CN107910148A - 一种汽车加热器用大尺寸ptc芯片制作方法 - Google Patents

一种汽车加热器用大尺寸ptc芯片制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子陶瓷制备领域，提供了一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，该方法的具体步骤如下：S1，将PTC粉料压制成坯片；S2，各所述坯片均采用承压烧结法加工为瓷片；S3，将每一瓷片平面进行研削；S4，将研削加工后的每一瓷片侧边进行喷砂加工；S5，将喷砂加工后的每一所述瓷片清洗后进行热处理；S6，在热处理后，在每一所述瓷片上被欧姆电极。本发明的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，通过承压烧结法能够将制得的PTC芯片的翘曲度控制在0.03mm以下，将PTC芯片加工过程缺损率控制在2％以下，成品绝缘不良率小于1％，且使用本PTC芯片的汽车加热器加热包功率比小尺寸芯片组装的同阻值加热包大，装配简单，节约了人工成本。

Description

一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法
技术领域
本发明涉及电子陶瓷制备领域，具体为一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法。
背景技术
PTC芯片已广泛的应用于新能源汽车辅热空调中，由于工艺的限制，较大尺寸的PTC芯片的翘曲度无法得到保证，因此，传统PTC芯片设计得尺寸较小，一般最大尺寸不会超过35*15mm。
另一方面，PTC芯片厚度公差要求通常为目标值±0.05mm，现有厚度加工设备为立轴或卧式双端面磨床，虽然能够保证芯片加工厚度±0.05mm要求，但由于片与片之间存在的厚度差异，导致芯片组装完成，电极板与部分芯片不能充分接触，影响成品功率。
此外，多片拼装作业效率也低于单片安装作业。
因此，亟待开发一种翘曲度小于0.03mm的大尺寸PTC芯片，利用单片的PTC芯片即可替代原有的多片PTC芯片拼装。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，通过承压烧结法能够将制得的PTC芯片的翘曲度控制在0.03mm以下。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，该方法的具体步骤如下：
S1，将PTC粉料压制成多个坯片；
S2，各所述坯片均采用承压烧结法加工为瓷片；
S3，将每一所述瓷片进行平面研削加工；
S4，将研削加工后的每一所述瓷片侧边进行喷砂加工；
S5，将喷砂加工后的每一所述瓷片清洗后进行热处理；
S6，在热处理后在每一所述瓷片上被欧姆电极。
进一步，每一所述坯片的长在35-45mm之间，宽在20-35mm之间。
进一步，所述S2步骤中的承压烧结法具体为：将各所述坯片竖直叠放，并在每一所述坯片的上表面撒锆粉，再置于烧结组件中，于最上方的所述坯片上压盖压重块，并将所述烧结组件投入第一隧道炉进行烧结加工；所述压重块与所述坯片的接触面的翘曲度小于0.02mm，且所述压重块的重量为每一所述坯片的8-20倍。
进一步，所述烧结组件包括烧钵以及若干导杆，各所述导杆均垂直安设于所述烧钵的底板上，各所述坯片置于所述底板上方，所述压重块滑动套设在各所述导杆上。
进一步，所述底板上设有凹槽，所述凹槽尺寸大于每一所述坯片的尺寸，且所述凹槽的槽深小于每一所述坯片的厚度，所述凹槽与所述坯片的接触面的翘曲度小于0.02mm。
进一步，所述S1步骤中，每一所述坯片含PTC粉料的密度为3.0-3.8g/cm3，且所述坯片的厚度为PTC芯片成品的厚度的1.4倍。
进一步，所述S3步骤中，进行所述研削加工具体为：厚度加工在0.10-0.15mm/刀，长宽加工在0.10-0.20mm/刀。
