CN107949080A - 一种电热转换体涂层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电热转换体涂层及制备方法。所述电热转换体涂层，按质量百分比，包括如下组分：三氯化铟1‑5%；氯化锌20‑34%；氯化铯0.2‑0.6%；四氯化锡35‑50%；二氧化硅0.1‑0.9%；石墨烯1‑12%；氧化锑1‑1.5%；电气石粉0.1‑0.3%；氯化镍1‑11%。该制备方法为将电热转换体涂层液喷涂在绝缘材料上，高温处理，得到所述电热转换体涂层。本发明的电热转换涂层发热时的最高工作温度可以达600度，升温速也较快，电热转换效率在90%‑95%，使用寿命稳定通常在9000小时以上；在发热温度值、升温速度、电热转换率、使用寿命等问题上均实现了新的突破，军用、民用和工农业应用范围全面扩大，具有良好的经济和政治价值。
Description
技术领域
本发明涉及电热转换体涂层技术领域，具体涉及一种电热转换体涂层及制备方法。
背景技术
电热转换体涂层加热技术，是把纳米级物质喷涂在玻璃、陶瓷、塑料或纺织品等绝缘材料的表面，形成一定厚度的涂层，待涂层干燥定型成为附着的膜状涂层后。在形成的膜状涂层两端各加装一个电极，即形成了一个电热转换发热体，在两个电极接通电源，涂层就能立刻发热升温，实现电加热过程。
以往也有类似材料因原料配方不够科学，制备方法不够合理(请举出以往配方、制备方法存在不足的例子，举例的例子可以为论文文献或专利文献，并需要对举例的例子分析说明存在的不足，比如：中国专利公告号为CN 102843793B的专利公开了一种电热转换涂层，该涂层以氯化锌，氯化锡，石墨，碳酸铜，硼酸，氟化氨，氟硼酸，二氧化硅为原料，存在整体材料耐温不高的不足，例涂覆工艺:涂层浆液丝印或喷涂到绝缘基体表面，随炉加热升温至400-500度并保温20分钟，之后取出自然冷却即得带电热转换涂层，涂刷银浆制作电极，然后在200-400度炉中烘干固化，冷却后得以电极。致使电热转换涂层材料存在诸多问题和不足：
(1)发热温度低，通常在300℃以内；整体材料耐温在400-500度，所以电热转换涂层发热时只能在300度以内工作。
(2)升温速度较慢；整体材料都在400-500度，为了避免超过最高工作温度，其升温度较慢。
(3)电热转换效率不高，通常在60％～80％；在远方功率仪测试下当电热转换体涂层工作接近在300度时，功率随温度升高而增大，所以通常电热转换效率在60％-80％。
(4)使用寿命不长，通常在3000小时左右；
整体材料都在400-500度，当电热转换体涂层工作接近在300度时，功率随温度升高而增大，使用寿命减少三分之二，通常在3000小时左右。
(5)应用范围不广，只适用与低温环境加温材料；
整体材料耐温在400-500度，所以电热转换涂层发热时只能在300度以内工作应用范围不广，只适用与低温环境加温材料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种电热转换体涂层。该电热转换体涂层通过控制原料的成分与比例搭配，在发热温度值、升温速度、电热转换率、使用寿命和环境保护等问题上均实现了新的突破。
本发明的目的还在于提供了所述的一种电热转换体涂层的制备方法。该制备方法为将无水乙醇与电热转换体涂层原料混合均匀后，得到电热转换体涂层液，再将电热转换体涂层液喷涂在绝缘材料上，高温处理，得到所述电热转换体涂层。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种电热转换体涂层，按质量百分比，包括如下组分：
三氯化铟1-5％；氯化锌20-34％；氯化铯0.2-0.6％；四氯化锡35-50％；二氧化硅0.1-0.9％；石墨烯1-12％；氧化锑0.5-1.5％；电气石粉0.1-0.3％；氯化镍1-11％。
进一步优化的，所述一种电热转换体涂层包括如下组分：三氯化铟1-4％；氯化锌20-25％；氯化铯0.2-0.6％；四氯化锡40-50％；二氧化硅0.1-0.5％；石墨烯1-7％；氧化锑0.5-1％；电气石粉0.1-0.3％；氯化镍1-6％。
本发明所述一种电热转换体涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)按所述质量百分比，将二氧化硅、石墨烯、氧化锑和电气石粉混合，搅拌均匀，加入无水乙醇，充分研磨后，静置5-10分钟，得到混合液A；
(2)按所述质量百分比，将三氯化铟、氯化锌和四氯化锡混合，搅拌均匀，加入无水乙醇，充分研磨后，静置5-10分钟，得到混合液B；
