CN111387555A - 电子雾化装置、雾化组件、雾化元件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子雾化装置、雾化组件、雾化元件及其制作方法。该雾化元件包括多孔基体及发热层，所述多孔基体具有雾化面，所述发热层覆盖所述雾化面；其中，所述发热层包括导电层及稳定层，所述导电层覆盖所述雾化面，所述稳定层覆盖所述导电层远离所述多孔基体的表面；其中，所述稳定层的电阻率高于所述导电层且抗氧化性能低于所述导电层。通过上述方式，本发明能够解决导电层阻值上升过快的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子雾化技术领域，具体涉及一种电子雾化装置、雾化组件、雾化元件及其制作方法。
背景技术
随着人们对身体健康的关注度上升，人们都意识到了烟草对身体的危害，因此产生了电子雾化装置。电子雾化装置具有与香烟相似的外观和味道，但一般不含香烟中的焦油、悬浮微粒等其它有害成分，大大减少了对使用者身体的危害，因而多作为香烟的替代品，用于戒烟。
电子雾化装置一般由雾化组件和电源组件构成。目前市场上的电子雾化装置的雾化组件的加热体包括弹簧状的发热丝，其制作过程是将线状的发热丝缠绕在一固定轴上，当所述发热丝通电时，存储在存储介质上的烟液吸附在固定轴上，经发热丝的加热作用将烟液雾化。另一种发热体包括陶瓷与发热丝的组合嵌套，然而雾化效率低，容易炸液。发热体的相关技术还包括在多孔陶瓷基体上制备薄膜发热体，然而和这种薄膜发热体的阻值稳定性差，寿命低。
发明内容
本发明提供一种电子雾化装置、雾化组件、雾化元件及其制作方法，以解决导电层阻值上升过快的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的第一个技术方案为：提供一种电子雾化装置的雾化元件，包括：多孔基体及发热层，所述多孔基体具有雾化面，所述发热层覆盖所述雾化面；其中，所述发热层包括导电层及稳定层，所述导电层覆盖所述雾化面，所述稳定层覆盖所述导电层远离所述多孔基体的表面；其中，所述稳定层电阻率高于所述导电层且抗氧化性能低于所述导电层。
其中，所述稳定层的材料为：铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合；所述导电层的材料为钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合。
其中，所述稳定层的材料未铝；所述导电层的材料为钛锆合金。
其中，所述发热层的厚度为1.5～5um；其中，所述稳定层的厚度为0.5～2um，所述导电层的厚度为2～3um。
其中，所述雾化元件还包括：位于所述稳定层远离所述多孔基体且覆盖部分所述稳定层的第一电极及第二电极。
其中，所述第一电极及所述第二电极的材料为银。
为解决上述技术问题，本发明提供的第二个技术方案为：提供一种电子雾化装置的雾化组件，其特征在于，所述雾化组件包括用于存储烟液的储液腔和上述任一项所述的雾化元件，所述储液腔中的烟液能够传导到所述雾化面上。
为解决上述技术问题，本发明提供的第三个技术方案为：提供一种电子雾化装置，包括电源组件和上述所述的雾化组件，所述电源组件与所述雾化组件电连接，用于为所述雾化组件的雾化元件提供电源。
为解决上述技术问题，本发明提供的第四个技术方案为：提供一种电子雾化装置的雾化元件的制作方法，包括提供多孔基体，所述多孔基体包括雾化面；在所述多孔基体的雾化面上设置导电层；在所述导电层远离所述多孔基体的一表面设置稳定层；其中，所述稳定层电阻率高于所述导电层且抗氧化性能低于所述导电层。
其中，所述在所述多孔基体的雾化面上设置导电层包括：采用直流溅射沉积工艺或磁控溅射沉积工艺在所述多孔基体的雾化面上设置导电层；和/或所述在所述导电层远离所述多孔基体的一表面设置稳定层的步骤包括：采用直流溅射沉积工艺或磁控溅射沉积工艺在所述导电层远离所述多孔基体的一侧形成稳定层。
其中，所述方法还包括：采用丝网印刷的方式在所述稳定层远离所述多孔基体的一侧设置覆盖部分所述稳定层的第一电极及第二电极，并对所述第一电极及所述第二电极进行低温烧结。
