CN111954320A - 金属加热体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属加热体的制造方法，包括：提供一种金属基材；将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述金属基材，形成绝缘坯料层；将纳米加热材料与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成包括绝缘区和加热区的电热层；将银浆料丝网印刷烧结固定于电热层，形成银电极。通过上述制造方法制得的金属加热体结构稳定，可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。

Description

金属加热体的制造方法
技术领域
本发明涉及电加热领域，尤其涉及一种金属加热体的制造方法。
背景技术
一般的电加热产品有采用电阻丝加热方式或者膜加热方式。以电阻丝为加热方式的加热部件是用镁粉等密封填充于金属管内，通过加热管对流体进行加热。以膜加热方式的加热部件是将金属电阻膜印刷在加热部件上，在印刷金属电阻膜前需要先印刷一层绝缘层，而且金属电阻膜需要通过多次印刷烧结，多层印刷结构在多次冷热冲击后容易破裂剥离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高低温冲击、且结构稳定的金属加热体的制造方法。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种金属加热体的制造方法，包括：
提供一种金属基材；
将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述金属基材，形成绝缘坯料层；
将纳米加热材料与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成电热层，所述电热层包括绝缘区和加热区；
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成银电极。
所述绝缘区与所述加热区形成一体结构，所述绝缘区包括融合区，所述纳米加热材料融合于所述融合区。
将所述绝缘材料通过丝网印刷固定于所述金属基材的烧结温度为500-900℃。
所述纳米加热材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀方式与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合。
所述融合区厚度在0.1-10μm范围内，所述加热区厚度在1-30μm范围内，所述绝缘区厚度在10-210μm范围内。
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层烧结温度为120-500℃。
还包括步骤：将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成电绝缘层。
将负温度系数电阻性能材料烧结固定于所述电绝缘层，形成烧结涂层。
所述纳米加热材料包括ZO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的至少一种。将纳米加热材料以连续不间断地方式与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成呈连续不间断的面方式覆盖绝缘区的加热区。
上述制造方法将纳米加热材料与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成电热层，电热层具有绝缘区和加热区；制得的金属加热体具有加热区和绝缘区，结构稳定，使其可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。
附图说明
图1为本发明金属加热体制造方法的步骤示意图；
图2为通过本发明金属加热体制造方法制得的金属加热体的一种实施方式结构示意图；
图3为通过本发明金属加热体制造方法制得的金属加热体的一种实施方式的剖面示意图；
图4为通过本发明金属加热体制造方法制得的金属加热体的另一种实施方式的剖面示意图；
图5为通过本发明金属加热体制造方法制得的金属加热体的又一种实施方式的剖面示意图；
图6为现有膜加热管的结构示意图；
图7为现有膜加热片的结构示意图；
具体实施方式
参照图1，金属加热体的制造方法，包括以下步骤：
提供一种金属基材；
将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述金属基材，形成绝缘坯料层；
将纳米加热材料与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成电热层，所述电热层包括绝缘区和加热区；
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成银电极。
所述绝缘区与所述加热区形成一体结构，所述绝缘区包括融合区，所述融合区融合有纳米加热材料。绝缘区具有融合区，由于融合区里纳米加热材料与绝缘材料融合，使得具有融合区的绝缘区和加热区形成一层致密的结构，结构稳定，使其可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。
将所述绝缘材料通过丝网印刷固定于所述金属基材的烧结温度为500-900℃。在这个温度下，绝缘材料可以更为牢固地印刷在金属基材上。
绝缘材料例如为非金属可烧结固化的玻璃体或者有机涂层材料。
所述纳米加热材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀方式与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合。所述纳米加热材料例如包括ZO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的至少一种。
具体的，纳米加热材料例如包括ZO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的两种以上。例如，ZO金属氧化物纳米加热材料和Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料，ZnO金属氧化物纳米加热材料和In2O3金属氧化物纳米加热材料，ZO金属氧化物纳米加热材料和LiO金属氧化物纳米加热材料，SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料和纳米银加热材料，SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料和石墨烯纳米加热材料等。
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层烧结温度为120-500℃。
进一步，将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成电绝缘层。电绝缘层可用于阻隔加热区和外界环境，更利于保证用电安全。
将负温度系数电阻性能材料烧结固定于所述电绝缘层，形成烧结涂层，烧结涂层具有NTC性能，可以通过电阻的变化来测定基材和待加热流体的温度，实现一定程度的温度控制，用于确保金属加热体的温度测定，提升金属加热体的用电安全性。
参照图2-图5，图2示意出通过上述制造方法得到的一种金属加热体的结构示意图，金属加热体包括金属基材1和电热层2，电热层2具有加热区23和绝缘区21，绝缘区21隔离加热区23和金属基材1，金属加热体具有至少两个银电极3，至少两个银电极3至少部分设置于电热层2。
