CN114804833A - 陶瓷基体及其制备方法、陶瓷发热体及电子雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种陶瓷基体及其制备方法、陶瓷发热体及电子雾化装置。该陶瓷基体的材质包括碳化硅、氧化铝及二氧化硅；其中，碳化硅的重量百分数为25‑75％；氧化铝的重量百分数为10‑55％；二氧化硅的重量百分数为7‑30％。该陶瓷基体的热导率较高。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷生产技术领域，尤其涉及一种陶瓷基体及其制备方法、陶瓷发热体及电子雾化装置。
背景技术
雾化器是一种将气溶胶生成基质雾化成气溶胶的装置，其被广泛应用于医疗设备和电子雾化装置。
目前，雾化器一般采用棉芯、纤维绳或陶瓷发热体对气溶胶生成基质进行雾化；其中，陶瓷发热体主要可分为两大类：第一类是管式的陶瓷发热体，其具体是将发热丝缠绕在多孔陶瓷基体的内壁，然后在一起烧结；第二类是片式的陶瓷发热体，其具体是将发热膜通过丝网印刷的工艺印在多孔陶瓷基体表面，然后进行烧结。
然而，现有陶瓷基体的热导率较低，使得高粘度的气溶胶生成基质，比如大麻二酚或四氢大麻酚，在陶瓷发热体中的导油速率较慢，进而使得抽吸时供液不足，导致口感不一致。
发明内容
本申请提供的陶瓷基体及其制备方法、陶瓷发热体及电子雾化装置，该陶瓷基体能够解决现有陶瓷基体的热导率较低的问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的第一个技术方案是：提供一种陶瓷基体。该陶瓷基体的材质包括碳化硅、氧化铝及二氧化硅；其中，碳化硅的重量百分数为25-75％；氧化铝的重量百分数为10-55％；二氧化硅的重量百分数为7-30％。
其中，碳化硅的重量百分数的范围为30％-45％；氧化铝的重量百分数的范围为40％-55％；二氧化硅的重量百分数的范围为10％-20％。
其中，陶瓷基体的材质还包括添加剂，添加剂的重量百分数的范围为0-10％。
其中，陶瓷基体的热导率的范围为1-2.5W/mk。
其中，陶瓷基体的厚度范围为1.5-2.5mm。
其中，陶瓷基体的孔隙率范围为45％-65％，平均孔径范围10-35μm。
其中，陶瓷基体由碳化硅、氧化铝及二氧化硅组成。
为解决上述技术问题，本申请采用的第二个技术方案是：提供一种陶瓷发热体。该陶瓷发热体用于在通电时加热并雾化高粘度的气溶胶生成基质，该陶瓷发热体包括陶瓷发热体和发热体；其中，陶瓷基体为上述所涉及的陶瓷基体；发热体设置在陶瓷基体上，用于在通电时产生热量，陶瓷基体对发热体产生的热量进行导热。
其中，陶瓷基体包括相对的吸液面和雾化面，发热体设置在雾化面上。
为解决上述技术问题，本申请采用的第三个技术方案是：提供一种电子雾化装置。该电子雾化装置包括陶瓷发热体和电源组件；其中，陶瓷发热体为上述所涉及的陶瓷发热体，用于在通电时加热并雾化常温下高粘度的气溶胶生成基质；所述陶瓷发热体与所述电源组件连接，所述电源组件用于向所述陶瓷发热体供电。
为解决上述技术问题，本申请采用的第四个技术方案是：提供一种陶瓷基体的制备方法。该方法包括：获取重量百分数为25-75％的碳化硅粉体、重量百分数为10-55％的氧化铝粉体和重量百分数为7-30％的二氧化硅粉体并混合；对混合后的粉体进行压制并成型，以获得陶瓷生坯；在预设温度下对陶瓷生坯进行烧结并冷却，以制得陶瓷基体。
其中，碳化硅粉体的重量百分数的范围为30％-45％；氧化铝粉体的重量百分数的范围为40％-55％；二氧化硅粉体的重量百分数的范围为10％-20％。
其中，对混合后的粉体进行压制并成型，以获得陶瓷生坯的步骤具体包括：对混合后的粉体进行干燥；对干燥后的粉体进行造粒；将造粒后的颗粒放入模具，并在预设压力下对造粒后的颗粒进行热压成型，以获得陶瓷生坯。
其中，预设压力的范围为10-40MPa；预设温度的范围为1100-1700℃，保温时间的范围为2-8小时。
其中，预设温度的范围为1200-1500℃，保温时间的范围为2-4小时。
