设计参数：锅底Φ100mm×300W+锥台发热面φ100mm×φ150mm×30mm×200W；

实现方案：两发热面串联方案，(锅底中心φ30mm+锅腰部Φ150mm内径宽10mm输入电极)×锅腰椎底部Φ100mm内径宽10mm辅助电极；

测试方法：通市电干烧20S时红外测试腰部、底部温度，记录温度分布；电流表测量通电电流，电压表测试辅助电极与两输入电极间电压后计算发热面功率，腰部输入电极接火线；

测试结果：供电电压218V，电压电流2.321A，辅助电极与腰部输入电极间电压83.5V，计算得到腰部功率194W，与设计值相差-3％，电势底部功率312W，与设计值相差+4％；整体功率误差+1.2％。

使用一年后按相同方法测试重新测试结果为：

供电电压223V，电压电流2.343A，辅助电极与腰部输入电极间电压86.8V，计算得到腰部功率203.37W，与设计值相差1.5％，电势底部功率319.1W，与设计值相差6.3％。

以上功率计算结果应考虑测试时的市电浮动情况。

效果对比例1：

另外基于本发明的新型电饭锅相比传统电热管式电饭锅，一概传统的底盘加热方式为锅壳内衬(非内胆)及底衬发热，由于发热密度均匀可控，省去了传统电热管必须的均热底盘。其有益效果如下：在为使用微电脑调控条件下做出的米饭口味更佳；同时由于发热层更纤薄，内胆相同条件下，新型电饭锅外径降低5％，高度降低12％，重量减轻20％；发热内衬由于工作方式改变，必须添加外保温层，起到保温与绝缘作用，其结果是更加节能，煮饭时间降低7.5％，加热功率降低10％，节能17％。

上述电饭锅基于辅助电极设置了3档切换，2L～3L的电饭锅，在进餐人少时可选择关闭部分上半部分或者全部内衬加热，只留底衬加热或底衬与下半部内衬协同加热的人少模式；而进食人数多时，同时打开底衬及全部内衬加热，避免了传统小容量电饭锅煮饭过多造成的煮不熟、夹生饭问题。

效果对比例2；

图8所示，本发明适合作为低温季节代替传统水蒸气加热法给泳池、浴池加热的，使用方法为池底及池腰直接依次直接涂装防水隔热层、第二绝缘层、发热层、金属化层(电极层)、防水导热层并用热风辅助干燥固化，电连接完成后在敷上水泥砂浆，贴合瓷砖。

使用本发明提供的供热方案，不占用任何有用空间，铺设成本仅不到300元/㎡，节省锅炉投资，水温控制平和友好，提供类似温泉的效果，提升泳池、浴池档次。使用安全电压供电，安全性好。

传统方案采用蒸汽加热或管式发热体加热，需要用到锅炉及管道，前期投资高，温度控制波动大，舒适性不佳，可为不规则形状的游泳池、温泉浴提供加热方案。

效果对比例3：

基于图9所示的方案为管道加热流体的方案，使用安全电压为管道内流体提供适宜的温度环境，适合原油、水煤浆、泥浆的远距离传输，能有效降低流体的粘度，大大降低传输压力，节省能耗，同时降低管道输送堵塞的风险，配合适合的外保温层，非常适合极寒地区或冬季油田、煤田的产品输出。

使用本发明提供的方案，管道可实现涂层预制发热结构，管道铺设时只需简单对接、密封、电连接、外保温即可使用，投资底效果好.

现有技术一般为每个一定输送距离使用管状加热装置套于输送管道外部进行加热维护，成本高效果差。也有使用聚合物发热膜缠于管道外壁，其缺点是加热功率小，寿命短，加热不均匀。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发热体，其特征在于，除基面(1)外还包括第一绝缘层(2)、发热层(3)或发热电路、第二绝缘层(4)以及发热层(3)上设置的输入电极(5)及多个配流电极(6)；

所述第一绝缘层(2)、所述发热层(3)及所述第二绝缘层(4)均为连续涂层；所述输入电极(5)及所述配流电极(6)呈不连续岛状叠加在所述发热层(3)上，多个配流电极(6)通过以下方式实现功率密度渐变方式的加热：依次呈渐变图形的配流电极(6)彼此均匀阵列方式排布，或相同图形的配流电极(6)彼此平行且呈梯度变化地嵌布分布于所述发热层(3)上，或相同图形均匀配列的的配流电极(6)彼此间按角度排列，或以上述方式的任两种或三种方式的组合；

