CN114831350A

CN114831350A - 发热组件及电子雾化装置

Info

Publication number: CN114831350A
Application number: CN202110145152.0A
Authority: CN
Inventors: 段银祥; 蒋金峰; 朱明达; 陈鹏; 谢建声; 杜靖; 卜桂华; 郑良福; 熊玉明; 吴振兴; 范静波
Original assignee: Shenzhen Smoore Technology Ltd
Current assignee: Shenzhen Smoore Technology Ltd
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-08-02

Abstract

本申请公开了一种发热组件及电子雾化装置，发热组件包括陶瓷基体和发热层，发热层包括不锈钢和无机非金属，发热层用于加热待雾化基质形成气溶胶且具有TCR温敏特性，无机非金属用于调节发热层的TCR值。通过使用不锈钢制成发热层，使发热组件具有耐高温、高温稳定性高、抗高温氧化及溶液腐蚀能力强等特点；在不锈钢中添加无机非金属材料，调节发热层的电阻温度系数，实现对发热层的温控，进而避免雾化过程中出现杂气和焦味，且保证香味的一致性，有利于提高用户的使用体验感。

Description

发热组件及电子雾化装置

技术领域

本申请涉及雾化器技术领域，具体是涉及一种发热组件及电子雾化装置。

背景技术

市场上，口感较好的几款电子雾化装置的陶瓷雾化芯大多为在多孔陶瓷基体上印刷铁镍铬或铁铬铝，铁镍铬或铁铬铝具有耐高温、高温稳定性高、抗高温氧化及溶液腐蚀能力强等特点。

随着电子雾化装置的技术日趋成熟，消费者对口感的追求愈加凸显；而此类陶瓷雾化芯无法实现温控，雾化过程中会出现杂气、焦味及香味还原度差等现象，影响消费者的使用体验感。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种发热组件及电子雾化装置，以解决现有技术中陶瓷雾化芯的金属层无法实现温控的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供的第一个技术方案为：提供一种发热组件，包括：陶瓷基体和发热层，所述发热层包括不锈钢和无机非金属；所述发热层用于加热雾化待雾化基质形成气溶胶且具有TCR温敏特性，所述无机非金属用于调节所述发热层的TCR值。

其中，所述不锈钢包括316L不锈钢、304不锈钢以及430不锈钢中的一种或多种。

其中，所述无机非金属包括SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂以及SiC中的一种或多种。

其中，进一步包括非不锈钢金属，所述非不锈钢金属包括Mo、Ti、Zr、Mg的一种或多种。

其中，进一步包括玻璃相，所述玻璃相包括SiO₂-ZnO-BaO体系、SiO₂-CaO-ZnO体系、SiO₂-ZnO-R₂O体系以及SiO₂-B₂O₃体系中的一种或多种。

其中，所述发热层由所述不锈钢、所述无机非金属材料、所述玻璃相以及所述非不锈钢金属组成，所述不锈钢占所述发热层的重量百分比为75-85％，所述无机非金属材料占所述发热层的重量百分比为0.5-3％，所述玻璃相占所述发热层的重量百分比为11.5-21.5％，所述非不锈钢金属占所述发热层的重量百分比为0.5-3％。

其中，所述不锈钢为316L不锈钢、304不锈钢以及430不锈钢中的一种或多种，所述无机非金属为SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂以及SiC中的一种或多种，所述非不锈钢金属为Mo、Ti、Zr、Mg中的一种或多种，所述玻璃相为SiO₂-ZnO-BaO体系、SiO₂-CaO-ZnO体系、SiO₂-ZnO-R₂O体系以及SiO₂-B₂O₃体系中的一种或多种。

其中，所述发热层的厚度为100-120μm。

其中，所述发热层的电阻为0.6-0.8Ω。

为了解决上述技术问题，本申请提供的第二个技术方案为：提供一种电子雾化装置，包括：发热组件，所述发热组件为上述任意一项所述的发热组件。

本申请的有益效果：区别于现有技术，本申请中的发热组件包括陶瓷基体和发热层，发热层包括不锈钢和无机非金属；发热层用于加热待雾化基质形成气溶胶且具有TCR温敏特性，无机非金属用于调节发热层的TCR值。通过使用不锈钢制成发热层，使发热组件具有耐高温、高温稳定性高、抗高温氧化及溶液腐蚀能力强等特点；在不锈钢中添加无机非金属材料，实现对发热层的温控，进而避免雾化过程中出现杂气和焦味，且保证香味的一致性，有利于提高用户的使用体验感。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。