(3)将混合液A和混合液B混合，搅拌均匀，静置，再按所述质量百分比加入氯化铯和氯化镍，搅拌均匀，静置5-10分钟，得到电热转换体涂层液；
(4)将得到的电热转换体涂层液涂履在绝缘材料上，经高温处理，在绝缘材料的表面形成电热转换体涂层。
进一步的，步骤(4)中，所述涂履采用喷涂，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，喷砂处理后置于700-800℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，将电热转换涂层液喷涂到绝缘材料经喷砂处理的面上，自然冷却后在绝缘材料的表面形成电热转换体涂层。
进一步的，步骤(4)中，所述涂履采用印刷，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，将电热转换涂层液印刷到绝缘基体表面，置于150-250℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，随炉加热升温至700-800℃并保温5-10分钟。
进一步的，所述喷砂处理还包括喷砂后进行清洗、烘干。
进一步的，步骤(4)中，所述涂履采用喷涂，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，喷砂处理后置于780℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，将电热转换涂层液喷涂到绝缘材料经喷砂处理的面上，自然冷却后在绝缘材料的表面形成电热转换体涂层。
进一步的，步骤(4)中，所述涂履采用印刷，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，将电热转换涂层液印刷到绝缘基体表面，置于200℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，随炉加热升温至780℃并保温5-10分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)现有电热转换涂层发热温度低，通常在300℃以内，整体材料耐温在400-500度，所以电热转换涂层发热时只能在300度以内工作。而本发明的涂层整体材料耐温在700-800度所以电热转换涂层发热时可以在600度以内工作。
(2)升温速度较慢；现有电热转换涂层整体材料都在400-500度，所以升温速度较慢；而本发明的电热转换涂层整体材料都在700-800度，所以工作时升温速较快。
(3)电热转换效率不高，通常在60％～80％；在远方功率仪测试下当电热转换体涂层工作接近在300度时，功率随温度升高而增大，所以通常电热转换效率在60％-80％；而本发明的在远方功率仪测试下当电热转换体涂层工作接近在500度时，功率随温度升高而稳定，所以通常电热转换效率在90％-95％，
(4)使用寿命不长，通常在3000小时左右；现有电热转换涂层整体材料都在400-500度，当电热转换体涂层工作接近在300度时，功率随温度升高而增大，使用寿命减少三分之二，通常在3000小时左右。本发明的电热转换涂层整体材料都在700-800度，当电热转换体涂层工作接近在500度时，功率随温度升高而稳定，使用寿命稳定，通常在9000小时以上。
(5)应用范围不广，只适用与低温环境加温材料；现有大部分电热转换涂层整体材料耐温在400-500度，所以电热转换涂层发热时只能在300度以内工作应用范围不广，只适用与低温环境加温材料。本发明的电热转换涂层整体材料耐温在700-800度所以电热转换涂层发热时可以在600度以内工作应用范围广。
本发明在发热温度值、升温速度、电热转换率、使用寿命等问题上均实现了新的突破，军用、民用和工农业应用范围全面扩大，具有良好的经济和政治价值。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围不限于此。
具体实施例中，制备电热转换体涂层的绝缘材料为各种不同形状的绝缘材料，包括硅晶板、云母片、微晶玻璃板、硅硼玻璃管或陶瓷管，且在绝缘材料上制备电热转换体涂层后即形成电热转换发热件，电热转换发热件可广泛应用在家用电器或工业电器等产品及设备中。
表1
涂层制备实施例1
制备电热转换体涂层的方法，具体包括如下步骤：
(1)按表1所述质量百分比，将二氧化硅、石墨烯、氧化锑和电气石粉混合，搅拌均匀，加入适量无水乙醇，充分研磨后，静置(如5-10分钟)，得到混合液A；
(2)将三氯化铟、氯化锌和四氯化锡混合，搅拌均匀，加入适量无水乙醇，充分研磨后，静置(如5-10分钟)，得到混合液B；