本申请提供的陶瓷基体及其制备方法、陶瓷发热体及电子雾化装置，该陶瓷基体通过设置碳化硅、氧化铝及二氧化硅，并将碳化硅的重量百分数控制在25-75％的范围之内，将氧化铝的重量百分数控制在10-55％的范围之内，将二氧化硅的重量百分数控制在7-30％的范围之内，相比于现有陶瓷基体，大大提高了陶瓷基体的热导率，进而有效提高了高粘度气溶胶生成基质(比如大麻二酚或四氢大麻酚)在陶瓷发热体中的导油速率，从而能够有效保证抽吸时的供液量，进而保证用户抽吸时的口感一致。
附图说明
图1为现有的各种介质的粘度随温度的变化曲线图；
图2为本申请一实施例提供的陶瓷基体的制备方法的流程图；
图3为本申请一实施例提供的陶瓷发热体的结构示意图；
图4为本申请一实施例提供的不同功率下，陶瓷发热体的背面温度随时间的变化曲线图；
图5为本申请一实施例提供的电子雾化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“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。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图1，图1为现有的各种介质的粘度随温度的变化曲线图；当前用于电子雾化器的陶瓷发热体用于在通电时产生热量，以雾化气溶胶生成基质；其中，陶瓷发热体一般主要由陶瓷基体以及设置在陶瓷基体的一侧表面上的金属发热膜组成。其中，陶瓷基体的材料主要以二氧化硅为主，且陶瓷基体中的二氧化硅的比例可达60-90％，这样使得制备得到的陶瓷基体的热导率通常在0.3-0.4W/mk，陶瓷基体的热导率较低，从而使金属发热膜通电产生的热量不能在陶瓷基体中进行很好的传导，即，金属发热膜通电产生的能量基本全部集中在陶瓷基体的金属发热膜所在的一侧表面，而陶瓷基体的另一侧表面温度则较低。
而根据图1可知，对于CBD(大麻二酚)、THC(四氢大麻酚)、纯PG(PropyleneGlycol，丙二醇)、纯VG(Vegetable Glycerin，蔬菜甘油)等气溶胶生成基质，其常温下粘度较高，流动性较差，在陶瓷基体的热导率较低的情况下，极易导致气溶胶生成基质在陶瓷发热体中的导油速率较慢，进而使得抽吸时供液不足，导致口感不一致的问题发生。但由图1可以看出，气溶胶生成基质的粘度随着温度的升高快速下降，因而，在实际应用中只需要使陶瓷基体的两侧表面均保持较高的温度，即可满足CBD/THC等气溶胶生成基质的导油需求。
为解决该问题，本申请提供一种陶瓷基体及其制备方法、陶瓷发热体及电子雾化装置，该陶瓷基体的热导率较高，从而使金属发热膜通电产生的热量能够在陶瓷基体中进行很好的传导，即，金属发热膜通电产生的能量能够进一步从陶瓷基体的金属发热膜所在的一侧表面传导至陶瓷基体的另一侧表面，以提高气溶胶生成基质的导油速率。
下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。
在本实施例中，提供一种陶瓷基体，该陶瓷基体可应用于陶瓷发热体，以进行很好的热传导，进而使的流经该表面的高粘度的气溶胶生成基质具有较高的流动形成，提高其导油速率。其中，高粘度的气溶胶生成基质具体是指黏度较高的气溶胶生成基质，例如THC(四氢大麻酚烟油)、CBD(大麻二酚烟油)或其混合物，常温(25℃)下，THC、CBD或其混合物的黏度大于2000cps，流动性差；但当温度达到60-120℃时，THC、CBD或其混合物的黏度降低到600cps以下，流动性较好。
具体的，陶瓷基体的材质具体可包括碳化硅、氧化铝及二氧化硅。
其中，碳化硅具有高热导，收缩率小，高温稳定的优点，但烧结温度较高；在具体实施例中，碳化硅的重量百分数的范围可为25-75％；在一具体实施例中，碳化硅的重量百分数可为51-75％，相比于重量百分数低于51％的方案，能够使制得的陶瓷基体的收缩率较小，产品的一致性较好；在另一具体实施例中，碳化硅的重量百分数的范围优选地可为30％-45％；氧化铝可以辅助烧结，降低烧结温度，在具体实施例中，氧化铝的重量百分数的范围可为10-55％；优选地，可为40％-55％；二氧化硅的重量百分数的范围可为7-30％；优选地，可为10％-20％，相比于重量百分数低于10％的方案，不仅能够将陶瓷基体的成型温度控制在一定范围之内，使成型温度不至于过高，且能够有效保证成型效率；在具体实施例中，当二氧化硅的重量百分数低于6％后，制备陶瓷基体所需的温度较高，加大了工艺难度及成本。
