CN110074461A - 管式加热器及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了管式加热器及其制备方法和应用。其中，制备方法包括(1)提供陶瓷基流延膜片；(2)在流延膜片表面的至少一部分上形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层表面的至少一部分上形成电极层；(4)在电极层表面的至少一部分上形成第二绝缘层；(5)对步骤(4)得到的复合膜片进行卷绕，以便形成具有多层加热器组件的管式结构；(6)对步骤(5)得到的管状结构产品进行等静压处理和高温共烧处理；(7)在步骤(6)得到的产品上焊接电极引线，以便得到管式加热器。该方法工艺简单、能耗低，且制备得到的管式加热器强度高、耐摔、传热及散热系数低、加热更加均匀，能最大限度的节省能量，降低电子烟充电频率，解决烟杆整体发热的问题。

Description

管式加热器及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于电子烟领域，具体而言，涉及管式加热器及其制备方法和应用。

背景技术

电子烟近年来呈现蓬勃发展的态势，抽烟方式在年轻人身上悄然发生改变，传统的燃烧式抽烟方式与现有的烟油雾化、加热不燃烧的抽烟方式并存，在欧美、日本、韩国等地区，电子烟已经发展成为一个百亿美元级别的巨大市场，且仍表现出井喷的态势。

现在市面上的电子烟类型主要包括两种，一种为烟油雾化产生模拟烟雾的类型(以下简称“雾化电子烟”)，其主要使用雾化器将烟油加热雾化产生烟雾，比较具有代表的品牌是RELX、Gippro等，该类型电子烟的核心技术在于雾化器的设计和制造，烟油的主要成分包括食用丙三醇、丙二醇，尼古丁盐、食用香精等成分；另一种为低温加热不燃烧类型(以下简称“HNB”)，比较具有代表的品牌是IQOS。HNB类型电子烟通过加热片对烟弹进行加热产生烟雾，完全模拟传统烟草的抽烟方式，该类型的核心技术在于加热器件的设计与制造。针对加热器件，比较常见有不锈钢加热管和片式加热片，不锈钢加热管的加热丝内贴至管内部或者外部，由于钢管的传热系数非常快，导致整个烟杆的温度非常高，不利于烟杆中的其它电子元件的工作；另外由于不锈钢的散热系数也非常快，加热管蓄热效果差，烟杆在使用过程中消耗大量的电能，需要频繁的充电，使得该种类型的电子烟体验效果差；而片式加热片是通过直接插入到烟弹内部进行加热，但其加热面积较小，烟弹中烟草能够起作用的只有加热片周围的一圈，导致烟弹内部有大量产生烟雾物质无法被加热挥发。

因此，电子烟加热器件的设计与制造仍有待进一步研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出管式加热器及其制备方法和应用。该制备方法不仅工艺简单、能耗低，而且制备得到的管式加热器不仅强度高、耐摔，而且传热、散热系数低；在使用过程中针对烟弹周边开始加热，加热更加均匀，加热面积更大，自身的蓄热效果好且传递至烟杆外表的热量较少，能够最大限度的节省能量，降低电子烟的充电频率，解决烟杆整体发热的问题。

根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种管式加热器的制备方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)提供陶瓷基流延膜片；

(2)在所述流延膜片表面的至少一部分上形成第一绝缘层；

(3)在所述第一绝缘层表面的至少一部分上形成电极层；

(4)在所述电极层表面的至少一部分上形成第二绝缘层；

(5)对步骤(4)得到的复合膜片进行卷绕，以便形成具有多层加热器组件的管式结构，其中，所述加热器组件从外到内依次包括流延膜片支撑层、第一绝缘层、电极层和第二绝缘层；