(3)将混合液A和混合液B进行混合，搅拌均匀，静置(如5-10分钟)，再加入氯化铯和氯化镍，搅拌均匀，静置(如5-10分钟)，得到电热转换涂层液；
将上述实例制备的电热转换涂层液制成电热转换涂层，并形成电热转换发热件，选用的绝缘材料为微晶玻璃板，具体包括如下步骤：
(1)长400mm、宽150mm、厚4mm的微晶玻璃板的一面进行喷砂处理后，放入780℃的高温烤炉内烘烤5分钟；
(2)将烘烤后的微晶玻璃板取出，迅速将电热转换涂层液喷涂到微晶玻璃板做过喷砂处理的面上，在微晶玻璃板两端各涂刷一条10mm宽的银浆，再放入200℃的高温烤炉内烘烤15分钟；
(3)再将微晶玻璃板迅速放入780℃的高温烤炉内烘烤15分钟，取出后放置在常温环境冷却，得到微晶玻璃电热板。
本实例中，通常配制完的电热转换涂层液在三小时以内内喷涂完毕。
至此，电热板制作完成。使用时只要把两条银线的上面分别连接电源正负极，发热板即可工作。
在相同的测试条件下，实施例1～4制得的电热转换涂层分别采用胜利的测温仪和远方功率仪测试其最高工作温度与功率变化。当温度不变使功率变大时电热转换效率变低，当功率变化与温度不成正比例时电热转换效率变低。最高工作温度是在其工作在最高温度时功率稳定工作。最高工作温度、电热转换效率、寿命如表2所示。
表2
| 实施例 | 最高工作温度 | 电热转换效率 | 寿命 |
| 1 | 650度 | 50％ | 1000小时 |
| 2 | 600度 | 80％ | 3000小时 |
| 3 | 550度 | 85％ | 5000小时 |
| 4 | 500度 | 90％-95％ | 9000小时 |
可见，本发明的制备过程中整体材料耐温在700-800度，使得最终得到的电热转换涂层发热时的最高工作温度可以达600度，由于工作温度可以更高，使得升温速也较快。在远方功率仪测试下当电热转换体涂层工作接近在500度时，功率随温度升高而稳定，所以通常电热转换效率在90％-95％。当电热转换体涂层工作接近在500度时，功率随温度升高而稳定，使用寿命稳定，通常在9000小时以上；应用范围广。
其他应用实例
上述电热转换体涂层的使用方法，包括如下步骤：
(1)、绝缘基体的预处理：
先将绝缘基体用喷砂，后用热水冲洗，然后将其置于烘干箱中烘干，烘干温度为200℃。
(3)、涂履工艺：
将步骤(1)中配置好的乳状涂层浆液丝印到绝缘基体表面，置于250℃高温烤炉内烘烤10分钟，随炉加热升温至700℃并保温10分钟，之后取出自然冷却即得带电热转换体涂层的构件。
在步骤(3)的涂履工艺后，可将冷却后的构件按涂刷银浆制作电极，然后在800℃炉中烘干、固化、冷却后用机械连接方式引出电源接线，即得电热转换体。电热转换体出厂前需经通电测试后检验出厂。
本实例的丝印或喷涂到绝缘基体表面的涂层浆液的剂量按下列方法及参数进行计算；
a.用于制作加热液体的电热转换体以8-10w/cm2(功率系数g1),每瓦0.02-0.05g(剂量系数a1)的剂量喷涂；
b.用于制作加热空气的电热转换体以2.5-4w/cm2(功率系数g2)，每瓦0.02-0.04g(剂量系数a2)的剂量喷涂。
使用例1：
快速加热热水器用石英电热管，外形尺寸；直径45mm总长550mm，根据制作加热液体在电热转换体计算方法，该尺寸构件可加工的最大功率：
W＝S*g1(S-表面积)
即(3.14*2.25*2.25*50)*10＝7948w
需要喷涂在剂量L＝W*a1即7948*0.05＝397g
然后将管件以喷砂去除表面油污，清洗烘干后，置于加热炉中，温度升至700℃并保温10分钟，分别取实施例1-4任一计算好剂量的涂层液，全部喷涂在石英构件表面，之后取出自然冷却。
将冷却后的构件按使用要求涂刷银浆制作电极、然后在700℃炉中烘干、固化，冷却，冷却后用机械连接方式引出电源接线，电热转换体即制作完成。
通电测试，将电热转换体接通电源通电测试，检验后，快速加热热水器用石英电热管制作完成。
使用例2：
制作烤炉干烧用的硅晶电热板，外形尺寸：400mm*150mm，根据制作加热空气的电热转换体计算方法，该尺寸构件可加工的最大功率：
W＝S*g2(S-表面积)
即(40*15)*4＝2400w
需要喷涂的剂量L＝W*a2即2400*0.04＝96g
然后将构件板喷砂清洗烘干后，置于加热炉中，温度升至800℃并保温5分钟，取实施例1-4中任一计算好剂量的涂层液，全部喷涂在硅晶板构件表面，之后取出自然冷却。
将冷却后的构件按使用要求涂刷银浆制作电极，然后在700℃炉中烘干、固化、冷却后用机械连接方式引出电源接线，电热转换体即制作完成。