具体的，不同成份比例形成的陶瓷基体所对应的热导率具体可参见表1。
表1不同成份比例形成的陶瓷基体所对应的热导率
| 示例 | SiC | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | 其他成分 | 热导率(W/mk) |
| 1 | 25 | 15 | 50 | 10 | 0.7 |
| 2 | 35 | 45 | 10 | 10 | 1.3 |
| 3 | 45 | 30 | 15 | 10 | 1.4 |
| 4 | 75 | 10 | 10 | 5 | 2.4 |
由表1可知，由碳化硅、氧化铝、二氧化硅以及其他添加剂制备得到的陶瓷基体，当各组份中二氧化硅的重量百分数较大，碳化硅的重量百分数较小时，陶瓷基体的热导率较小；而当各组份中二氧化硅的重量百分数较小，碳化硅的重量百分数较大时，陶瓷基体的热导率较大。且当各组份中二氧化硅的重量百分数为50％，碳化硅的重量百分数为25％时，陶瓷基体的热导率低于1W/mk；当碳化硅(SiC)的重量百分数范围为25-75％，二氧化硅(SiO2)的重量百分数为10-15％时，陶瓷基体的热导率范围为1-2.5W/mk。
因此，本实施例提供的该陶瓷基体的热导率的范围可为1-2.5W/mk，相比于现有技术中热导率为0.3-0.4W/mk的陶瓷基体，其热导率有效提高，能够对热量进行较好的传导。
具体的，陶瓷基体具有相对的雾化面和吸液面；其中，吸液面用于吸纳气溶胶生成基质，雾化面用于雾化陶瓷基体上的气溶胶生成基质；在具体实施例中，陶瓷基体的厚度范围为1.5-2.5mm；即，陶瓷基体的雾化面与吸液面的垂直距离的范围为1.5-2.5mm。在该实施例中，在陶瓷基体的雾化面温度达到150-250℃时，陶瓷基体的远离雾化面的吸液面的温度范围可达到60-120℃，该温度能够有效降低THC、CBD或其混合物的黏度，使THC、CBD或其混合物可以保持流动且易被陶瓷基体吸收的状态。
具体的，陶瓷基体的孔隙率范围可为45％-65％；平均孔径范围可10-35μm；该范围的孔隙率可以保证陶瓷基体的供液量以及供液速度。在一优选实施例中，陶瓷基体的孔隙率可为50-55％；平均孔径为15-25微米。
在一具体实施例中，陶瓷基体由碳化硅、氧化铝及二氧化硅组成；另一具体实施例中，陶瓷基体还包括其他添加剂，比如，增强剂、粘结剂等；其中，其他添加剂的重量百分数的范围具体可为0-10％，以下实施例以此为例。
本实施例提供的陶瓷基体，通过设置碳化硅、氧化铝及二氧化硅，并将碳化硅的重量百分数控制在25-75％的范围之内，将氧化铝的重量百分数控制在10-55％的范围之内，将二氧化硅的重量百分数控制在7-30％的范围之内，相比于现有技术中含有60-90％的二氧化硅的陶瓷基体，大大提高了陶瓷基体的热导率，有效提高了高粘度气溶胶生成基质，比如大麻二酚或四氢大麻酚，在陶瓷发热体中的导油速率，从而能够有效保证抽吸时的供液量，进而保证用户抽吸时的口感一致。
具体的，该陶瓷基体可通过以下陶瓷基体的制备方法所制得。
请参阅图2，图2为本申请一实施例提供的陶瓷基体的制备方法的流程图；在本实施例中，提供一种陶瓷基体的制备方法，该方法具体可包括：
步骤S11：获取重量百分数的范围为25-75％的碳化硅粉体、重量百分数的范围为10-55％的氧化铝粉体和重量百分数的范围为7-30％的二氧化硅粉体并混合。
具体的，分别称取重量百分数为25-75％的碳化硅粉体、重量百分数为10-55％的氧化铝粉体和重量百分数为7-30％的二氧化硅粉体于同一容器中；然后在容器中加入水并进行搅拌，以将水与碳化硅、氧化铝、二氧化硅粉体混合；其中，混合搅拌时间可为15-30分钟；优选地，可为20-25分钟。
优选地，碳化硅粉体的重量百分数的范围可为30％-45％；氧化铝粉体的重量百分数的范围可为40％-55％；二氧化硅粉体的重量百分数的范围可为10％-20％。
步骤S12：对混合后的粉体进行压制并成型，以获得陶瓷生坯。