(6)对步骤(5)得到的管状结构产品进行等静压处理和高温共烧处理；

(7)在步骤(6)得到的产品上焊接电极引线，以便得到管式加热器。

根据本发明上述实施例的制备管式加热器的方法，通过在陶瓷基流延膜片上依次形成第一绝缘层、电极层和第二绝缘层，并对得到的复合膜片进行卷绕，可以形成具有多层加热器组件的管式结构，使多层电极层内置于管式加热器中并沿管式加热器的径向方向和轴向方向分布；通过将电极层设置于第一绝缘层和第二绝缘层之间，不仅有利于电极层的制备，还可以有效避免电极层被氧化，确保管式加热器的正常使用；与分别对加热板基体和电极层进行高温烧结的方式相比，通过对等静压处理后的管状结构产品进行一次性高温烧结，不仅可以有效缩短制备工艺流程，还可以显著降低能耗。因此，该方法不仅工艺简单、能耗低，而且制备得到的管式加热器在使用时针对烟弹周边开始加热，加热更加均匀，加热面积更大，能够在烟弹周围形成一整圈的发热层，极大限度使烟弹整体受热；并且，由于支撑层传热、散热系数低，该管式加热器传递至烟杆外表的热量较少，且自身的蓄热效果好，能够最大限度的节省能量，因而将制备得到的管式加热器用于电子烟中不仅可以显著降低电子烟的充电频率，增强电子烟的体验效果，还可以有效解决由于不锈钢加热管的高能耗和传热太快而导致烟杆整体发热的问题。

在本发明的一些实施例中，所述流延膜片为含1.5～10mol％Y₂O₃的氧化锆陶瓷膜片，或为含1.5～10mol％Y₂O₃且含0.5～25wt％Al₂O₃的氧化锆陶瓷膜片。

在本发明的一些实施例中，所述流延膜片的厚度为0.03～0.5mm。

在本发明的一些实施例中，所述流延膜片的厚度为0.03～0.2mm。

在本发明的一些实施例中，所述流延膜片的厚度为0.1～0.2mm。

在本发明的一些实施例中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层分别独立地为纯度为55～99.99wt％的氧化铝陶瓷层。

在本发明的一些实施例中，所述第一绝缘层是将氧化铝陶瓷浆料印刷至所述流延膜片表面的至少一部分上形成的，所述第一绝缘层的印刷厚度为5～25μm。

在本发明的一些实施例中，所述第二绝缘层是将氧化铝陶瓷浆料印刷至所述电极层表面的至少一部分上形成的，所述第二绝缘层的印刷厚度为5～25μm。

在本发明的一些实施例中，所述电极层是将电阻丝印刷至所述第一绝缘层表面的至少一部分上形成的，所述电极层的印刷厚度为5～10μm。

在本发明的一些实施例中，所述电极层包括多个电阻丝，所述电阻丝为选自Pt、Ni、Pd、Ag/Pd、Mo/Mn和Pt/Pd中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述多个电阻丝呈并联结构。

在本发明的一些实施例中，步骤(6)中，所述等静压处理的压力为50～150MPa，温度为60～80℃，时间为10～30min。

在本发明的一些实施例中，所述高温共烧处理的温度为1350～1550℃，烧结时间为1～3h。

在本发明的一些实施例中，所述管式加热器的壁厚为0.1～1mm，直径为2.5～15mm，沿其轴向方向的长度为10～150mm。

在本发明的一些实施例中，所述电极层沿所述管式加热器轴向方向的长度为8～140mm，所述管式加热器的阻值为0.5～20Ω。

根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种管式加热器。根据本发明的实施例，该管式加热器是采用上述制备管式加热器的方法制备得到的。该管式加热器在使用时可以针对烟弹周边开始加热，加热更加均匀，加热面积更大，能够在烟弹周围形成一整圈的发热层，极大限度使烟弹整体受热；并且，由于支撑层传热、散热系数低，该管式加热器传递至烟杆外表的热量较少，且自身的蓄热效果好，能够最大限度的节省能量，因而将该管式加热器用于电子烟中不仅可以显著降低电子烟的充电频率，增强电子烟的体验效果，还可以有效解决由于不锈钢加热管的高能耗和传热太快而导致烟杆整体发热的问题。

根据本发明的第三个方面，本发明提出了一种雾化器。根据本发明的实施例，该雾化器具有采用上述制备管式加热器的方法制备得到的管式加热器。将具有上述管式加热器的雾化器用于电子烟中不仅可以显著降低电子烟的充电频率，还可以有效解决由于不锈钢加热管的高能耗和传热太快而导致烟杆整体发热的问题，从而提高用户满意度。

根据本发明的第四个方面，本发明提出了一种电子烟。根据本发明的实施例，该电子烟具有上述雾化器。该电子烟的充电频率低，且使用时烟弹的雾化效率高、烟杆整体不易发热，可以显著改善用户体验。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备管式加热器的方法流程图。

图2是采用本发明一个实施例的制备方法得到的管式加热器的结构示意图。

图3是采用本发明一个实施例的制备方法得到的管式加热器垂直于其轴向方向的结构示意图。

图4是采用本发明一个实施例的制备方法得到的管式加热器垂直于其轴向方向的加热器组件的结构示意图。

图5是根据本发明一个实施例的制备管式加热器的方法中电极层在卷绕前的平面结构示意图。

图6是采用本发明一个实施例的制备方法得到的管式加热器的成品图。

图7是采用本发明再一个实施例的制备方法得到的管式加热器的成品图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种管式加热器的制备方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：