所述输入电极(5)上连接电极导线(7)；

所述基面(1)为包括平面、曲面及折面在内的任何几何表面；

所述第一绝缘层(2)、发热层(3)、第二绝缘层的厚度为25-500μm；

所述发热层(3)、第一绝缘层(2)和第二绝缘层(4)的材质为以无机纳米SiO₂或无机纳米Al₂O₃树脂成膜剂与功能填料按比例组成的无机纳米复合材料；

所述发热层及绝缘层包括以下组成：10-35％无机纳米树脂成膜剂、65-90％功能填料；

所述第一绝缘层(2)和第二绝缘层(4)中的功能填料为SiC、BN、Al₂O₃、金刚石粉中的一种或多种与云母的混合物，所述混合物粒度为0.1-50μm；

所述发热层中的功能填料为石墨、金属、石墨夹层化合物、炭黑中至少一种或一种以上的混合物，所述混合物粒度为0.1-50μm。

2.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述配流电极(6)及输入电极(5)为表层作金属化处理的发热层(3)或发热电路，电极之间根据需要保持彼此孤立或进行电连接；所述电连接的连接方式为引线互联或直接表面金属化。

3.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，用于得到所述发热层及绝缘层的涂料浆的组成为：按重量计40-70份无机纳米树脂成膜剂、30-60份功能填料；1-5份调整剂；上述各组分重量之和为100；

所述1-5份调整剂中包含0.2-3份填料改性与分散剂、0.1-0.5份的粘度调整剂、0.01-0.1份抗开裂剂、0.5-4.5份的蒸发速度调整剂；

所述40-70份无机纳米树脂成膜剂中包含10-45份无机纳米树脂、0.05-1.5份的稳定改性剂，其余为溶剂；溶剂为一种或一种以上碳链数2-4之间的一元醇或其混合物；

4.一种如权利要求3所述的发热体的制造方法，包括以下步骤：

步骤A、制备功能涂料浆：

将所述填料改性与分散剂、比要求用量富余5％-25％的功能填料以及1/4-1/2要求用量的所述无机纳米树脂按比例混合后球磨5min-168h，控制混磨过程浆料温度控制不高于45℃，分析粒度达到D90＝0.5-20μm，得到填料浆；将所述填料浆、无机纳米树脂成膜剂、粘度调整剂、抗开裂剂、蒸发速度调整剂按比例混合后球磨或高速剪切10min-30min后100目筛过滤得到即得功能浆料；

步骤B、涂层制备及维护：

B1、使用喷涂、淋涂、丝印及刷涂方式中的任意一种在基面上涂覆得到设定厚度的涂层，温度20-30℃，相对湿度40-80％条件下流平1-15min；

B2、将流平过的样品置于烘箱内，按40-60℃烘干5-20min，70-90℃烘干5-20min，110-135℃预固化10-15min后自然冷却至室温后取出；

步骤C、样品涂覆第一绝缘层及发热层后，需经过高温养护完成固化，完整固化工艺为：完成40-60℃烘干5-20min，70-90℃烘干5-20min，110-135℃预固化10-15min后，还需在180-250℃烘烤固化10-30min，随烘箱降温至80℃以下取出；

步骤D、将去除遮盖介质的电极区进行金属化处理，得到厚度10-35μm的金属层，组成所述金属层的金属为铜、镍、银、铬、钛、铁、铝、锡或是上述金属元素的合金；

步骤E、使用无机或有机耐温封装介质覆盖辅助电极及输入电极，耐热封装介质包括基于无机纳米树脂的绝缘涂层，或者是耐热绝缘高分子、封装玻璃、封装陶瓷。

5.根据权利要求4所述的一种发热体的制造方法，其特征在于，步骤E还包括：根据需要用导线将一个或多个配流电极焊接起来使其短路，或者是将输入电极与一个或多个配流电极连接起来使其短路，达到分配电流之目的；然后进行覆盖封装。

6.根据权利要求4所述的一种发热体的制造方法，其特征在于，所述无机纳米成膜剂的制备通过正硅酸乙酯醇盐水解法或者是水玻璃离子交换法制备得到硅溶胶，所制得的硅溶胶在使用前还经过改性处理：将所述硅溶胶与稳定改性剂按比例混合后，0.1-2Mpa、45-85℃条件下保温搅拌0.5-24h，完成硅溶胶前躯体的稳定化工作。

7.根据权利要求6所述的一种发热体的制造方法，其特征在于，使用醇盐水解法得到硅溶胶前躯体后需先进行老化方能进行改性；所述老化工艺为：将按SiO₂含量计的前躯体与分子量及形貌控制剂按1:0.001-0.05比例混合后充分搅拌并在55-130℃、0.2-5Mpa压强下保压保温12-60h；

8.根据权利要求7所述的一种发热体的制造方法，其特征在于，老化工艺所得产物还需进行改性处理，其方法为直接用溶剂溶解改性剂得到改性剂溶液，将改性剂溶液按前述比例加入到所述老化产物内，充分搅拌40-80℃条件下保温10-120min。