电热层2的形成包括将绝缘材料通过丝网印刷固定于所述金属基材，形成绝缘坯料层，将纳米加热材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀方式与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，如此形成绝缘区21和加热区23。
金属基材1可以为金属管或金属板或金属片等，金属基材1厚度为0.05-3毫米之间；将纳米加热材料以连续不间断的方式与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成呈连续不间断的面方式的加热区。
电热层2以连续不间断的面覆盖金属基材1，加热区23也以连续不间断的面方式覆盖绝缘区，加热区23以一片式覆盖所述金属基材1。本文中，一片式是指加热区23不分开，呈整片形式。由于加热区23以一片式覆盖金属基材1，在金属加热体被通电时，整个加热区23迅速加热，使得整片加热区23覆盖的金属基材1具有差不多的温度，一方面使得金属基材1对欲加热的流体可以实现均匀地加热，另一方面，均匀受热的加热区23对金属基材1的应力比较均匀，有助于金属基材1的抗裂、防变形。
具体的，当金属基材1为金属管时，电热层2可以连续不间断的面包覆在金属管外周，电热层2位于金属管中部区域，电热层2包覆区域占金属管表面积的60-90％。在电热层2位于金属管内表面时，电热层2包覆区域占金属管内表面积的60-90％，在电热层2位于金属管外表面时，电热层2包覆区域占金属管外表面积的60-90％。
当金属基材1为金属板或金属片时，电热层2可以连续不间断的面覆盖在金属板或金属片，电热层2位于金属板或金属片中部区域，电热层2包覆区域占金属板或金属片表面积的60-90％。
金属加热体的电阻系数为85％-95％，其中，电阻系数是指工作电阻与常温电阻之比值。例如，当金属加热体未工作时，电阻为R1，当金属加热体通电加热时，工作电阻为R2，电阻系数＝R2/R1，金属加热体的电阻系数接近于1，能使金属加热体在加热时的加热效率较高，同时由于金属加热体在工作及常温下的电阻变化不大，也更易于金属加热体的温度控制。
金属加热体的加热区的功率密度可以在5-180w/cm2范围内，功率密度是指功率与加热区面积的比值。功率密度范围很广，可适用于产品较多。当金属基材1为金属管时，金属管管径为6-80mm，金属管的加热功率可以为200-10000W，金属管的加热区功率密度为30-180w/cm2。功率密度较高，使得加热区面积较小的情况下即可实现高功率，在能实现较高功率满足应用所需的情况下，金属加热体整体结构可以做的很小，结构小巧。
金属加热体的融合区22厚度在0.1-10μm范围内，加热区23厚度在1-30μm范围内，绝缘区21厚度在10-210μm范围内。虽然加热区23厚度在1-30μm范围，厚度非常小，但由于绝缘区21具有一个融合区22，且融合区22厚度在0.1-10μm范围，强力地保证了加热区23和绝缘区21之间的连接，使得电热层2结构稳定，不容易脱落、破裂。另外，也由于融合区22的存在，融合区22内纳米加热材料与绝缘材料融合，提升了绝缘坯料层的金属导热性，可以使得绝缘区21厚度也较小，在10-210μm范围内，如此，电热层2厚度很薄，也有利于电热层2的均匀性。
电热层2的银电极3是通过将银浆料丝网印刷烧结固定于电热层2，烧结温度为120-500℃。参照图4，银电极3可部分覆盖于加热区23，使得银电极3与加热区23电连接较好。参照图3，银电极3也可以紧贴着加热区23，通过银电极3向加热区23供电。银电极3距离金属导电部件的距离要远于绝缘区21距离金属导电部位的距离，保证电气安全距离。
参照图5，金属加热体还可以包括电绝缘层4，电绝缘层4覆盖加热区23和绝缘区。电绝缘层4是通过将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于电热层2而形成。
金属加热体还包括烧结涂层5，所述烧结涂层5由负温度系数电阻性能材料制成，所述烧结涂层5位于所述电绝缘层4，所述负温度系数电阻性能材料的烧结涂层5为NTC性能的烧结涂层5。
作为对比，图6和图7就是现有厚膜式加热膜的结构图，图6和图7示意出的加热部件具有基材1’、加热膜2’和电极3’，图6和图7中的加热膜2’是间隔分开设置。在设置有金属膜的区域加热温度高，在未设置有金属膜的区域加热温度低，如此容易使基材破裂，且流体加热的均匀性也较差。
需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的界定，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行相互组合、修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种金属加热体的制造方法，其特征在于，包括：
提供一种金属基材；
将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述金属基材，形成绝缘坯料层；
将纳米加热材料与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成电热层，所述电热层包括绝缘区和加热区；
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成银电极。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述绝缘区与所述加热区形成一体结构，所述绝缘区包括融合区，所述融合区融合有所述纳米加热材料。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，将所述绝缘材料通过丝网印刷固定于所述金属基材的烧结温度为500-900℃。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述纳米加热材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀方式与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述融合区厚度在0.1-10μm范围内，所述加热区厚度在1-30μm范围内，所述绝缘区厚度在10-210μm范围内。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的制造方法，其特征在于，将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层的烧结温度为120-500℃。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的制造方法，其特征在于，还包括步骤：将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成电绝缘层。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，将负温度系数电阻性能材料烧结固定于所述电绝缘层，形成烧结涂层。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述纳米加热材料包括ZO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的至少一种。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的制造方法，其特征在于，将纳米加热材料以连续不间断地方式与部分所述绝缘坯料层的绝缘材料结合，形成呈连续不间断的面方式覆盖绝缘区的加热区。
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