图1是本申请提供的电子雾化装置的结构示意图；

图2是本申请提供的发热组件的结构示意图；

图3是本申请提供的发热组件的发热层的微观形貌的扫描电镜照片；

图4是本申请提供的发热组件的制作方法流程示意图；

图5是本申请提供的实验七中发热组件的电阻与温度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，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。本申请实施例中的术语“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组件。

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，是本申请提供的电子雾化装置的结构示意图。

电子雾化装置可用于等液态基质的雾化。电子雾化装置包括相互连接的雾化器1和电源组件2。

雾化器1包括发热组件11和储液器12；储液器12用于存储待雾化基质；发热组件11用于将储液器中的待雾化基质加热雾化，以形成可供用户吸食的气溶胶。该雾化器1具体可用于雾化待雾化基质并产生气溶胶，以用于不同的领域，比如，医疗、电子气溶胶化装置等；在一具体实施例中，该雾化器1可用于电子气溶胶化装置，用于雾化待雾化基质并产生气溶胶，以供抽吸者抽吸，以下实施例均以此为例；当然，在其他实施例中，该雾化器1也可应用于喷发胶设备，以雾化用于头发定型的喷发胶；或者应用于治疗上下呼吸系统疾病的医用设备，以雾化医用药品。

电源组件2包括电池21、控制器22和气流传感器23；电池21用于为雾化器1供电，以使得雾化器1能够雾化液态基质形成气溶胶；控制器22用于控制雾化器1工作；气流传感器23用于检测电子雾化装置中气流变化以启动电子雾化装置。

雾化器1与电源组件2可以是一体设置，也可以是可拆卸连接，根据具体需要进行设计。

请参阅图2，是本申请提供的发热组件的结构示意图。

发热组件11包括陶瓷基体13和发热层14。陶瓷基体13为多孔陶瓷，陶瓷基体13接触到来自储液器12中的待雾化基质，利用毛细作用力将其导引至发热层14，发热层14对其进行加热雾化形成气溶胶。发热层14包括不锈钢和无机非金属，发热层14用于加热雾化待雾化基质形成气溶胶且具有TCR(电阻温度系数)温敏特性，无机非金属用于调节发热层14的TCR值。也就是说，本实施例中的发热层14由不锈钢材料制成，使发热层14具有TCR温敏特性，并使得发热组件11具备现有的陶瓷雾化芯的耐高温、高温稳定性高、抗高温氧化及溶液腐蚀能力强等特点；进一步在发热层14中添加无机非金属材料，实现对发热层14具有TCR(电阻温度系数)值的调节，可以实现对发热层14的温度感测和控制，进而避免雾化过程中出现杂气和焦味，且提高了发热组件11的热流密度和温度场均匀性，提升香味的一致性，有利于提高用户的使用体验感。

其中，不锈钢包括316L不锈钢、304不锈钢以及430不锈钢中的一种或多种，也可以为其他牌号的不锈钢。加热雾化烟油的最高温度最好控制在350度以下，但一般的不锈钢发热膜电阻温度系数(TCR值)过高，发热膜的温度容易超过350度；本申请通过添加无机非金属材料可以解决这一问题。无机非金属材料包括SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂以及SiC中的一种或多种，也可以为其他的无机非金属材料。通过在发热层14中添加少量的无机非金属材料来调节发热层14的电阻、电阻温度系数及抗腐蚀等性能。发热层14中的不锈钢和无机非金属材料可以根据需要进行选择，能够实现发热组件11能够温控即可。例如，发热层14由不锈钢和无机非金属组成，且无机非金属占发热层14总重量的百分比为1％。

进一步，发热层14还包括非不锈钢金属，非不锈钢金属包括Mo、Ti、Zr、Mg中的一种或多种。通过在发热层14中添加少量的Mo、Ti、Zr、Mg等金属，使得发热层14的致密性及均匀性好，有利于提高发热层14的抗腐蚀性能、耐高温强度及其使用寿命，且有利于增强发热层14与陶瓷基体13的结合力，从而大大提高了发热层14在电子雾化装置在工作环境中的电化学稳定性。例如，发热层14由不锈钢、非不锈钢金属和无机非金属材料组成，且无机非金属占发热层14总重量的百分比为1％，非不锈钢金属占发热层14总重量的百分比为0.5％。