(1)提供陶瓷基流延膜片；(2)在流延膜片表面的至少一部分上形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层表面的至少一部分上形成电极层；(4)在电极层表面的至少一部分上形成第二绝缘层；(5)对步骤(4)得到的复合膜片进行卷绕，以便形成具有多层加热器组件的管式结构，其中，加热器组件从外到内依次包括流延膜片支撑层、第一绝缘层、电极层和第二绝缘层；(6)对步骤(5)得到的管状结构产品进行等静压处理和高温共烧处理；(7)在步骤(6)得到的产品上焊接电极引线，以便得到管式加热器。

下面参考图1-7对本发明上述实施例的管式加热器进行详细描述。

S100：在陶瓷基流延膜片上依次形成第一绝缘层、电极层和第二绝缘层，并对得到的复合膜片进行卷绕

根据本发明的实施例，提供陶瓷基流延膜片；在流延膜片表面的至少一部分上形成第一绝缘层；在第一绝缘层表面的至少一部分上形成电极层；在电极层表面的至少一部分上形成第二绝缘层；对得到的复合膜片进行卷绕，可以形成具有多层加热器组件的管式结构，其中，加热器组件从外到内依次包括流延膜片支撑层、第一绝缘层、电极层和第二绝缘层，多层电极层内置于管式加热器中并沿管式加热器的径向方向和轴向方向分布。其中，通过卷绕的方式形成管状结构产品不仅更有利于管式加热器成型，并控制管式加热器的尺寸，还可以根据实际需要控制电极层在轴向和径向方向的位置和尺寸，从而可以使最终制备得到的管式加热器在使用时针对烟弹周边开始加热，加热更加均匀，加热面积更大，能够在烟弹周围形成一整圈的发热层，极大限度使烟弹整体受热；并且，由于支撑层传热、散热系数低，管式加热器传递至烟杆外表的热量较少，且自身的蓄热效果好，能够最大限度的节省能量，因而将制备得到的管式加热器用于电子烟中不仅可以显著降低电子烟的充电频率，增强电子烟的体验效果，还可以有效解决由于不锈钢加热管的高能耗和传热太快而导致烟杆整体发热的问题。

根据本发明的一个具体实施例，流延膜片可以为含1.5～10mol％Y₂O₃的氧化锆陶瓷膜片，例如，Y₂O₃的摩尔百分比可以为1.5mol％、2.2mol％、2.9mol％、3.6mol％、4.3mol％、5.0mol％、5.7mol％、6.3mol％、7mol％、7.7mol％、8.4mol％、9.1mol％、9.8mol％或10mol％等。发明人发现，纯氧化锆由高温冷却至室温的过程中晶体结构会发生变化，在经过相变温度时其体积剧烈改变，造成烧结后的管式加热器成品含有微裂缝，影响管式加热器的品质及产率，本发明中通过在采用Y₂O₃掺杂量为1.5～10mol％的氧化锆陶瓷膜片，不仅可以改变氧化锆的相变态温度范围，产生室温下稳定的晶体结构，进而有效避免支撑层在后续烧结后产生微裂纹而影响管式加热器品质及产率的问题，还可以进一步提高支撑层的强度和硬度，使制备得到的管式加热器具有不锈钢加热管的强度高、耐摔和耐磨等的优点，从而显著提高管式加热器的品质。

根据本发明的再一个具体实施例，流延膜片可以为含1.5～10mol％Y₂O₃且含0.5～25wt％Al₂O₃的氧化锆陶瓷膜片，例如，Al₂O₃的含量可以为0.5wt％、2.5wt％、5wt％、7.5wt％、10wt％、12.5wt％、15wt％、17.5wt％、20wt％、22.5wt％或25wt％等。发明人发现，氧化锆的热传导性较差，而且在低温下长期使用时容易出现低温老化现象，导致氧化锆基体层强度下降，通过在含有Y₂O₃的氧化锆陶瓷中进一步添加Al₂O₃来形成支撑层，不仅可以改善支撑层的热传导系数，还可以明显抑制支撑层在使用过程中的老化，同时还能进一步提高支撑层的强度。但是若氧化锆陶瓷层中Al₂O₃的含量过多，会显著提高支撑层的热传导效果，导致管式加热器在使用时散热速率变大，从而不仅会降低管式加热器的蓄热效果，还会增加电子烟在使用过程中消耗的电能，使充电频率变大。由此，本发明中通过控制陶瓷基流延膜片中Y₂O₃和Al₂O₃为上述含量，不仅可以避免烧结后管式加热器产生微裂纹，并进一步提高管式加热器的稳定性、强度和耐摔性，还可以使最终形成的支撑层具有适宜的热传导效率，在确保管式加热器的蓄热效果的同时可以降低其在使用过程中消耗的电能，从而降低充电频率。

