CN114180973B - 一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石墨烯应用技术领域，公开了一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法。该方法依次包括以下步骤：步骤1，准备石蜡板，于石蜡板上涂布石墨烯线路，干燥成型，并于石墨烯线路上设置正负电极；步骤2，将步骤1得到的石蜡板固定于发热板模具中部，石蜡板的四周与发热板模具侧壁留有空隙，但至少有一处与发热板模具侧壁接触；步骤3，向步骤2的发热板模具浇筑陶瓷泥浆后，干燥成陶瓷坯体；步骤4，将步骤3的陶瓷坯体脱模并煅烧、冷却，形成石墨烯陶瓷发热板。本发明解决了现有技术制备的石墨烯陶瓷发热板使用寿命短的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯应用技术领域，具体涉及一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种新兴材料，因其具有较好的电学、光学等性能，越来越受到广大研究者的青睐。随着石墨烯相关技术的不断发展与成熟，石墨烯也逐渐被应用到了发热板领域。
在发热板领域中，陶瓷发热板是比较常见的一种。目前，研究者们将石墨烯应用到陶瓷发热板领域时，通常的做法是，在陶瓷基体的下表面涂布石墨烯导电线路，再于石墨烯导电线路外侧依次涂布各种保护层；或者将陶瓷基体做成上下两部分，于上陶瓷基体或下陶瓷基体的内侧表面上涂布石墨烯导电线路，再采用粘接等方式将两部分陶瓷基体进行粘接复合，从而将石墨烯导电线路设置于陶瓷基体的内部。
然而，现有技术制备的陶瓷发热板在实际应用时往往会存在以下问题：陶瓷发热板实质是层状复合结构，时间长久后，层与层之间容易脱落；而石墨烯导电线路外侧涂布的各种保护层多为有机涂层，时间长久后，这些有机涂层会老化、损坏而不能使用。前述这些原因都导致了现有陶瓷发热板的使用寿命短。
发明内容
本发明意在提供一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，以解决现有技术制备的石墨烯陶瓷发热板使用寿命短的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤1，准备石蜡板，于石蜡板上涂布石墨烯线路，干燥成型，并于石墨烯线路上设置正负电极；
步骤2，将步骤1得到的石蜡板固定于发热板模具中部，石蜡板的四周与发热板模具侧壁留有空隙，但至少有一处与发热板模具侧壁接触；
步骤3，向步骤2的发热板模具浇筑陶瓷泥浆后，干燥成陶瓷坯体；
步骤4，将步骤3的陶瓷坯体脱模并煅烧、冷却，形成石墨烯陶瓷发热板。
本技术方案的技术原理及有益效果：
本技术方案在陶瓷坯体浇筑成型之前，以石蜡板为载体，先涂布形成石墨烯线路，再将承载有石墨烯线路的石蜡板载体放置于发热板模具中部，向模具中浇筑陶瓷泥浆，陶瓷泥浆将石蜡板及其表面的石墨烯线路淹没，最后陶瓷泥浆干燥成型，并且将石蜡板和石墨烯线路包裹在内部，正负电极露出外部，用于通电。通过这样的方式制得的陶瓷发热板是一体成型的，而且将石墨烯线路包裹在一体成型的陶瓷发热板内部，天然对石墨烯线路起到保护的作用，而且不会像现有技术中的陶瓷发热板一样，因为保护层的老化损坏，或因为上下层之间脱离而导致使用寿命短。相比之下，本技术方案提供的陶瓷发热板使用寿命更长。
另外，陶瓷坯体形成后，会进行常规工艺的煅烧，煅烧的温度较高，一般700℃左右。在煅烧的过程中，陶瓷坯体内部的石蜡板受热会熔化。而且步骤2中，石蜡板至少有一处与发热板模具侧壁接触，即石蜡板至少有一处延伸至陶瓷坯体的外周边缘，这就形成了一个与外界连通的出口。石蜡板熔融成液态石蜡后，会通过这个出口逐渐流出陶瓷坯体，最后陶瓷坯体内部原本容纳石蜡板的部位就形成了空腔，也即最后形成的石墨烯陶瓷发热板的内部形成了空腔。陶瓷发热板在使用时，石墨烯线路通电发热，热量通过陶瓷传导至陶瓷发热板的上表面，发挥其发热板的作用，而陶瓷发热板的下表面，就要尽量地避免热量传导、散发，此时，石墨烯线路下方的空腔就可以在一定程度上起到阻隔热量传导的作用，利于陶瓷发热板的使用。因此，本技术方案的石蜡板除了起到石墨烯线路预先成型的载体作用，实现整个陶瓷发热板的一体成型，延长陶瓷发热板的使用寿命外，过程中还在石墨烯线路的背面一侧形成空腔，以起到阻隔热量传输的有利效果，具有较大的实际意义。