其中，所述稳定层及所述导电层的总厚度为1.5～5um，所述稳定层的厚度为0.5～2um，所述导电层的厚度为2～3um；和/或所述稳定层的材料为：铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合；所述导电层的材料为钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合。
其中，所述稳定层的材料未铝；所述导电层的材料为钛锆合金。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过在多孔基体的雾化面上形成导电层和稳定层，稳定层电阻率高于所述导电层且抗氧化性能低于所述导电层。选用此种材料作为稳定层，可使得导电层的阻值在发热过程中相对稳定，而不会出现飙升，从而解决导电层的阻值上升过快的问题，进而可给用户带来较佳和稳定的口感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明一实施例中电子雾化装置的立体结构示意图；
图2是图1中电子雾化装置的雾化组件的分解结构示意图；
图3是图2中雾化组件的剖视局部放大结构示意图；
图4是本发明一实施例中雾化元件的平面结构示意图；
图5是本发明雾化元件的制作方法的第一实施例的流程示意图；
图6是本发明雾化元件的制作方法的第二实施例的流程示意图。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
现有的普通陶瓷发热丝发热不均，在雾化过程中容易发生炸液的情况；氮化物型发热膜稳定性差，发热寿命短；贵金属型发热丝成本高，且粒子容易发生团聚。为实现降低阻值增幅的目的，本发明提供一种新型的电子雾化装置、雾化组件、雾化元件及其制作方法，下面结合附图及具体实施例进行说明。
请参阅图1，本发明电子雾化装置可包括雾化组件100和电源组件200。其中，电源组件200与雾化组件100电连接，用于为雾化组件100提供电源。
在本实施例中，电源组件200与雾化组件100可拆卸连接，以便其中任一组件发生损坏时，可以对其进行更换。在其它实施例中，电源组件200和雾化组件100还可以共用同一壳体，使得电子雾化装置为一体结构，进而携带更加方便。本发明实施例对电源组件200和雾化组件100的连接方式不做具体限定。
如图2和图3所示，雾化组件100包括储液腔10、上盖20、气流通道30以及雾化元件40。其中，雾化元件40设置在上盖20内，上盖20用于将所述储液腔10中的烟液导引至雾化元件40内，气流通道30与雾化元件40的雾化面连通，用于将雾化后的烟雾送出。
具体地，在本实施例中，上盖20可包括顺次连接的导引部22、配合部24和容纳部26。其中，导引部22上开设有进液孔222和出气孔224，进液孔222与储液腔10连通，出气孔224与气流通道30连通。容纳部26上形成有收容雾化元件40的容纳腔262，雾化元件40容置在容纳腔262内。配合部24用于将导引部22与容纳部26连通，以将进液孔222中的烟液输送至雾化元件40。
雾化元件40用于通过发热而将输送而来的烟液转化为烟雾，出气孔224与雾化元件40的雾化面连通，烟液在雾化面上被加热而雾化为烟雾，且烟雾从出气孔224经由气流通道30进行传送。
在本实施例中，请参阅图2和图3，上盖20是一体成型的部件。具体地，在上盖20的靠近储液腔10的端面上分别开设进液孔222和出气孔224，而在容纳部26远离储液腔10的端面上形成容纳腔262，最后在配合部24上开设将进液孔222与容纳腔262导通的通孔。当然还可以采用其他加工顺序或加工方式在上盖20上加工出导引部22、配合部24以及容纳部26，此处不做具体限定。
采用导引部22、配合部24和容纳部26一体的结构，可以减少雾化组件100的元件数量，使得安装更加便捷且相关的密封性能更好。
请参见图4，为本发明电子雾化装置的雾化元件的一实施例的结构示意图。雾化元件40包括多孔基体42及发热层，其中发热层包括导电层44以及稳定层46。其中，多孔基体42具有雾化面422，导电层44和稳定层46依次形成在雾化面422上。储液腔10中的烟液经由上盖20传输至多孔基体42，多孔基体42进一步将烟液传输至雾化面422上，故而在导电层44和/或稳定层46通电发热时，可以对雾化面422上的烟液进行加热，从而使烟液雾化成烟雾。