根据本发明的又一个具体实施例，流延膜片的尺寸可以根据加热管的壁厚、长度、直径和材料的收缩率进行裁片得到；其中，流延膜片的厚度可以为0.03～0.5mm，例如，可以为0.03mm、0.05mm、0.09mm、0.13mm、0.17mm、0.21mm、0.25mm、0.29mm、0.33mm、0.37mm、0.41mm、0.45mm、0.5mm。发明人发现，可以依次在流延膜片上形成第一绝缘层、电极层和第二绝缘层，然后通过卷绕的方式形成具有多层加热器组件的管状结构，进而通过对管状结构产品进行等静压和高温烧结等处理可以制备得到管式加热器，其中，若流延膜片的厚度过大，膜片的脆性也较大，不易通过卷绕的方式形成管状结构，并且，当电极层的厚度一定时，膜片的厚度过大，最终形成的支撑层的厚度也过大，会影响管式加热器的蓄热效率。本发明中通过控制流延膜片的厚度为0.03～0.5mm，不仅可以提高流延膜片的韧性，易于通过卷绕的方式形成具有多层加热器组件的管状结构，还可以确保最终得到的管式加热器中支撑层具有适宜的厚度，保证管式加热器的蓄热效率；优选地，可以控制流延膜片的厚度为0.05～0.2mm或0.1～0.2mm，例如可以为0.06mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.14mm、0.16mm、0.18mm或0.2mm，由此不仅进一步有利于通过卷绕的方式得到管式加热器，还可以进一步提高管式加热器的蓄热效率。

根据本发明的又一个具体实施例，本发明中第一绝缘层和第二绝缘层的材质并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，第一绝缘层和第二绝缘层可以分别独立地为纯度为55～99.99wt％的氧化铝陶瓷层。发明人发现，由于氧化锆陶瓷高温电导，电阻丝直接依附于氧化锆支撑层上在加热过程中会导致短路，本发明中通过在氧化锆支撑层上预先形成第一绝缘层后再制备电极层，并在电极层上再印刷第二绝缘层形成第一绝缘层-电极层-第二绝缘层的“三明治结构”，能够有效避免电极层与氧化锆支撑层的直接接触，保证管式加热器在加热过程中的正常使用；而本发明中通过以氧化铝作为绝缘层，可以利用氧化铝的高电阻率(电阻率>10¹³Ω/mm)保证电极层与氧化锆支撑层之间的绝缘性，同时利用氧化铝的高导热系数(导热系数>20W/(m·K))将电极层产生的热量快速的传导至氧化锆支撑层。

根据本发明的又一个具体实施例，第一绝缘层可以将氧化铝陶瓷浆料印刷至流延膜片表面的至少一部分上形成，例如可以通过丝网印刷的方式将氧化铝陶瓷浆料对位印刷至陶瓷基流延膜片的指定位置，第一绝缘层的印刷厚度可以为5～25μm，例如可以为5μm、7μm、10μm、14μm、18μm、22μm或25μm等，氧化铝印刷浆料中氧化铝的纯度可以为55～99.99wt％，由此，不仅可以提高绝缘效果，还有利于后续电阻丝的印刷。

根据本发明的又一个具体实施例，第二绝缘层可以将氧化铝陶瓷浆料印刷至电极层表面的至少一部分上形成，例如可以通过丝网印刷的方式将氧化铝陶瓷浆料对位印刷至指定位置，第二绝缘层的印刷厚度可以为5～25μm，例如可以为5μm、7μm、10μm、14μm、18μm、22μm或25μm等，氧化铝印刷浆料中氧化铝的纯度可以为55～99.99wt％；优选地使第二绝缘层将电极层中的电阻丝完全包覆，由此，不仅可以提高绝缘效果，还可以避免电阻丝被氧化。