本技术方案的步骤2中，石蜡板的四周与发热板模具侧壁留有空隙，利于陶瓷泥浆的浇筑，保证陶瓷泥浆在浇筑填充发热板模具模腔的过程中，可以顺利流入至石蜡板的下方而不会冲击石蜡板，而且最后形成的陶瓷坯体位于石蜡板上下方的两部分是连成一体的，而不会被石蜡板完全隔开，保证了整个陶瓷发热板的整体性和强度。
进一步，步骤1中，预先准备石蜡板模具，于石蜡板模具中成型石蜡板，并且在石蜡板还在石蜡板模具中时，涂布石墨烯线路。
有益效果：石蜡板本身强度有限，本方案在涂布石墨烯线路时，石蜡板模具可以对石蜡板起到支撑的作用，避免在涂布石墨烯线路时，石蜡板断裂损坏。
进一步，步骤1中，石蜡板位于石墨烯线路以外的地方为镂空。
有益效果：本技术方案中，陶瓷泥浆可以填充镂空的部位并成型，使得整个陶瓷发热板的整体性更好、强度更高。
进一步，步骤1中，石蜡板模具为具有模腔的云母板；步骤2中，将云母板与石蜡板一同固定于发热板模具中部，云母板的四周与发热板模具侧壁留有空隙。
有益效果：云母板和石蜡板一同固定于发热板模具中部，云母板可以起到对石蜡板支撑的作用，减小石蜡板在浇筑陶瓷泥浆过程中断裂损坏的几率，云母板具有较好的耐高温性，陶瓷坯体煅烧后，云母板还会保留于陶瓷发热板内部，进一步加强隔热的作用。
进一步，云母板模腔以外的地方镂空。
有益效果：同样，本技术方案中，陶瓷泥浆可以填充云母板镂空的部位并成型，使得整个陶瓷发热板的整体性更好、强度更高。
进一步，步骤2中，将云母板固定于发热板模具中部之前，对云母板表面进行亲水性改性预处理。
有益效果：从而加强云母板的亲水性，进而让云母板与陶瓷泥浆更好的结合，进一步保证陶瓷发热板的整体性和强度。
进一步，所述石墨烯线路位于正负电极之间有多条并联线路。
有益效果：并联线路之间相互独立，一条线路的损坏不会影响其他线路的正常使用，从而可以一定程度上延长陶瓷发热板的使用寿命。
进一步，步骤1中，于石墨烯线路和正负电极上涂布防水层。
有益效果：防水层能对石墨烯线路和正负电极起到一定保护作用，减小陶瓷泥浆对石墨烯线路和正负电极的不利影响。
进一步，步骤4中，煅烧、冷却后于陶瓷坯体的周侧涂布光敏树脂，并于光照下照射固化。
有益效果：陶瓷坯体煅烧后，其周侧由于石蜡板的熔融流出，会形成孔洞，光敏树脂具有粘接性，成型后也能起到防水的作用，涂布光敏树脂成型后，不仅可以让陶瓷发热版的整体性更强，而且可以封堵孔洞，避免水等物质进入孔洞内部，对石墨烯线路造成不利影响。
附图说明
图1为本发明实施例中石墨烯线路的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
需要理解的是，在具体实施方式的描述中，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
说明书附图中的附图标记包括：正负电极1、石墨烯线路2。
本实施例的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤1，
A、准备具有模腔的云母板，模腔的形状与准备设置的石墨烯线路的形状一致，云母板模腔以外的地方镂空。本实施例的石墨烯线路2上设置有正负电极1，而石墨烯线路2位于正负电极1之间有多条并联线路，如图1所示（其中虚线为石墨烯陶瓷发热板成品的轮廓线）；云母板的制备方式按照现有技术进行，即于云母粉中加入粘接剂等添加剂，进行搅拌混合，再经过压制成型、干燥、退火等工艺得到，具体的在此不作赘述。
B、准备石蜡板，取石蜡颗粒，加热熔融，并注入上述准备的云母板的模腔内，冷却成型形成石蜡板。
C、于石蜡板上表面，顺着石蜡板的形状，涂布石墨烯导电油墨，干燥成型后形成石墨烯线路，于石墨烯线路上电连接设置两个电极片，形成正负电极。