进一步，所述S4步骤中，进行所述喷砂加工具体为：采用150-250目之间的刚玉粉体以及0.4-0.8MPa的高压冲击每一所述瓷片的四边，每一所述瓷片的研削量在0.1-0.3mm之间。
进一步，所述步骤S5中，进行热加工具体为：将清洗后的每一所述瓷片投入第二隧道炉中，所述第二隧道炉的温度为500±100℃，并保温20-60min。
进一步，所述步骤S6中，所述电极为铝电极；被欧姆电极采用烧渗工艺，具体为，温度为850±30℃，并保温10-20分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，通过承压烧结法能够将制得的PTC芯片的翘曲度控制在0.03mm以下，将PTC芯片加工过程缺损率控制在2％以下，成品绝缘不良率小于1％，且使用本PTC芯片的汽车加热器加热包功率比小尺寸芯片组装的同阻值加热包大，装配简单，节约了人工成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法的烧结组件、压重块以及若干坯片的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法的烧结组件的底板的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法的烧结组件与坯片的侧烧结构示意图；
附图标记中：1-烧钵；2-导杆；3-底板；30-凹槽；4-坯片；5-锆粉；6-压重块；7-承烧板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，该方法分为六步，分别为：S1，将PTC粉料压制成多个坯片；S2，各所述坯片均采用承压烧结法加工为瓷片；S3，将每一所述瓷片进行平面研削加工；S4，将研削加工后的每一所述瓷片侧边进行喷砂加工；S5，将喷砂加工后的每一所述瓷片清洗后进行热处理；S6，在热处理后在每一所述瓷片上被欧姆电极。在上述步骤S1中，压制时采用的压机，该压机为大吨位压机，先利用大吨位压机来制备坯片，在这一步骤中，可一次性制备若干坯片，为后续的批量生产做准备，制得的各个坯片的尺寸要比传统的大。在上述步骤S2中，采用承压烧结法进行加工，加工后，各块坯片就都会变为瓷片，采用本承压烧结法，一方面其具有传统的烧结效果，能够将坯片烧制为瓷片，另一方面它能够在PTC芯片的长在35-45mm之间，宽在20-35mm之间的情况下时，即PTC芯片为大尺寸时，将翘曲度依然控制在0.03mm以下，在保证了成品功率的前提下，还能够用大尺寸的PTC芯片取代小尺寸的PTC芯片，提高了装配效率，节约了人工成本，优选的，PTC芯片的尺寸设在30*40mm，比现有的极限尺寸15*35mm要大很多。在制成了瓷片后，需对每一块瓷片进行步骤S3中所述的研削加工，采用本研削加工后，能够将瓷片削至合适的大小，且能够将切损率控制在2％以下。在上述步骤S4中，会对研削加工完后的每一瓷片进行喷砂加工，经过该处理后，可将每个瓷片的棱角钝化，并去除每个瓷片边缘薄弱部分，增强该瓷片的绝缘、耐压能力，使得最终得到的成品的绝缘不良率低于1％。接下来，在步骤S5中，会对喷砂处理后的每个瓷片先进行清洗，然后再进行热加工，经过了热加工处理后，可消除每个瓷片内的应力，防止其开裂。最后，被欧姆电极后即可得到PTC芯片。
以下为具体实施例：
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，S2步骤中的承压烧结法具体为，将各坯片4竖直叠放，并在每一坯片4的上表面撒锆粉5，再置于烧结组件中，于最上方的坯片4上压盖压重块6，并将烧结组件投入第一隧道炉进行烧结加工；压重块6的表面翘曲度小于0.02mm，且压重块6的重量为每一坯片4的8-20倍。撒锆粉5的目的是防止在加热中相邻的坯片4互相粘连。在烧结前，由规定的模具制得的各块坯片4都非常平整，但在烧结的时候，就会发生弯曲，特别是在坯片4尺寸过大时，其翘曲度往往很容易超过0.03mm，因此本申请为了克服这一缺陷，保证制得的PTC芯片的翘曲度小于0.03mm，需在坯片4上盖压一块压重块6，该压重块6的重量设为每一坯片4重量的8-20倍，能够有效地防止各块坯片4翘起，而压重块6与最上方的坯片4的接触面的翘曲度也控制到小于0.02mm，能够避免压重块6对最上方的坯片4的翘曲度造成影响。另外，还可以将各坯片4平铺摆放，同样，每一坯片4的上表面撒锆粉5，防止与压重块6粘连，同时还要在相邻的坯片4之间撒锆粉5，防止它们发生粘连，最后还是将压重块6盖压在坯片4上，需要注意的是，坯片4组合成的面积需小于或等于压重块6的覆盖面积，保证每一块坯片4都能够被压到。