根据本发明的又一个具体实施例，电极层可以将电阻丝印刷至第一绝缘层表面的至少一部分上形成，例如可以通过丝网印刷的方式将电阻丝完全印刷在第一绝缘层上，其中电极层的印刷厚度可以5～10um，例如可以为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，具体可以根据目标电阻设计印刷电阻丝图形的线宽和厚度。其中，本发明中电极层中可以具有一根或多根电阻丝，电阻丝可以为串联或并联结构，并且电阻丝的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，电阻丝可以为选自Pt、Ni、Pd、Ag/Pd、Mo/Mn和Pt/Pd中的至少之一，优选地，电极层中可以包括多个电阻丝且多个电阻丝呈并联结构，电子烟在额定电压下工作，本发明中通过将多个电阻丝并联，可以使电极层中多个电阻丝的电阻更小，从而能够显著提高额定电压下管式加热器的功率，提高电子烟的电能利用率，达到降低充电频率的效果。

根据本发明的又一个具体实施例，可以通过控制陶瓷基流延膜片的厚度和尺寸、第一绝缘层、电极层以及第二绝缘层的印刷厚度和预期管式加热器的壁厚来选择卷绕的圈数，其中，卷绕直径可以根据管式加热器的目标尺寸与收缩率计算得到；并根据目标电阻和电阻丝的类型控制电阻丝图形的线宽、厚度以及沿管式加热器轴向方式的长度，以控制最终得到的管式加热器的壁厚、直径、长度和电阻等参数，以满足不同类型、规格和需求的电子烟对管式加热器的需求。

S200：对S100得到的管状结构产品进行等静压处理和高温共烧处理，并焊接电极引线

根据本发明的实施例，对S100得到的管状结构产品进行等静压处理和高温共烧处理后在产品上焊接电极引线，得到管式加热器，其中，在管式加热器内部电极触电处引出引线，管式加热器与外部的连接通过从触电处引出的引线连接。与分别对加热板基体和电极层进行高温烧结的方式相比，通过对等静压处理后的管状结构产品进行一次性高温烧结，不仅可以有效缩短制备工艺流程，还可以显著降低能耗。

根据本发明的一个具体实施例，将卷绕得到的管状结构产品加入模芯进行等静压处理，等静压处理的压力可以为50～150MPa，温度可以为60～80℃，时间可以为10～30min，例如，等静压处理的压力可以为50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa或150MPa等，温度可以为64℃、68℃、72℃、76℃或80℃等，时间可以为10min、14min、18min、22min、26min或30min等。发明人发现，采用上述条件对管状结构产品进行等静压处理不仅可以使产品内部结构更为均匀稳定，还可以进一步提高产品的致密度和强度，降低后续高温共烧过程中产品的收缩率，从而有效避免在后续高温共烧过程中由于产品内部结构不均或体积剧烈改变而导致产品发生开裂的问题，由此不仅有利于进一步提高管式加热器的强度和耐摔性，还可以进一步提高管式加热器的品质和产率。此外，发明人还发现，等静压处理时压力过大或时间过长均会导致坯体难于脱模，还会极大的缩短等静压模具的使用寿命；而若等静压处理时压力过小或时间过短，等静压坯体的致密性又过小，后续烧结处理时烧结收缩率会显著增大且难于控制，这将导致最终的成品尺寸难于控制且成品致密性偏低，大大影响产品的产率和产品合格率，本发明中通过采用上述等静压处理条件，不仅可使得所得的等静压后的生坯具有较佳的致密度，还能显著提高生产效率。

根据本发明的再一个具体实施例，在制备管式加热器的过程中，可以实行排胶烧结一体，空气气氛下对等静压处理后的管状结构产品一次共烧成型，无需单独对陶瓷基体、绝缘层和电极层分别进行高温烧结，显著缩短了工艺流程。进一步地，高温共烧处理的温度可以为1350～1550℃，烧结时间为1～3h，例如，高温共烧的温度可以为1350℃、1370℃、1390℃、1410℃、1430℃、1450℃、1470℃、1490℃、1510℃、1530℃或1550℃等，共烧时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3小时等。发明人发现，过低的烧结温度和较短的烧结时间均会使管式加热器坯体的烧结不充分，使材料不能完全成瓷，瓷体中存在大量的孔洞，管式加热器的强度得不到保证；而过高的烧结温度和过长的烧结时间会导致材料过烧，瓷体晶粒会异常长大，瓷体中也会出现孔洞，管式加热器的强度也会恶化。本发明中通过控制上述高温共烧条件，不仅可以显著降低管式结构产品的孔隙率，提高最终制备得到的管式加热器的致密度和机械强度，还能保证管式加热器具有良好的力学性能。