D、于石墨烯线路和正负电极上涂布防水层，防水层的材料选用北京志盛威华科技发展有限公司生产的ZS-1021 耐高温封闭涂料。
步骤2，将步骤1得到的依次包括石墨烯线路、石蜡板、云母板的层状复合结构固定于发热板模具中部，石蜡板的四周与发热板模具侧壁留有空隙，便于陶瓷泥浆能填充发热板模具的模腔，但是石蜡板上正负电极所对应的部位与发热板模具侧壁接触，便于烧制时形成与外界连通的出口。而且本实施例中，前述层状复合结构与发热板模具的固定通过两个电极片实现，具体的于发热板模具的模腔内部设置可容纳两个电极片的凹槽，两个电极片分别位于两个凹槽内，通过凹槽对电极片的限位实现固定（电极片是伸出石蜡板之外的，最后形成成品后，电极片也是伸出陶瓷发热板之外的）。而发热板模具为分体式，通过两部分的合拢形成模腔，通过两部分的分开实现脱模。
而且在上述固定操作之前，对云母板位于模腔以外的表面进行亲水性改性预处理，具体为：先后用阴离子聚电解质PSS溶液和阳离子聚电解质中PEI溶液进行涂覆。
步骤3，向步骤2的发热板模具中浇筑陶瓷泥浆，陶瓷泥浆浇筑时注意要缓慢加入，避免气泡的产生；而且注意陶瓷泥浆不要直接冲击到石蜡板和云母板，对准石蜡板与发热板模具之间的空隙浇筑，避免石蜡板和云母板承受太大的冲击力而损坏。浇筑完成后，自然冷却干燥成陶瓷坯体。
步骤4，将步骤3的陶瓷坯体脱模，并放入煅烧炉中进行煅烧，具体的陶瓷煅烧工艺亦为现有成熟技术，在此不作赘述。煅烧、冷却后，于陶瓷坯体的周侧涂布光敏树脂，并于紫光灯下照射30秒，使光敏树脂固化成型，得到石墨烯陶瓷发热板成品。
对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。
Claims (9)
1.一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
步骤1，准备石蜡板，于石蜡板上涂布石墨烯线路，干燥成型，并于石墨烯线路上设置正负电极；
步骤2，将步骤1得到的石蜡板固定于发热板模具中部，石蜡板的四周与发热板模具侧壁留有空隙，但至少有一处与发热板模具侧壁接触；
步骤3，向步骤2的发热板模具浇筑陶瓷泥浆后，干燥成陶瓷坯体；
步骤4，将步骤3的陶瓷坯体脱模并煅烧、冷却，形成石墨烯陶瓷发热板。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，步骤1中，预先准备石蜡板模具，于石蜡板模具中成型石蜡板，并且在石蜡板还在石蜡板模具中时，涂布石墨烯线路。
3.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，步骤1中，石蜡板位于石墨烯线路以外的地方为镂空。
4.根据权利要求2所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，步骤1中，石蜡板模具为具有模腔的云母板；步骤2中，将云母板与石蜡板一同固定于发热板模具中部，云母板的四周与发热板模具侧壁留有空隙。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，云母板模腔以外的地方镂空。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，步骤2中，将云母板固定于发热板模具中部之前，对云母板表面进行亲水性改性预处理。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，所述石墨烯线路位于正负电极之间有多条并联线路。
8.根据权利要求7所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于，步骤1中，于石墨烯线路和正负电极上涂布防水层。
9.根据权利要求8所述的一种石墨烯陶瓷发热板的制备方法，其特征在于：步骤4中，煅烧、冷却后于陶瓷坯体的周侧涂布光敏树脂，并于光照下照射固化。
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