通电测试，将电热转换体接通电源通电测试，检验后，远红外硅晶电热板制作完成。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种电热转换体涂层，其特征在于按质量百分比，包括如下组分：
三氯化铟1-5%；氯化锌20-34%；氯化铯0.2-0.6%；四氯化锡35-50%；二氧化硅0.1-0.9%；石墨烯1-12%；氧化锑0.5-1.5%；电气石粉0.1-0.3%；氯化镍1-11%。
2.根据权利要求1所述的一种电热转换体涂层，其特征在于包括如下组分：三氯化铟1-4%；氯化锌20-25%；氯化铯0.2-0.6%；四氯化锡40-50%；二氧化硅0.1-0.5%；石墨烯1-7%；氧化锑0.5-1%；电气石粉0.1-0.3%；氯化镍1-6%。
3.制备权利要求1或2所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）按所述质量百分比，将二氧化硅、石墨烯、氧化锑和电气石粉混合，搅拌均匀，加入无水乙醇，充分研磨后，静置，得到混合液A；
（2）按所述质量百分比，将三氯化铟、氯化锌和四氯化锡混合，搅拌均匀，加入无水乙醇，充分研磨后，静置，得到混合液B；
（3）将混合液A和混合液B混合，搅拌均匀，静置，再按所述质量百分比加入氯化铯和氯化镍，搅拌均匀，静置，得到电热转换体涂层液；
（4）将得到的电热转换体涂层液涂履在绝缘材料上，经高温处理，在绝缘材料的表面形成电热转换体涂层。
4.根据权利要求3所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于步骤（1）~（3）所述静置的时间均为5-10分钟。
5.根据权利要求3所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于
步骤（4）中，所述涂履采用喷涂，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，喷砂处理后置于700-800℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，将电热转换涂层液喷涂到绝缘材料经喷砂处理的面上，自然冷却后在绝缘材料的表面形成电热转换体涂层。
6.根据权利要求5 所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于所述喷砂处理还包括喷砂后进行清洗、烘干。
7.根据权利要求5 所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于步骤（4）中，所述涂履采用喷涂，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，喷砂处理后置于780℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，将电热转换涂层液喷涂到绝缘材料经喷砂处理的面上，自然冷却后在绝缘材料的表面形成电热转换体涂层。
8.根据权利要求3所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于
步骤（4）中，所述涂履采用印刷，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，将电热转换涂层液印刷到绝缘基体表面，置于150-250℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，随炉加热升温至700-800℃并保温5-10分钟。
9.根据权利要求8所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于
步骤（4）中，所述涂履采用印刷，具体包括：对绝缘材料表面进行喷砂处理，将电热转换涂层液印刷到绝缘基体表面，置于200℃高温烤炉内烘烤5-10分钟，随炉加热升温至780℃并保温5-10分钟。
10.根据权利要求8 所述的一种电热转换体涂层的方法，其特征在于所述喷砂处理还包括喷砂后进行清洗、烘干。
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- 2017-11-17 CN CN201711147718.3A patent/CN107949080A/zh active Pending
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