进一步优化上述方案，请参阅图2，烧结组件包括烧钵1以及若干导杆2，各导杆2均垂直安设于烧钵1的底板3上，各个坯片4置于所述底板3上方，上述压重块6滑动套设在各导杆2上。导杆2可以有两个，分别安装在底板3的一对对角处，导杆2也可以有四个，分别设于底板3的四个角落处，几根导杆2互相平行，压重块6有与上述导杆2匹配的通孔，该压重块6套在导杆2上，能够上下滑动，可便于在压重块6与底板3之间设不同数量的坯片4，可灵活控制批量生产的数量。
进一步优化上述方案，请参阅图3，于上述底板3上设凹槽30，该凹槽30尺寸大于每一坯片4的尺寸，且凹槽30的槽深小于每一坯片4的厚度，凹槽30与坯片4的接触面的翘曲度小于0.02mm。设此凹槽30的目的是定位坯片4，压重块6与凹槽30形成夹持区间，各个坯片4夹在压重块6与凹槽30之间，凹槽30与坯片4的接触面的翘曲度小于0.02mm的目的与上述控制压重块6的翘曲度一样，都是为了避免对接触的坯片4的翘曲度产生影响。
作为本发明的实施例的优化方案，在上述S1步骤中，每一个坯片含PTC粉料的密度为3.0-3.8g/cm3。且制得的坯片的厚度为最终成品厚度的1.4倍。设此密度范围为了使坯片适合上述的大尺寸，设此厚度给研削加工留下加工的余地。
作为本发明的实施例的优化方案，在上述S3步骤中，进行研削加工具体为：厚度加工在0.10-0.15mm/刀，长宽加工在0.10-0.20mm/刀，由于本申请中PTC芯片尺寸做的太大，加工时容易破掉，因此在研削时，对加工要求较高，需缓速加工，且要求精细加工，每刀不能切的太多，例如在加工厚度时，控制每刀切掉0.10mm，在加工长宽时，控制每刀切掉0.10mm，能够达到最佳的研削效果。
作为本发明的实施例的优化方案，在上述S4步骤中，进行喷砂加工具体为：采用150-250目之间的刚玉粉体以及0.4-0.8MPa的高压冲击每一个瓷片的四边，每一个瓷片的研削量在0.1-0.3mm之间。采用该工艺来喷砂加工，能够将每个瓷片的棱角钝化，把边缘薄弱的地方去除，使做出来的瓷片绝缘耐压。
作为本发明的实施例的优化方案，在上述步骤S5中，进行热加工具体为：将清洗后的每一所述瓷片投入第二隧道炉中，所述第二隧道炉的温度为500±100℃，并保温20-60min。清洗时为了清洗掉喷砂工艺后的残留物，然后放入第二隧道炉中处理，以500±100℃，一直保温20-60min，由此可以完全消除每个瓷片内的应力，防止其开裂。
作为本发明的实施例的优化方案，在上述步骤S6中，电极的材质可以为高温铝浆或镍银，能够耐高温；被欧姆电极可以采用烧渗工艺，在每个瓷片上安装能够耐高温的电极，该电极要能够耐高温，才能确保其具有较长的寿命，采用的烧渗工艺具体为：温度为850±30℃，并保温10-20分钟。也还可以采用溅射、喷涂等工艺。
作为本发明的一个优选实施例，当需要的成品厚度为2.64mm时，坯片的厚度为3.7mm，所需要的模具冲头尺寸为48*37mm，按上述的承压烧结法烧结，烧结瓷片在同一磨床以同样进刀量(即0.10mm/刀)加工到规定尺寸(即长在39.8-40.0mm之间，宽度在29.8-30.0mm之间，厚度在2.95-2.99mm之间)，不同的密度的破片率如表1所示。
表1不同的密度的破片率
由上表中瓷片的破片率可以看出，密度小的瓷片强度较小，研削时受力易出现破碎，密度大的瓷片孔隙率低，应力集中，加工时出现破片。因此成型的PTC芯片含PTC粉料成分的密度为3.5g/cm3最佳。