其中，多孔基体42由多孔结构的材料制成，具体可以为多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、多孔金属等，本申请不对多孔基体42的材料进行具体的限定。在一具体实施例中，多孔基体42可以由耐温较低的材料制成，例如由多孔塑料制成。在另一实施例中，多孔基体42可以由具有导电功能的导电材料制成，例如由多孔金属制成。
由于多孔陶瓷具有化学性质稳定，不会与烟液发生化学反应；多孔陶瓷能够耐高温，不会由于加热温度过高发生形变；多孔陶瓷为绝缘体，不会与其上形成的导电层44电连接而发生短路；多孔陶瓷制造方便、成本低。因而，在本实施例中，选用多孔陶瓷来制作多孔基体42。
在一实施例中，多孔陶瓷的孔隙率可以为30％至70％。孔隙率是指多孔介质内的微小空隙的总体积与该多孔介质的总体积的比值。孔隙率的大小可以根据烟液的成分来调整，例如当烟液的粘稠度较大时，选用较高的孔隙率，以保证导液效果。
在另一实施例中，多孔陶瓷的孔隙率为50-60％。通过将多孔陶瓷的孔隙率控制在50-60％，一方面可以保障多孔陶瓷具有较好的导液效率，防止出现烟液流通不畅而发生干烧的现象，以提升雾化效果。另一方面，可以避免多孔陶瓷导液过快，难以锁液，导致漏液的概率大增。
进一步地，在本实施例中，导电层44和稳定层46均为多孔膜。可以通过直流溅射沉积工艺或磁控溅射沉积工艺将导电层44设置在多孔基体42的雾化面422上；通过直流溅射沉积工艺或磁控溅射沉积工艺在导电层44远离多孔基体42的一侧形成稳定层46。
进一步地，在本申请中，雾化元件还包括位于稳定层46远离多孔基体42且覆盖部分稳定层46的第一电极47及第二电极48。
在一具体实施方式中，稳定层46的电阻率高于导电层44的电阻率且抗氧化性能低于导电层44的抗氧化性能。具体的，稳定层46的材料为铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合。导电层44的材料为：钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合。第一电极47及第二电极48的材料为银。具体的，在一实施例中，稳定层46的材料为铝。导电层44的材料为钛锆合金。
钛和锆具有以下特点：
(1)钛、锆都是生物相容性好的金属，尤其钛还是亲生物金属元素，具有更高的安全性。
(2)钛、锆具有在金属材料中较大的电阻率，在常温状态下，按照一定的比例合金化后具有原来三倍的电阻率，更适合成为发热膜材料。
(3)钛、锆热膨胀系数小，合金化后具有更低的热膨胀系数，和多孔陶瓷热匹配更好。按照一定的比例合金化后，合金的熔点更低，磁控溅射镀膜成膜性更佳。
(4)金属镀膜后通过电镜分析可以看出其微观颗粒呈球形，且颗粒和颗粒凑在一起形成类似花菜的微观形貌，而钛锆合金形成的膜通过电镜分析可以看出其微观颗粒呈片状，且颗粒与颗粒之间部分晶界消失，连续性更好。
(5)钛、锆都具有很好的塑性和伸长率，钛锆合金膜的抗热循环以及电流冲击能力更好。
(6)钛常被用于金属和陶瓷的应力缓冲层以及陶瓷金属化的活化元素，钛会和陶瓷界面发生反应而形成比较强的化学键，可以提高膜的附着力。
进一步地，由于钛锆合金膜中的钛锆高温时在空气中的稳定性较差，锆易吸收氢、氮、氧气，而锆钛合金化后吸气性更好，因此在制作导电层44后还需要在导电层44上覆盖稳定层46，稳定层46材料为铝。
在一实施例中，制作好稳定层46(铝层)后，采用丝网印刷的方式制作第一电极47及第二电极48，再对第一电极47及第二电极48进行低温烧结。第一电极47及第二电极48覆盖部分稳定层46。在低温烧结形成第一电极47及第二电极48时，稳定层46表面形成一层相对致密的氧化铝层，能够隔绝空气与导电层44的接触，进而防止导电层44的阻值上升，以解决发热层因阻值上升而带来的口感变化及稳定性的问题。另一方面，在低温烧结制作第一电极47及第二电极48时，稳定层46随着第一电极47及第二电极48的烧结，使得第一电极47及第二电极48覆盖区域的稳定层46不被氧化，避免了接触电阻的形成。
由于铝的熔点为660℃，氧化铝熔点是2054℃，在雾化过程中，稳定层46能保持自身稳定，不易发生团聚，相较于贵金属保护层如Au/Ag在雾化过程中易团聚而引起发热体失效，稳定层46的材料选用铝能够解决此类问题。另一方面，氧化铝与陶瓷主要成分一致，具有低热膨胀系数，在电流冲击时形变较小。