目前常规的发热组件中的发热层多为在多孔陶瓷基体上印刷铁镍铬或铁铬铝系列的发热层。然而，使用此类合金发热层的电子雾化装置，待雾化基质及气溶胶成分中可能会被检测到重金属离子(如，镍、铬)。可以理解的是，本申请通过在发热层14中添加少量的Mo、Ti、Zr、Mg等金属，提高了发热层14在电子雾化装置在工作环境中的电化学稳定性，从而大大降低了待雾化基质及气溶胶中重金属的含量，可以解决现有的发热组件对使用者造成的安全隐患的痛点问题。

本申请中，发热层14由电阻浆料烘干制得。电阻浆料包括不锈钢粉、非不锈钢金属、无机非金属、玻璃相及有机载体，有机载体包括树脂和溶剂。电阻浆料烘干过程中，有机载体持续挥发，因此，发热层14包括不锈钢粉、非不锈钢金属、无机非金属、玻璃相。发热层14与电子浆料的不同之处在于其是否含有有机载体。通过在发热层14中添加玻璃相，增强不锈钢与陶瓷基体13的匹配性，提高不锈钢发热层14的烧结稳定性，解决了不锈钢发热层14的烧结问题。

其中，不锈钢粉占电阻浆料总重量的重量百分比为60％-76.5％，玻璃相占电阻浆料总重量的重量百分比为9.2％-17.2％，无机非金属占电阻浆料总重量的重量百分比为0.4-2.7％，非不锈钢金属占电阻浆料总重量的重量百分比为0.4-2.7％，有机载体占电阻浆料总重量的重量百分比为10％-20％。

玻璃相为SiO₂-ZnO-BaO体系，该玻璃相体系可以更好的与陶瓷基体13进行匹配，防止电阻浆料在高温烧结过程中产生应力而破坏陶瓷基体13或使发热层14产生微裂纹；玻璃相体系不限于SiO₂-ZnO-BaO体系，其他体系SiO₂-CaO-ZnO、SiO₂-ZnO-R₂O、SiO₂-B₂O₃等均可实现，具体可根据陶瓷基体13及电阻浆料的烧结工艺进行选择。

有机载体包括树脂和溶剂。树脂包括乙基纤维素，溶剂包括松油醇和丁基卡必醇醋酸酯体系，松油醇和丁基卡必醇醋酸酯均为乙基纤维素的良溶剂，松油醇和丁基卡必醇醋酸酯搭配使用可以调控电阻浆料的挥发性和流平性，同时松油醇和丁基卡必醇醋酸酯可以调节有机载体的粘度，适当的粘度可以充分润湿金属和无机非金属材料，改善电阻浆料的印刷性。其中，乙基纤维素占有机载体总重量的重量百分比为3％-8％，松油醇占有机载体总重量的重量百分比为50％-70％，丁基卡必醇醋酸酯占有机载体总重量的质量百分比为27％-42％。其他实施方式中，树脂还可以是醋酸丁酸纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯缩丁醛等；溶剂还可以是丁基卡必醇、二乙二醇二丁醚、三乙二醇丁醚、醇酯十二、柠檬酸三丁酯、三丙二醇丁醚等；树脂和溶剂的具体材料组成可以根据需要进行选择。

将电阻浆料烘干制得的发热层14中不锈钢占发热层14总重量的重量百分比为75％-85％，玻璃相占发热层14总重量的重量百分比为11.5％-21.5％，无机非金属占发热层14总重量的重量百分比为0.5％-3％，非不锈钢金属占发热层14总重量的重量百分比为0.5-3％。

请参阅图3，是本申请提供的发热组件的发热层的微观形貌的扫描电镜照片。

本申请中，电阻浆料采用的网版规格为200目、80μm纱厚、100μm乳剂厚度及线宽0.5mm进行印刷，烘干，烧结后，得到发热层14，其微观形貌如图3所示；发热层14的厚度为100μm-200μm，电阻为0.6Ω-0.8Ω。在其他实施方式中，也可以采用喷涂、物理气相沉积工艺(PVD)、化学气相沉积工艺(CVD)等方式，也可以多种工艺搭配使用制备发热层14，具体工艺可以根据需要进行选择。

请参阅图4，是本申请提供的发热组件的制作方法流程示意图。

发热组件11的制作方法包括：

S01：获取陶瓷基体。

具体地，准备好陶瓷粉料，通过丝网印刷、烧结等工艺制成陶瓷基体13。

S02：在陶瓷基体表面形成发热层。

具体地，将用于形成发热层14的原材料制成电阻浆料；将电阻浆料通过丝网印刷在多孔陶瓷基体13的表面；将陶瓷基体13和电阻浆料在1000-1250℃进行烘干烧结以在陶瓷基体13表面形成发热层14。