作为本发明的一个优选实施例，制备PTC芯片传统的烧结方式为立烧，但当PTC芯片的尺寸大时，采用立烧工艺得到的PTC芯片翘曲度较大，不满足要求，为了保证翘曲度较小，试用平烧、侧烧、以及上述的承重烧结法进行烧结(坯片重量25g，密度3.5g/cm3)，获得的烧结后的芯片翘曲度如表2所示。
表2 PTC芯片翘曲度
烧结方法 翘曲度
平烧(不承重) 0.5mm
侧烧 0.20mm
立烧 0.36mm
承重烧结(100g) 0.24mm
承重烧结(200g) 0.20mm
承重烧结(300g) 0.19mm
承重烧结(400g) 0.17mm
承重烧结(500g) 0.13mm
由上表可知，侧烧时，翘曲度基本达到要求，当承重为200g时，即为坯片重量的8倍时，当承重为500g时，即为坯片重量为20倍时，翘曲度可达到最优。其中侧烧如图4所示，在烧钵1上斜放一块承烧板7，在倾斜的承烧板7上撒上锆粉5，然后将坯片4置于倾斜的承烧板7上进行烧结工艺，但侧烧装片数量少，不利于批量生产。承重烧结法如图2所示。
作为本发明的一个优选实施例，加工研削量也影响成品翘曲度的因素之一，试验不同厚度瓷片研削后瓷片翘曲度，确定最佳成型厚度，由此得出研削加工的具体研削量，获得的研削量与翘曲度之间的关系如表3所示。
表3研削量与翘曲度之间的关系
成型厚度4.2mm时，研削后瓷片翘曲度一满足在要求，虽厚度加大，瓷片研削后翘曲度越小，但研削量加大，增加了材料成本及加工成本，故按4.2mm成型。
作为本发明的一个优选实施例，PTC芯片密度按3.5g/cm3，厚度4.2mm成型，按承重烧结(承重500g)，烧结后进行尺寸加工，为保证瓷片加工合格率及生产效率，需控制研削加工的具体实施手段，下表为厚度方面不同加工量对破片不良率影响。
表4研削加工厚度与破片不良率之间的关系
故厚度按0.10-0.15mm/刀进行厚度加工。
下表为长宽方面不同加工量对破片不良率影响。
表5研削加工长宽与破片不良率之间的关系
长宽加工单次进刀量(丝) 破片率
10 0.60％
20 1.20％
30 5.60％
40 8.90％
50 19.60％
60 29.30％
70 40.20％
80 50.30％
90 80.60％
100 100％
故长宽加工单次进刀量0.10-0.20mm每刀。
作为本发明的一个优选实施例，尺寸加工后对PTC芯片四边喷砂处理，在固定运行转速(喷砂时间)前提下，通过调节喷砂气流压力，得到喷砂后PTC芯片研削量如下表。
表6喷砂压力与研削量之间的关系
压力(MPa) 研削量(mm)
0.8 0.29
0.75 0.27
0.7 0.25
0.65 0.21
0.6 0.18
0.55 0.16
0.5 0.15
将喷砂后的PTC芯片与不喷砂的PTC芯片组装成成品，测试绝缘性能(要求5000VDC，泄漏电流小于5mA)，喷砂后的PTC芯片绝缘不良率为0.6％，未喷砂的PTC芯片绝缘不良率为1.4％。
作为本发明的一个优选实施例，对清洗后的PTC芯片进行热处理。以消除烧结及尺寸加工时产生的内应力，避免烧渗时因内应力导致PTC芯片破裂。按不同温度进行热处理，处理时间半小时，后进行印电极、烧渗，统计烧渗破片率，结果如下表。
表7热处理温度与烧渗破片率之间的关系
故，优选的，热处理工艺采用500℃保温30min最佳。
作为本发明的一个优选实施例，使用同一批原材料按传统工艺生产30*10*3.0芯片，将本申请的大尺寸PTC芯片组装，再将传统的小尺寸PTC芯片组装，测试功率，结果如下表。
表8尺寸、数量、加热包阻值以及加热包功率之间的关系
芯片尺寸 芯片数量 加热包阻值(Ω) 加热包功率(W)
30*10*3.0 4 270 370
30*10*3.0 4 293 352
30*10*3.0 4 274 368
30*10*3.0 4 286 361
30*40*3.0 1 273 418
30*40*3.0 1 284 410
30*40*3.0 1 268 421
30*40*3.0 1 294 405