稳定层46采用铝，其整体电阻要比用贵金属的偏大，贵金属电阻在0.8-1.2欧之间，铝的电阻通过调节参数最小电阻在1欧左右，基本在1.5-3欧之间。且根据上述工艺，导电层44与稳定层46之间的电阻比较接近，可以防止其中一层的电流过大。理论上，贵金属金的热膨胀系数是14.2，而铝经过烧结之后形成的氧化铝的热膨胀系数约为金的一半，即7.1，在抽吸过程中，导电层的变形率要低一些，那么稳定性会有改善。
在一具体实施例中，发热层的厚度为1.5-5um，其中，发热层包括导电层44及稳定层46。具体的，导电层44的厚度为2-3um，稳定层46的厚度为0.5-2um。
综上，本发明实施例中，本发明将导电层44的材料设置为钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合，将稳定层46的材料设备为铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合。并且采用低温烧结的方式制作第一电极47及第二电极48，以实现提高发热体寿命，降低阻值增幅，消除接触电阻的目的。
请参见图5，为本发明电子雾化装置的雾化元件的制作方法的第一实施例的流程示意图。包括：
步骤S51：提供多孔基体，多孔基体包括雾化面。
其中，多孔基体由多孔结构的材料制成，具体可以为多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、多孔金属等，本申请不对多孔基体的材料进行具体的限定。在一具体实施例中，多孔基体可以由耐温较低的材料制成，例如由多孔塑料制成。在另一实施例中，多孔基体可以由具有导电功能的导电材料制成，例如由多孔金属制成。多孔基体包括雾化面。
步骤S52：在多孔基体的雾化面上设置导电层。
采用磁控溅射沉积方式或直流溅射沉积方式在多孔基体的雾化面形成导电层。具体的，导电层的材料为钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合。以直流溅射沉积的方式设置导电层为例，具体工艺如下：保持真空度为8×10-4Pa-2×10-3Pa；保持功率为1500W-2500W，时间为70min-110min；压强为0.3Pa-0.8Pa，保持温度为室温-300℃，粒子直径约为200-400nm。
步骤S53：在导电层远离多孔基体的一表面设置稳定层。
采用磁控溅射沉积方式或直流溅射沉积方式在导电层远离多孔基体的一表面设置稳定层。具体的，稳定层的材料为铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合。以直流溅射沉积的方式设置稳定层为例，具体工艺如下：时间为40min-60min，功率为500W-1500W，压强为1Pa-1.5，温度为室温-300℃。粒径约100-200nm。
本实施例中导电层和稳定层依次形成在雾化面上。储液腔中的烟液经由上盖传输至多孔基体，多孔基体进一步将烟液传输至雾化面上，故而在导电层和/或稳定层46通电发热时，可以对雾化面上的烟液进行加热，从而使烟液雾化成烟雾。
在一实施例中，导电层与稳定层的总厚度为1.5um，其中，导电层的厚度为2-3um，稳定层的厚度为0.5-2um。
在一实施例中，稳定层电阻率高于导电层且抗氧化性能低于导电层。具体的，稳定层的材料为铝，导电层的材料为钛锆合金。
本发明设置导电层的材料为钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合，稳定层的材料为铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合。能够使得稳定层在导电层上形成致密得氧化铝层，隔绝空气与导电层得接触，降低导电层的阻值上升幅度，以实现解决导电层因阻值上升而带来的口感不佳及口感不稳定的问题。
请参见图6，为本发明电子雾化装置的雾化元件的制作方法的第二实施例的流程示意图。其中步骤S61、步骤S62和步骤S63分别与图5所示的第一实施例中步骤S51、步骤S52和步骤S53相同。区别在于，本实施例中还包括步骤S64：采用丝网印刷的方式在稳定层远离多孔基体的一侧设置覆盖部分稳定层的第一电极及第二电极，再对第一电极及第二电极进行低温烧结。