根据本发明的又一个具体实施例，如图2、图3和图4所示，最终制备得到的管式加热器包括多层加热器组件10，其中每个加热器组件10包括：支撑层11、第一绝缘层12、电极层13和第二绝缘层14。其中，支撑层11为陶瓷材质，第一绝缘层12设在支撑层11的至少一部分内表面上；电极层13设在第一绝缘层12的至少一部分上；第二绝缘层14设在电极层13的至少一部分上。其中，图6和图7为采用本发明实施例的方法制备得到的不同规格的管式加热器的成品图。

根据本发明的又一个具体实施例，最终制备得到的管式加热器的壁厚、直径和长度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，如图2所示，管式加热器的壁厚d可以为0.1～1mm，直径D可以为2.5～15mm，管式加热器沿其轴向方向的长度L₁可以为10～150mm，例如，管式加热器的壁厚d可以为0.1mm、0.4mm、0.7mm或1mm，直径D可以为2.5mm、4mm、5.5mm、7mm、8.5mm、10mm、11.5mm、13mm或15mm，长度L₁可以为10mm、24mm、38mm、52mm、66mm、80mm、94mm、108mm、122mm、136mm或150mm。进一步地，管式加热器中管式加热器组件的个数并不受特别限制，例如管式加热器组件10的个数可以为2～30个，例如2～20个、3个、5个、7个、9个、11个、13个、15个、17个、19个、21个、23个、25个、27个或30个等，本领域技术人员可以根据管式加热器的预期壁厚、直径以及支撑层的厚度等选择管式加热器组件的个数，由此可以满足不同类型、规格和需求的电子烟对管式加热器的需求。

根据本发明的又一个具体实施例，如图5所示，电极层13沿管式加热器轴向方向的长度L₂可以为8～140mm，例如可以为8mm、21mm、34mm、47mm、60mm、73mm、86mm、99mm、112mm、125mm或140mm等，由此可以提高管式加热器轴向方向上的发热层范围，并且可以在管式加热器的轴向方向上形成分段式的发热层，从而可以更大限度使烟弹整体受热，提高管式加热器的蓄热效果。进一步地，管式加热器的阻值可以为0.5～20Ω，例如0.5Ω、3Ω、5.5Ω、8Ω、10.5Ω、13Ω、15.5Ω、18Ω或20Ω，由此可以满足不同类型、规格和需求的电子烟对管式加热器的需求。需要说明的是，本发明中所述的管式加热器的轴向方向如图5所示，所述径向方向与所述轴向方向垂直。

综上所述，根据本发明上述实施例的制备管式加热器的方法，通过在陶瓷基流延膜片上依次形成第一绝缘层、电极层和第二绝缘层，并对得到的复合膜片进行卷绕，可以形成具有多层加热器组件的管式结构，使多层电极层内置于管式加热器中并沿管式加热器的径向方向和轴向方向分布；通过将电极层设置于第一绝缘层和第二绝缘层之间，不仅有利于电极层的制备，还可以有效避免电极层被氧化，确保管式加热器的正常使用；与分别对加热板基体和电极层进行高温烧结的方式相比，通过对等静压处理后的管状结构产品进行一次性高温烧结，不仅可以有效缩短制备工艺流程，还可以显著降低能耗。因此，该方法不仅工艺简单、能耗低，而且制备得到的管式加热器在使用时针对烟弹周边开始加热，加热更加均匀，加热面积更大，能够在烟弹周围形成一整圈的发热层，极大限度使烟弹整体受热；并且，由于陶瓷材质的支撑层传热、散热系数低，该管式加热器传递至烟杆外表的热量较少，且自身的蓄热效果好，能够最大限度的节省能量，因而将制备得到的管式加热器用于电子烟中不仅可以显著降低电子烟的充电频率，增强电子烟的体验效果，还可以有效解决由于不锈钢加热管的高能耗和传热太快而导致烟杆整体发热的问题。需要说明的是，上述针对管式加热器所描述的特征和效果同样适用于该制备管式加热器的方法，此处不再赘述。