在具体实施例中，可先将混合后的粉体放入干燥箱等设备中进行干燥；然后采用喷雾、搅拌等方式对干燥后的粉体进行造粒；之后将造粒后的颗粒放入模具中，并在预设压力下采用干压成型机对造粒后的颗粒进行热压、干压成型，以获得陶瓷生坯。其中，预设压力的范围具体可为10-40MPa；模具具体可为用于制备雾化芯的陶瓷发热基体的模具。
步骤S13：在预设温度下对陶瓷生坯进行烧结并冷却，以制得陶瓷基体。
具体的，预设温度可为1100-1700℃，保温时间的范围为2-8小时；优选地，预设温度的范围可为1200-1500℃，保温时间的范围可为2-4小时。
具体的，采用该方法制备的陶瓷基体的孔隙率为50-55％；平均孔径为15-25微米；抗弯强度为15-20MPa；热导率为1-2.5W/mk；热膨胀系数为5-10ppm/℃；导油速率(VG)为1.5-3μL/s。从而能够有效保证制得的陶瓷基体的供液量以及供液速度；且相比于现有陶瓷基体的热导率0.3-0.4W/mk，陶瓷基体的热导率大大提高，从而使热量能够在陶瓷基体上进行较好的传导。同时参见上述表1可知，在制备陶瓷基体的过程中，二氧化硅含量越小，且碳化硅含量越大，越有利于提高陶瓷基体的热导率；当碳化硅(SiC)的重量百分数范围为25-75％，二氧化硅(SiO2)的重量百分数为10-15％时，所制得的陶瓷基体的热导率范围可为1-2.5W/mk，有利于热量传导。
在本实施例中，请参阅图3，图3为本申请一实施例提供的陶瓷发热体的结构示意图；提供一种陶瓷发热体10；该陶瓷发热体10用于在通电时加热并雾化高粘度的气溶胶生成基质。该陶瓷发热体10具体可包括陶瓷基体11和发热体12。其中，高粘度的气溶胶生成基质具体可指粘度大于10000厘泊的气溶胶生成基质。
其中，发热体12具体设置在陶瓷基体11的雾化面上，用于在通电时产生热量，以对高粘度的气溶胶生成基质进行加热并雾化；具体的，发热体12可为设置在陶瓷基体11的一侧表面上的金属膜；陶瓷基体11可对发热体12产生的热量进行热传导；该陶瓷基体11具体可为上述实施例所涉及的陶瓷基体，其具体组分及功能可参见上述相关文字，且可实现相同或相似的技术效果，在此不再赘述。
本实施例提供的陶瓷发热体10，通过设置上述实施例所涉及的陶瓷基体，大大提高了陶瓷基体11的热导率，能够对发热体12产生的热量进行较好地传导，以显著提高陶瓷基体11背离发热体12的一侧表面的温度，从而大幅降低大麻油等气溶胶生成基质的粘度，以提高气溶胶生成基质的流动能力，使得气溶胶生成基质在该陶瓷发热体10中的导油速率加快，避免出现因导液不足，导致口感不一致的问题发生。
在一具体实施例中，请参阅图4，图4为本申请一实施例提供的不同功率下，陶瓷发热体的背面温度随时间的变化曲线图；以热导率为1.3W/mk的陶瓷基体11为例，在60％的天然CBD中，当用户抽吸时，不同功率下陶瓷基体11的背面温度(即远离发热体12的一侧表面的问题)如图3所示；其中，实线为各个功率在不同时间所对应的陶瓷基体11的背面最高温度，虚线为各个功率在不同时间所对应的陶瓷基体11的背面平均温度；由图3可以看出，在功率为7w时，陶瓷基体11的背面平均温度即可达80℃以上，80℃可为CBD等高粘度气溶胶生成基质提供良好的导油环境，导油速率较佳。
在一实施例中，请参阅图5，图5为本申请一实施例提供的电子雾化装置的结构示意图；提供一种电子雾化装置100，该电子雾化装置100具体可为电子烟；具体的，该电子雾化装置100可包括电源组件101和与电源组件101连接的雾化器102。
其中，雾化器102用于在通电时加热并雾化高粘度的气溶胶生成基质；比如加热并雾化CBD、THC或大麻油；具体的，该雾化器102包括陶瓷发热体102a，该陶瓷发热体102a可为上述实施例所涉及的陶瓷发热体10，用于在通电时产生热量，以对高粘度的气溶胶生成基质进行加热并雾化。具体的，陶瓷发热体102a的具体结构及组分等可参见上述实施例中关于陶瓷发热体10的相关文字描述，且可实现相同或相似的技术效果，在此不再赘述。
其中，电源组件101用于向雾化器102供电；且在一实施例中，电源组件101具体可为可充电的锂离子电池。