在一实施方式中，电阻浆料中不锈钢粉占电阻浆料总重量的重量百分比为75％，玻璃相占电阻浆料总重量的重量百分比为12％，无机非金属占电阻浆料总重量的重量百分比为1％，非不锈钢金属占电阻浆料总重量的重量百分比为0.5％，有机载体占电阻浆料总重量的重量百分比为11.5％；有机载体中树脂占有机载体总重量的重量百分比为5％，溶剂占有机载体总重量的重量百分比为95％；制成的发热层14的厚度为100μm，电阻值为0.6Ω。

其中，不锈钢粉采用361L不锈钢粉；玻璃相采用SiO₂-ZnO-BaO体系；无机非金属采用SiO₂；非不锈钢金属采用Mo、Mg；有机载体中的树脂采用乙基纤维素，溶剂采用松油醇和丁基卡必醇醋酸酯体系。乙基纤维素占有机载体总重量的重量百分比为5％，松油醇占有机载体总重量的重量百分比为60％，丁基卡必醇醋酸酯占有机载体总重量的质量百分比为35％。

可以理解的是，发热组件11的发热层14上需设置引脚以与电池21电连接，引脚上涂覆银浆，以防止引脚被待雾化基质或雾化好的气溶胶腐蚀，起到保护作用；也可以选用其他金属涂层来保护引脚，根据需要进行选择。

将本申请提供的发热组件11与现有的发热组件一号进行比较，通过实验证明其性能的优劣。其中，进行实验的本申请提供的发热组件11由不锈钢、非不锈钢金属、玻璃相和无机非金属组成；不锈钢采用361L不锈钢粉，玻璃相采用SiO₂-ZnO-BaO体系，无机非金属采用SiC，非不锈钢金属采用Mo、Mg；不锈钢占发热层的重量百分比为75％，无机非金属材料占发热层的重量百分比为1％，玻璃相占发热层的重量百分比为12％，非不锈钢金属占发热层的重量百分比为0.5％。现有的发热组件一号中的发热层主要成分为镍铬(T29)，镍铬含量85.6％，玻璃相含量14.4％。为了方便统计，将本申请提供的发热组件11记为发热组件二号。

实验一：干烧循环寿命测试。

实验条件：恒功率6.5W、接通3S断开8S、循环50次。

将本申请提供的发热组件11和现有的发热组件一号在上述实验条件下进行测试，判断电阻变化及其是否失效。为了保证实验结果的准确性，对本申请中的发热组件11和现有的发热组件一号分别进行三次平行实验；实验结果如表1所示。

表1 316L不锈钢发热层干烧寿命测试

实验二：湿烧循环寿命测试。

实验条件：恒功率6.5W、接通3S断开8S、循环400次。

将本申请提供的发热组件11和现有的发热组件一号在上述实验条件下进行测试，判断电阻变化及其是否失效。为了保证实验结果的准确性，对本申请中的发热组件11和现有的发热组件一号分别进行三次平行实验；实验结果如表2所示。