根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种管式加热器。根据本发明的实施例，该管式加热器是采用上述制备管式加热器的方法制备得到的。该管式加热器在使用时可以针对烟弹周边开始加热，加热更加均匀，加热面积更大，能够在烟弹周围形成一整圈的发热层，极大限度使烟弹整体受热；并且，由于支撑层传热、散热系数低，该管式加热器传递至烟杆外表的热量较少，且自身的蓄热效果好，能够最大限度的节省能量，因而将该管式加热器用于电子烟中不仅可以显著降低电子烟的充电频率，增强电子烟的体验效果，还可以有效解决由于不锈钢加热管的高能耗和传热太快而导致烟杆整体发热的问题。需要说明的是，上述针对管式加热器的制备方法所描述的特征和效果同样适用于该管式加热器，此处不再赘述。

根据本发明的第三个方面，本发明提出了一种雾化器。根据本发明的实施例，该雾化器具有采用上述制备管式加热器的方法制备得到的管式加热器。将具有上述管式加热器的雾化器用于电子烟中不仅可以显著降低电子烟的充电频率，还可以有效解决由于不锈钢加热管的高能耗和传热太快而导致烟杆整体发热的问题，从而提高用户满意度。需要说明的是，上述针对管式加热器和制备管式加热器的方法所描述的特征和效果同样适用于该雾化器，此处不再赘述。

根据本发明的第四个方面，本发明提出了一种电子烟。根据本发明的实施例，该电子烟具有上述雾化器。该电子烟的充电频率低，且使用时烟弹的雾化效率高、烟杆整体不易发热，可以显著改善用户体验。需要说明的是，上述针对雾化器所描述的特征和效果同样适用于该电子烟，此处不再赘述。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.03mm厚度的1.5YSZ(即氧化钇含量为1.5mol％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝61×13mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为55wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为5um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为5um；75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为55wt％的氧化铝，印刷厚度为5um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以13mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：3.15mm；(5)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为80℃，压力为50MPa，保压30min，等静压后，于1350℃下高温共烧3h成瓷；(6)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为10mm，直径为2.5mm，管壁厚度为0.1mm，阻值为0.5Ω。

实施例2

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.05mm厚度的2YSZ(即氧化钇含量为2mol％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝91×38mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为75wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为10um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为7.5um，75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为75wt％的氧化铝，印刷厚度为10um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以38mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：5.67mm；(5)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为100MPa，保压20min，等静压后，于1400℃下高温共烧3h成瓷；(6)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为30mm，直径为4.5mm，管壁厚度为0.2mm，阻值为1.5Ω。

实施例3

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.075mm厚度的3YSZ(即氧化钇含量为3mol％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝121×63mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为95wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为15um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为7.5um；75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为95wt％的氧化铝，印刷厚度为15um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以63mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：9.45mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1450℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为50mm，直径为7.5mm，管壁厚度为0.2mm，阻值为2.5Ω。

实施例4

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.075mm厚度的5YSZ(即氧化钇含量为5mol％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝151×106mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为99.99wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为15um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为10um；75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为99.99wt％的氧化铝，印刷厚度为15um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以106mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：9.45mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1500℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为84mm，直径为7.5mm，管壁厚度为0.25mm，阻值为5Ω。

实施例5

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.1mm厚度的7YSZ(即氧化钇含量为7mol％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝121×106mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为99.99wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为15um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为10um；75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为99.99wt％的氧化铝，印刷厚度为15um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以106mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：9.45mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1500℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为84mm，直径为7.5mm，管壁厚度为0.3mm，阻值为5Ω。

实施例6

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.1mm厚度的10YSZ(即氧化钇含量为10mol％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝152×106mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为99.99wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为20um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为10um；75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为99.99wt％的氧化铝，印刷厚度为20um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以106mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：9.45mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1550℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为84mm，直径为7.5mm，管壁厚度为0.35mm，阻值为5Ω。

实施例7

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.1mm厚度的含1.5wt％氧化铝的3YSZ(即氧化钇含量为3mol％且氧化铝含量为1.5wt％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝152×106mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为99.99wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为20um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为10um；75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为99.99wt％的氧化铝，印刷厚度为20um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以106mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：9.45mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1450℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为84mm，直径为7.5mm，管壁厚度为0.4mm，阻值为5Ω。

实施例8

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.1mm厚度的含3wt％氧化铝的1.5YSZ(即氧化钇含量为1.5mol％且氧化铝含量为3wt％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝243×126mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为99.99wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为25um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为10um；75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为99.99wt％的氧化铝，印刷厚度为25um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以106mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：12.61mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1550℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为100mm，直径为10mm，管壁厚度为0.5mm，阻值为9Ω。

