CN108366441A - 高效电热转换陶瓷元件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效电热转换陶瓷元件的制备方法，选用微晶玻璃做衬底，将廉价的金属氧化物涂敷在微晶玻璃上面，然后再用丝网印刷的办法印制电极，干燥，烧结后取出，即得。本发明所得的电热转换陶瓷元件的电热转换效率高，成本低，易于操作，通过电极设计方法可以轻易实现在远离市电的情况下，任何电压(比如蓄电池)的电热功率元件。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件领域，具体涉及一种高效电热转换陶瓷元件的制备方法。
背景技术
能源是人类赖以生存的物质基础，在人类社会中起着不可替代的重要作用。随着国民经济的快速发展，我国能源需求越来越大，能源效率低已成为制约国民经济发展的重要因素。
电热元件是电能通过电阻元件把电能转变为热能的能量转换装置，因易于控制和调节且不污染环境，有利于提高产品质量等优点而得到了广泛的应用，但能量转换率较低，元件高温氧化腐蚀、发热过程中伴随着发光过程，使电热元件电能转换率只达到60％到70％，在这种背景下，对新型加热材料的开发研究已经成为材料科学和能源开发领的研究热点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高效电热转换陶瓷元件的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
高效电热转换陶瓷元件的制备方法，包括如下步骤：
S1、取23×22×0.3cm3微晶平板玻璃，用自来水和洗涤剂擦洗，并冲洗干净，用冷热去离子水各冲洗5分钟，放入烘箱干燥备用；
S2、用0.8mm直径钨丝在3mm直径的钢棒上加热绕制灯丝13圈，两端各留5cm备用，得两根灯丝；在长5cm直径1.5cm石英管的中部烧制一个凹坑，得石英舟；然后将两根灯丝套上石英舟紧固在DM450A型镀膜机的加热电极上；
S3、在圆形载片盘中间挖20×20cm2的方孔，在离开孔三条边边缘10.5mm处，另一条边20mm处，紧固宽1cm，长100mm,厚1mm的金属条，然后在圆载片盘距外边缘5mm处打三个孔，圆心角每120度一个，将其用螺丝固定在转盘上；
S4、打开电源，按下钟罩升按钮，待钟罩升至上限时，将清洁好的玻璃放在方孔上方的四个卡条内，将1g锡和0.15g铟放入坩埚，放下钟罩；开启机械泵，20分后开启扩散泵，30分钟后打开高阀，抽钟罩真空度为3.5×10-3pa,然后开启衬底加热电源并保持温度在375℃左右，旋开针阀，通入高纯氧，监视高真空测量计表头使之保持在7×10-2pa左右，打开工件旋转控制器并且调节转速在11转/分；然后打开蒸发源电源，旋动调压器转盘使得加热功率在165W左右，1分钟后打开挡板，调节加热丝电功率，使膜的生长速率控制在12nm/min左右；40分后结束，将加热电源功率降为0，关闭挡板，关闭衬底加热电源，关闭衬底旋转盘电源，关闭氧气，关闭高真空阀，15分钟后给钟罩充气，当听不到充气的丝丝声后，取出镀膜后的玻璃，测量其方块电阻等，将下一块玻璃装入载片盘进行下一块镀制，重复如上工艺；
S5、在完成电热膜镀制的玻璃上涂敷电极；将镀制好的玻璃放在一个平面上，将制好电极图形的丝网模板对准薄膜并且固定，将银浆涂敷于丝网上用刮板反复刮动银浆几次，将丝网移走，电极印制完毕。
S6、将印刷好电极引线的片子120℃左右干燥2-3h后，投入烧结炉按照银浆说明书烧结工艺要求烧结30分后取出。
优选地，对400W220V元件用银浆丝网印刷三根电极，电极宽度5mm,其中2mm覆盖薄膜。
优选地，测量不同点的方块电阻所得的平均值在R□为480Ω左右。如果R□大于该值，可适量增加铟的比例。
本发明具有以下有益效果：