本实施例提供的电子雾化装置100，通过设置雾化器102，在雾化器102内陶瓷发热体102a，并使陶瓷发热体102a具体为上述实施例所涉及的陶瓷发热体10，大大提高了陶瓷发热体102a中陶瓷基体11的热导率，能够对发热体12产生的热量进行较好地传导，以显著提高陶瓷基体11背离发热体12的一侧表面的温度，从而大幅降低大麻油等气溶胶生成基质的粘度，以提高气溶胶生成基质的流动能力，使得气溶胶生成基质在该陶瓷发热体102a中的导油速率加快，避免出现因导液不足，导致口感不一致的问题发生。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (15)
1.一种陶瓷基体，其特征在于，所述陶瓷基体的材质包括碳化硅、氧化铝及二氧化硅；其中，所述碳化硅的重量百分数的范围为25-75％；所述氧化铝的重量百分数的范围为10-55％；所述二氧化硅的重量百分数的范围为7-30％。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基体，其特征在于，所述碳化硅的重量百分数的范围为30％-45％；所述氧化铝的重量百分数的范围为40％-55％；所述二氧化硅的重量百分数的范围为10％-20％。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷基体，其特征在于，所述陶瓷基体的材质还包括添加剂，所述添加剂的重量百分数的范围为0-10％。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基体，其特征在于，所述陶瓷基体的热导率的范围为1-2.5W/mk。
5.根据权利要求4所述的陶瓷基体，其特征在于，所述陶瓷基体的厚度范围为1.5-2.5mm。
6.根据权利要求4所述的陶瓷基体，其特征在于，所述陶瓷基体的孔隙率范围为45％-65％，平均孔径范围10-35μm。
7.根据权利要求1所述的陶瓷基体，其特征在于，所述陶瓷基体由所述碳化硅、所述氧化铝及所述二氧化硅组成。
8.一种陶瓷发热体，其特征在于，所述陶瓷发热体用于在通电时加热并雾化高粘度的气溶胶生成基质，所述陶瓷发热体包括：
陶瓷基体，为如权利要求1-7任一项所述的陶瓷基体；
发热体，设置在所述陶瓷基体上，用于在通电时产生热量，所述陶瓷基体对所述发热体产生的热量进行导热。
9.根据权利要求8所述的陶瓷发热体，其特征在于，所述陶瓷基体包括相对的吸液面和雾化面，所述发热体设置在所述雾化面上。
10.一种电子雾化装置，其特征在于，包括：
陶瓷发热体，为如权利要求8所述的陶瓷发热体，用于在通电时加热并雾化常温下高粘度的气溶胶生成基质；
电源组件，所述陶瓷发热体与所述电源组件连接，所述电源组件用于向所述陶瓷发热体供电。
11.一种陶瓷基体的制备方法，其特征在于，包括：
获取重量百分数的范围为25-75％的碳化硅粉体、重量百分数的范围为10-55％的氧化铝粉体和重量百分数的范围为7-30％的二氧化硅粉体并混合；
对混合后的粉体进行压制并成型，以获得陶瓷生坯；
在预设温度下对所述陶瓷生坯进行烧结并冷却，以制得陶瓷基体。
12.根据权利要求11所述的陶瓷基体的制备方法，其特征在于，所述碳化硅粉体的重量百分数的范围为30％-45％；所述氧化铝粉体的重量百分数的范围为40％-55％；所述二氧化硅粉体的重量百分数的范围为10％-20％。
13.根据权利要求11所述的陶瓷基体的制备方法，其特征在于，所述对混合后的粉体进行压制并成型，以获得陶瓷生坯的步骤具体包括：
对混合后的粉体进行干燥；
对干燥后的粉体进行造粒；
将造粒后的颗粒放入模具，并在预设压力下对所述造粒后的颗粒进行热压成型，以获得陶瓷生坯。
14.根据权利要求13所述的陶瓷基体的制备方法，其特征在于，所述预设压力的范围为10-40MPa；所述预设温度的范围为1100-1700℃，保温时间的范围为2-8小时。
15.根据权利要求14所述的陶瓷基体的制备方法，其特征在于，所述预设温度的范围为1200-1500℃，保温时间的范围为2-4小时。
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