具体的，第一电极及第二电极的材料为银。采用丝网印刷的方式在稳定层远离多孔基体的一侧设置覆盖部分稳定层的第一电极及第二电极。第一电极及第二电极覆盖部分稳定层。再对第一电极及第二电极进行低温烧结，在低温烧结过程中，稳定层表面形成一层相对致密的氧化铝层，能够隔绝空气与导电层的接触，进而防止导电层的阻值上升，以解决发热层因阻值上升而带来的口感变化及稳定性的问题。另一方面，在低温烧结制作第一电极及第二电极时，稳定层随着第一电极及第二电极的烧结，使得第一电极及第二电极覆盖区域的稳定层不被氧化，避免了接触电阻的形成。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (13)
1.一种电子雾化装置的雾化元件，其特征在于，包括：多孔基体及发热层，所述多孔基体具有雾化面，所述发热层覆盖所述雾化面；
其中，所述发热层包括导电层及稳定层，所述导电层覆盖所述雾化面，所述稳定层覆盖所述导电层远离所述多孔基体的表面；
其中，所述稳定层电阻率高于所述导电层且抗氧化性能低于所述导电层。
2.根据权利要求1所述的雾化元件，其特征在于，所述稳定层的材料为：铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合；所述导电层的材料为钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合。
3.根据权利要求2所述的雾化元件，其特征在于，所述稳定层的材料未铝；所述导电层的材料为钛锆合金。
4.根据权利要求1所述的雾化元件，其特征在于，所述发热层的厚度为1.5～5um；
其中，述稳定层的厚度为0.5～2um，所述导电层的厚度为2～3um。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的雾化元件，其特征在于，还包括：位于所述稳定层远离所述多孔基体且覆盖部分所述稳定层的第一电极及第二电极。
6.根据权利要求5所述的雾化组件，其特征在于，所述第一电极及所述第二电极的材料为银。
7.一种电子雾化装置的雾化组件，其特征在于，所述雾化组件包括用于存储烟液的储液腔和如权利要求1-6中任一项所述的雾化元件，所述储液腔中的烟液能够传导到所述雾化面上。
8.一种电子雾化装置，其特征在于，所述电子雾化装置包括电源组件和如权利要求7所述的雾化组件，所述电源组件与所述雾化组件电连接，用于为所述雾化组件的雾化元件提供电源。
9.一种电子雾化装置的雾化元件的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
提供多孔基体，所述多孔基体包括雾化面；
在所述多孔基体的雾化面上设置导电层；
在所述导电层远离所述多孔基体的一表面设置稳定层；
其中，所述稳定层电阻率高于所述导电层且抗氧化性能低于所述导电层。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述在所述多孔基体的雾化面上设置导电层包括：
采用直流溅射沉积工艺或磁控溅射沉积工艺在所述多孔基体的雾化面上设置导电层；和/或
所述在所述导电层远离所述多孔基体的一表面设置稳定层的步骤包括：
采用直流溅射沉积工艺或磁控溅射沉积工艺在所述导电层远离所述多孔基体的一侧形成稳定层。
11.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：
采用丝网印刷的方式在所述稳定层远离所述多孔基体的一侧设置覆盖部分所述稳定层的第一电极及第二电极，并对所述第一电极及所述第二电极进行低温烧结。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述稳定层及所述导电层的总厚度为1.5～5um，所述稳定层的厚度为0.5～2um，所述导电层的厚度为2～3um；和/或
所述稳定层的材料为：铝、锌、锡、镁、钛中一种或任意组合；
所述导电层的材料为钛、锆、铌、钽和316不锈钢中一种或任意组合。
13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述稳定层的材料为铝；所述导电层的材料为钛锆合金。
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