所得的电热转换陶瓷元件的电热转换效率高，成本低，易于操作，通过电极设计方法可以轻易实现在远离市电的情况下，任何电压(比如蓄电池)的电热功率元件。
附图说明
图1为本发明实施例中的400W220V电热器银电极示意图。
图2为本发明实施例中的400W48V电热器银电极示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
高效电热转换陶瓷元件的制备方法，包括如下步骤：
S1、取23×22×0.3cm3微晶平板玻璃，用自来水和洗涤剂擦洗，并冲洗干净，用冷热去离子水各冲洗5分钟，放入烘箱干燥备用；
S2、用0.8mm直径钨丝在3mm直径的钢棒上加热绕制灯丝13圈，两端各留5cm备用，得两根灯丝；在长5cm直径1.5cm石英管的中部烧制一个凹坑，得石英舟；然后将两根灯丝套上石英舟紧固在DM450A型镀膜机加热电极上；
S3、在圆形载片盘中间挖20×20cm2的方孔，在离开孔三条边边缘10.5mm处，另一条边20mm处，紧固宽1cm，长100mm,厚1mm的金属条，然后在圆载片盘距外边缘5mm处打三个孔，圆心角每120度一个，将其用螺丝固定在转盘上；
S4、打开电源，按下钟罩升按钮，待钟罩升至上限时，将清洁好的玻璃放在方孔上方，将1g锡和0.15g铟放入坩埚内，放下钟罩；开启机械泵，20分后开启扩散泵，30分钟后打开高阀，抽钟罩真空度为3.5×10-3pa,然后开启衬底加热电源并保持温度在375℃左右，旋开针阀，通入高纯氧，监视高真空测量计表头使之保持在7×10-2pa左右，打开工件旋转控制器并且调节转速在11转/分；然后打开蒸发源电源，旋动调压器转盘使得加热功率在165W左右，1分钟后打开挡板，调节加热丝功率，使膜的生长速率控制在12nm/min左右；40分后结束，将加热电源功率降为0，关闭挡板，关闭衬底加热电源，关闭衬底旋转盘电源，关闭氧气，关闭高真空阀，15分钟后给钟罩充气，当听不到充气的丝丝声后，取出镀膜后的玻璃，测量其方块电阻等，测量不同点的方块电阻所得的平均值在R□为480Ω左右。将下一块玻璃装入载片盘进行下一块镀制，重复如上工艺；
S5、在完成电热膜镀制的玻璃上涂敷电极的计算；由图一可知，对于220V400W元件是由4个薄膜电阻并联而成，由方块电阻知道，三电极元件的总电阻为
由此解出，R＝121Ω，其做法是在薄膜正中印刷一条银电极作为火线，两边的两条银电极有两个用途，①将两边的电极并联，和中间电极形成400W元件；②其中的一个边电极和中间电极形成200W元件；③只用两边电极甩开中间电极不用则形成100W元件。
S6、将印刷好电极引线的片子120℃左右干燥2-3h后，取出，投入烧结炉按照银浆说明书烧结工艺要求烧结30分后取出。
实施例2
高效电热转换陶瓷元件的制备方法，包括如下步骤：
S1、取23×22×0.3cm3微晶平板玻璃，用自来水和洗涤剂擦洗，并冲洗干净，用冷热去离子水各冲洗5分钟，放入烘箱干燥备用；
S2、用0.8mm直径钨丝在3mm直径的钢棒上加热绕制灯丝13圈，两端各留5cm备用，得两根灯丝；在长5cm直径1.5cm石英管的中部烧制一个凹坑，得石英舟；然后将两根灯丝套上石英舟紧固在DM450A型镀膜机的加热电极上；
S3、在圆形载片盘中间挖20×20cm2的方孔，在离开孔三条边边缘10.5mm处，另一条边20mm处，紧固宽10mm，长100mm,厚1mm的金属条，然后在圆载片盘距外边缘5mm处打三个孔，圆心角每120度一个，将其用螺丝固定在转盘上；