表2 316L不锈钢发热层湿烧寿命测试

实验三：4％乙酸中金属溶出测试。

实验条件：在4％乙酸中浸泡。

将本申请提供的发热组件11和现有的发热组件一号在上述实验条件下进行测试，比较金属溶出量，实验结果如表3所示。

表3 4％乙酸浸泡结果

发热组件	浸出Ni量(g/ml)	浸出Cr量(g/ml)
			一号	16.2	1.1
二号	0.093	0.033

实验四：芒果57mg烟油中金属溶出测试。

实验条件：在芒果57mg烟油中浸泡。

将本申请提供的发热组件11和现有的发热组件一号在上述实验条件下进行测试，比较金属溶出量，实验结果如表4所示。

表4芒果57mg烟油浸泡结果

实验五：烟气中重金属含量。

实验条件：芒果57mg烟油、恒功率6.5W、抽3S停8S、抽吸100口。

将本申请提供的发热组件11和现有的发热组件一号在上述实验条件下进行测试，比较烟气中重金属含量，实验结果如表5所示。

表5烟气中重金属含量

发热组件	烟气中含Ni量(g/100puffs)	烟气中含Cr量(g/100puffs)
			一号	2.542	0.138
二号	未检测出	未检测出

实验六：膜基结合力。

对本申请提供的发热组件11中发热层14与陶瓷基体13的结合力和现有的发热组件一号中发热层与陶瓷基体的结合力进行测试，比较膜基结合力大小，实验结果如表6所示。

表6膜基结合力测试结果

发热组件	推力值/gf
		一号	1700
二号	2100

实验七：电阻温度系数测试。

对本申请提供的发热组件11和现有的发热组件一号和现有的发热组件三号中发热层与陶瓷基体的电阻温度系数(TCR)进行测试。其中，发热组件三号的发热层的主要成分为不锈钢。发热组件二号和发热组件三号的电阻与温度的关系如图5所示(请参阅图5，是本申请提供的实验七中发热组件的电阻与温度的关系图)，计算结果如表7所示。

表7电阻温度系数(TCR)

通过表1和表2的实验结果可知，本申请提供的的发热组件11(发热组件二号)的使用寿命高于现有的发热组件一号。通过表3、表4和表5的实验结果可知，本申请提供的发热组件11(发热组件二号)的金属离子溶出比现有的发热组件一号降低了两个数量级，且在烟气中无法检出重金属；本申请的发热组件11能够显著降低发热层14材料对使用者造成的安全隐患。通过表6的实验结果可知，本申请提供的发热组件11(发热组件二号)的膜基结合力要高于现有的发热组件一号，表明其物理抗震性能更为优异。通过表7的实验结果可知，本申请提供的发热组件11(发热组件二号)较现有的发热组件一号具有TCR性能，能够实现对其发热层14的温控，从而减少杂气及焦味；此外，通过添加无机非金属，可有效改变发热层14的TCR值；延长了发热组件11的使用寿命；提高了发热层14的热流密度和温度场均匀性；提升口感一致性及消费者体验感。

本申请中的发热组件包括陶瓷基体和发热层，发热层包括不锈钢和无机非金属材料；发热层用于加热待雾化基质形成气溶胶且具有TCR温敏特性，无机非金属用于调节发热层的TCR值。通过使用不锈钢制成发热层，使发热组件具有耐高温、高温稳定性高、抗高温氧化及溶液腐蚀能力强等特点；在不锈钢中添加无机非金属材料，实现对发热层的温控，进而避免雾化过程中出现杂气和焦味，且保证香味的一致性，有利于提高用户的使用体验感。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种发热组件，用于电子雾化装置，其特征在于，包括：

陶瓷基体；

发热层，包括不锈钢和无机非金属；所述发热层用于加热待雾化基质形成气溶胶且具有TCR温敏特性，所述无机非金属用于调节所述发热层的TCR值。

2.根据权利要求1所述的发热组件，其特征在于，所述不锈钢包括316L不锈钢、304不锈钢以及430不锈钢中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的发热组件，其特征在于，所述无机非金属包括SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂以及SiC中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的发热组件，其特征在于，进一步包括非不锈钢金属，所述非不锈钢金属包括Mo、Ti、Zr、Mg中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的发热组件，其特征在于，进一步包括玻璃相，所述玻璃相包括SiO₂-ZnO-BaO体系、SiO₂-CaO-ZnO体系、SiO₂-ZnO-R₂O体系以及SiO₂-B₂O₃体系中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的发热组件，其特征在于，所述发热层由所述不锈钢、所述无机非金属材料、所述玻璃相以及所述非不锈钢金属组成，所述不锈钢占所述发热层的重量百分比为75-85％，所述无机非金属材料占所述发热层的重量百分比为0.5-3％，所述玻璃相占所述发热层的重量百分比为11.5-21.5％，所述非不锈钢金属占所述发热层的重量百分比为0.5-3％。

7.根据权利要求6所述的发热组件，其特征在于，所述不锈钢为316L不锈钢、304不锈钢以及430不锈钢中的一种或多种，所述无机非金属为SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂以及SiC中的一种或多种，所述非不锈钢金属为Mo、Ti、Zr、Mg中的一种或多种，所述玻璃相为SiO₂-ZnO-BaO体系、SiO₂-CaO-ZnO体系、SiO₂-ZnO-R₂O体系以及SiO₂-B₂O₃体系中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的发热组件，其特征在于，所述发热层的厚度为100-120μm。

9.根据权利要求1所述的发热组件，其特征在于，所述发热层的电阻为0.6-0.8Ω。

10.一种电子雾化装置，其特征在于，包括发热组件，所述发热组件为权利要求1-9任意一项所述的发热组件。