可知，本申请的大尺寸PTC芯片在同种测试条件下，同一产品，一片大尺寸PTC芯片与四片小尺寸PTC芯片在同种测试条件下功率提升大约15％。
作为本发明的一个优选实施例，在装配时，两种芯片同一流水线生产同型号产品，统计半小时产量如下表。
表9芯片尺寸与加热包数量
芯片尺寸 加热包数量(只)
30*10*3.0 300
30*40*3.0 500
可见生产效率明显提高。
上述承压烧结法、研削加工、喷砂加工、热加工以及烧渗工艺均为现有技术，但对于制作的PTC芯片的尺寸不同，上述工艺采用的操作手段的不同会带来完全不同的效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
S1，将PTC粉料压制成多个坯片；
S2，各所述坯片均采用承压烧结法加工为瓷片；
S3，将每一所述瓷片进行平面研削加工；
S4，将研削加工后的每一所述瓷片侧边进行喷砂加工；
S5，将喷砂加工后的每一所述瓷片清洗后进行热处理；
S6，在热处理后在每一所述瓷片上被欧姆电极。
2.如权利要求1所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于：每一所述坯片的长在35-45mm之间，宽在20-35mm之间。
3.如权利要求1所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于，所述S2步骤中的承压烧结法具体为：将各所述坯片竖直叠放，并在每一所述坯片的上表面撒锆粉，再置于烧结组件中，于最上方的所述坯片上压盖压重块，并将所述烧结组件投入第一隧道炉进行烧结加工；所述压重块与所述坯片的接触面的翘曲度小于0.02mm，且所述压重块的重量为每一所述坯片的8-20倍。
4.如权利要求3所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于：所述烧结组件包括烧钵以及若干导杆，各所述导杆均垂直安设于所述烧钵的底板上，各所述坯片置于所述底板上方，所述压重块滑动套设在各所述导杆上。
5.如权利要求4所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于：所述底板上设有凹槽，所述凹槽尺寸大于每一所述坯片的尺寸，且所述凹槽的槽深小于每一所述坯片的厚度，所述凹槽与所述坯片的接触面的翘曲度小于0.02mm。
6.如权利要求1所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于：所述S1步骤中，每一所述坯片含PTC粉料的密度为3.0-3.8g/cm3，且所述坯片的厚度为PTC芯片成品的厚度的1.4倍。
7.如权利要求1所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于，所述S3步骤中，进行所述研削加工具体为：厚度加工在0.10-0.15mm/刀，长宽加工在0.10-0.20mm/刀。
8.如权利要求1所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于，所述S4步骤中，进行所述喷砂加工具体为：采用150-250目之间的刚玉粉体以及0.4-0.8MPa的高压冲击每一所述瓷片的四边，每一所述瓷片的研削量在0.1-0.3mm之间。
9.如权利要求1所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，进行热加工具体为：将清洗后的每一所述瓷片投入第二隧道炉中，所述第二隧道炉的温度为500±100℃，并保温20-60min。
10.如权利要求1所述的一种汽车加热器用大尺寸PTC芯片制作方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述电极为铝电极；被欧姆电极采用烧渗工艺，具体为，温度为850±30℃，并保温10-20分钟。
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