S4、打开电源，按下钟罩升按钮，待钟罩升至上限时，将清洁好的玻璃放在方孔上方，将1g锡和0.15g铟放入坩埚内，放下钟罩；开启机械泵，20分后开启扩散泵，30分钟后打开高阀，抽钟罩真空度为3.5×10-3pa,然后开启衬底加热电源并保持温度在375℃左右，旋开针阀，通入高纯氧，监视高真空测量计表头使之保持在7×10-2pa左右，打开工件旋转控制器并且调节转速在11转/分；然后打开蒸发源电源，旋动调压器转盘使得加热功率在165W左右，1分钟后打开挡板，调节电热丝功率，使膜的生长速率控制在12nm/min左右；40分后结束，将加热电源功率降为0，关闭挡板，关闭衬底加热电源，关闭衬底旋转盘电源，关闭氧气，关闭高真空阀，15分钟后给钟罩充气，当听不到充气的丝丝声后，取出镀膜后的玻璃，测量其方块电阻等，测量不同点的方块电阻所得的平均值在R□为480Ω左右。将下一块玻璃装入载片盘进行下一块镀制，重复如上工艺；
S5、完成48V，400W电热镀膜的玻璃上涂敷电极；先求出电流，I＝W/V＝400/48＝8.33A；再求薄膜的总电阻应该是R＝W/I2,＝400/8.332＝5.76Ω.由此，就需要把薄膜分成更多的小方块，以达到这个必需的电阻。假设有n个方块电阻并联而成，则可以有下式：
n/R□＝1/5.76,可以算的n＝84，√n＝9.16,可以取整数为9.在20×20cm2的薄膜上，以20/9为单位成为小方块电阻的边长，可得81个小方块，由此，可以得到图2的电极分布。丝网印刷膜上电极宽度1-2mm。
S6、将印刷好电极引线的片子120℃左右干燥2-3h后，取出，投入烧结炉按照银浆说明书烧结工艺要求烧结30分后取出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.高效电热转换陶瓷元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、取23×22×0.3cm3微晶平板玻璃，用自来水和洗涤剂擦洗，并冲洗干净，用冷热去离子水各冲洗5分钟，放入烘箱干燥备用；
S2、用0.8mm直径钨丝在3mm直径的钢棒上加热绕制灯丝13圈，两端各留5cm备用，得两根灯丝；在长5cm直径1.5cm石英管的中部烧制一个凹坑，得石英舟；然后将两根灯丝套上石英舟紧固在DM450A型镀膜机的加热电极上；
S3、在圆形载片盘中间挖20×20cm2的方孔，在离开孔三条边边缘10.5mm处，另一条边20mm处，紧固1cm宽，长100mm,厚1mm的金属条，然后在圆载片盘外边缘5mm处打三个孔，圆心角每120度一个，将其用螺丝固定在转盘上；
S4、打开电源，按下钟罩升按钮，待钟罩升至上限时，将清洁好的玻璃放在方孔上方，将1g锡和0.15g铟放入坩埚内，放下钟罩；开启机械泵，20分后开启扩散泵，30分钟后打开高阀，抽钟罩真空度为3.5×10-3pa,然后开启衬底加热电源并保持温度在375℃，旋开针阀，通入高纯氧，监视高真空测量计表头使之保持在7×10-2pa，打开工件旋转控制器并且调节转速在11转/分；然后打开蒸发源电源，旋动调压器转盘使得加热功率在165W左右，1分钟后打开挡板，膜的生长速率控制在12nm/min左右；40分后结束，将加热电源功率降为0，关闭挡板，关闭衬底加热电源，关闭衬底旋转盘电源，关闭氧气，关闭高真空阀，15分钟后给钟罩充气，当听不到充气的丝丝声后，取出镀膜后的玻璃，测量其方块电阻，将下一块玻璃装入载片盘进行下一块镀制，重复如上工艺；
S5、在完成电热膜镀制的玻璃上涂敷电极；将镀制好的玻璃放在一个平面上，将制好电极图形的丝网模板对准薄膜并且固定，将银浆涂敷于丝网上用刮板反复刮动银浆几次，将丝网移走，电极印制完毕。
S6、将印刷好电极引线的片子120℃干燥2-3h后，投入烧结炉按照银浆说明书烧结工艺要求烧结30分后取出。
2.如权利要求1所述的高效电热转换陶瓷元件的制备方法，其特征在于，对400W220V元件用银浆丝网印刷三根电极，电极宽度5mm,其中2mm覆盖薄膜。
3.如权利要求1所述的高效电热转换陶瓷元件的制备方法，其特征在于，测量不同点的方块电阻所得的平均值在R□为480Ω左右。
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