实施例9

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.3mm厚度的含7wt％氧化铝的5YSZ(即氧化钇含量为5mol％且氧化铝含量为7wt％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝244×189mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为99.99wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为25um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为10um，75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为99.99wt％的氧化铝，印刷厚度为25um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以189mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：18.91mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1550℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为150mm，直径为15mm，管壁厚度为0.8mm，阻值为15Ω。

实施例10

制备管式加热器，步骤如下：

(1)选取0.3mm厚度的含10wt％氧化铝的10YSZ(即氧化钇含量为10mol％且氧化铝含量为10wt％的氧化锆)的流延膜片，裁切尺寸为：(L×W＝307×189mm)；(2)通过丝网印刷的方式，将纯度为99.99wt％的氧化铝对位印刷至流延膜片的指定位置，印刷厚度为25um，75℃下烘干10min，形成第一绝缘层；(3)在第一绝缘层上印刷Pt高温电阻丝，Pt发热丝完全印刷在第一绝缘层氧化铝层上，印刷厚度为10um，75℃下烘干10min，形成电极层；(4)在电极层上印刷纯度为99.99wt％的氧化铝，印刷厚度为25um，75℃下烘干10min，形成第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层重合，第一绝缘层和第二绝缘层完全将Pt电阻丝包覆；(5)将印刷好的复合膜片以189mm的一边为轴向进行卷绕，卷绕直径为：18.91mm；(6)将卷绕好的管式结构产品加入模芯进行等加压处理，等静压温度为75℃，压力为150MPa，保压30min，等静压后，于1550℃下高温共烧3h成瓷；(7)使用无铅焊料进行引线的连接，得到管式加热器。

制备得到的管式加热器沿其轴向方向的长度为150mm，直径为15mm，管壁厚度为1mm，阻值为20Ω。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“轴向”、“径向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种管式加热器的制备方法，其特征在于，包括：

(1)提供陶瓷基流延膜片；

(2)在所述流延膜片表面的至少一部分上形成第一绝缘层；

(3)在所述第一绝缘层表面的至少一部分上形成电极层；

(4)在所述电极层表面的至少一部分上形成第二绝缘层；

(5)对步骤(4)得到的复合膜片进行卷绕，以便形成具有多层加热器组件的管式结构，其中，所述加热器组件从外到内依次包括流延膜片支撑层、第一绝缘层、电极层和第二绝缘层；

(6)对步骤(5)得到的管状结构产品进行等静压处理和高温共烧处理；

(7)在步骤(6)得到的产品上焊接电极引线，以便得到管式加热器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流延膜片为含1.5～10mol％Y₂O₃的氧化锆陶瓷膜片，或为含1.5～10mol％Y₂O₃且含0.5～25wt％Al₂O₃的氧化锆陶瓷膜片。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流延膜片的厚度为0.03～0.5mm；

任选地，所述流延膜片的厚度为0.05～0.2mm；

任选地，所述流延膜片的厚度为0.1～0.2mm。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层分别独立地为纯度为55～99.99wt％的氧化铝陶瓷层，

任选地，所述第一绝缘层是将氧化铝陶瓷浆料印刷至所述流延膜片表面的至少一部分上形成的，所述第一绝缘层的印刷厚度为5～25μm，

任选地，所述第二绝缘层是将氧化铝陶瓷浆料印刷至所述电极层表面的至少一部分上形成的，所述第二绝缘层的印刷厚度为5～25μm。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述电极层是将电阻丝印刷至所述第一绝缘层表面的至少一部分上形成的，所述电极层的印刷厚度为5～10μm，

任选地，所述电极层包括多个电阻丝，所述电阻丝为选自Pt、Ni、Pd、Ag/Pd、Mo/Mn和Pt/Pd中的至少之一，

任选地，所述多个电阻丝呈并联结构。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(6)中，所述等静压处理的压力为50～150MPa，温度为60～80℃，时间为10～30min，

任选地，所述高温共烧处理的温度为1350～1550℃，烧结时间为1～3h。

7.根据权利要求1或6所述的管式加热器，其特征在于，所述管式加热器的壁厚为0.1～1mm，直径为2.5～15mm，沿其轴向方向的长度为10～150mm，

任选地，所述电极层沿所述管式加热器轴向方向的长度为8～140mm，所述管式加热器的阻值为0.5～20Ω。

8.一种采用权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到的管式加热器。

9.一种雾化器，其特征在于，具有权利要求8所述的管式加热器。

10.一种电子烟，其特征在于，具有权利要求9所述的雾化器。