CN115159991B - 多孔陶瓷发热结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多孔陶瓷发热结构及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：制备多孔陶瓷体，所述多孔陶瓷体的组成成分包括主料、导热填料、第一粘结剂、造孔剂、增塑剂和硬脂酸；制备发热浆料，所述发热浆料的组成成分包括晶须碳纳米管粉、石墨粉、第二金属粉、第二粘结剂、分散剂、消泡剂和溶剂；将所述发热浆料印刷在所述多孔陶瓷体的表面，然后进行烧结得到多孔陶瓷发热结构；其中，所述多孔陶瓷体表面的发热浆料在烧结后形成面发热层。通过该方法制备的多孔陶瓷发热结构不仅发热均匀、发热效率高，而且孔隙均匀，孔径大小合适，不堵孔。

Description

多孔陶瓷发热结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子烟技术领域，尤其是涉及一种多孔陶瓷发热结构及其制备方法。
背景技术
多孔陶瓷雾化器作为电子雾化装置(电子烟)的核心部件之一，与传统的棉芯或玻纤绳相比，具有亲油性强、发热均匀、使用温度高等优点。
目前陶瓷雾化器一般采用发热丝或者发热线路的方式进行烟油或烟膏的雾化，由于发热丝或发热线路的发热接触面积小，故存在雾化效率低的问题；同时，现有的部分发热陶瓷由于其内部的孔隙较小，发热陶瓷在雾化高粘度烟油或者烟膏时，由于烟油或烟膏的粘度较大，高粘度的烟油或烟膏容易在使用一段时间后堵住发热陶瓷内的孔隙，造成无法继续抽吸，影响用户的正常使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔陶瓷发热结构及其制备方法，通过该方法制备的多孔陶瓷发热结构不仅发热均匀、发热效率高，而且孔隙均匀，孔径大小合适，不堵孔。
本发明提供一种多孔陶瓷发热结构的制备方法，包括以下步骤：
制备多孔陶瓷体，所述多孔陶瓷体的组成成分包括主料、导热填料、第一粘结剂、造孔剂、增塑剂和硬脂酸；所述主料为硅藻土、氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅中的至少一种；所述导热填料为第一金属粉和碳粉中的至少一种，所述第一金属粉为铜粉、铂粉、铝粉和银粉中的至少一种，所述导热填料用于提高所述多孔陶瓷体的导热性能；
制备发热浆料，所述发热浆料的组成成分包括晶须碳纳米管粉、石墨粉、第二金属粉、第二粘结剂、分散剂、消泡剂和溶剂；所述第二金属粉为铜粉、铂粉、铝粉和银粉中的至少一种；
将所述发热浆料印刷在所述多孔陶瓷体的表面，然后进行烧结得到多孔陶瓷发热结构；其中，所述多孔陶瓷体表面的发热浆料在烧结后形成面发热层。
在一种可实现的方式中，所述第一粘结剂为玻璃粉，所述玻璃粉包括SiO2、Li2O、ZnO、BaO、K2O和Na2O中的至少一种；所述造孔剂为PMMA；所述增塑剂为石蜡和蜂蜡中的至少一种。
在一种可实现的方式中，所述多孔陶瓷体的各组成成分的重量份数分别为：所述主料为200-300份，所述导热填料为50-80份，所述第一粘结剂为200-250份，所述造孔剂为170-220份，所述增塑剂为240-330份，所述硬脂酸为30-40份。
在一种可实现的方式中，所述主料的目数为100-120目，所述导热填料的目数为200-300目，所述第一粘结剂的目数为100-120目，所述造孔剂的粒径为50-100微米。
在一种可实现的方式中，所述多孔陶瓷体的制备过程包括以下步骤：
将所述主料、所述导热填料、所述第一粘结剂、所述造孔剂、所述增塑剂和所述硬脂酸混合后进行球磨得到陶瓷浆料，将所述陶瓷浆料放入注射成型机中注射成型得到陶瓷胚体，然后依次对所述陶瓷胚体进行排蜡和烧结，即可得到所述多孔陶瓷体。
在一种可实现的方式中，所述第二粘结剂为硅溶胶；所述分散剂为多聚羧酸氨盐、BYK-431和BYK-163中的至少一种；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的至少一种；所述溶剂为松油醇、二乙二醇乙醚醋酸酯、N-甲基吡咯烷酮和正丁醇中的至少一种。
在一种可实现的方式中，所述发热浆料的各组成成分的重量份数分别为：所述晶须碳纳米管粉为15-25份，所述石墨粉为20-40份，所述第二金属粉为10-15份，所述第二粘结剂为7-10份，所述分散剂为2-3份，所述消泡剂为1-2份，所述溶剂为15-25份。
在一种可实现的方式中，所述晶须碳纳米管粉的粒径为70-150纳米，所述石墨粉的目数为800-1250目，所述第二金属粉的目数为200-300目。
在一种可实现的方式中，所述多孔陶瓷发热结构的制备方法还包括：
在所述多孔陶瓷体表面形成所述面发热层之后，在所述面发热层上印刷电极浆料，然后进行烧结；所述面发热层上的电极浆料在烧结后形成电极，所述电极与所述面发热层电连接。
本发明还提供一种多孔陶瓷发热结构，采用以上所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法制作而成；所述多孔陶瓷发热结构包括多孔陶瓷体和面发热层，所述面发热层设置于所述多孔陶瓷体的表面上。
本发明提供的多孔陶瓷发热结构的制备方法，通过在多孔陶瓷体内添加导热填料，导热填料能够提高多孔陶瓷体的导热性能，从而使得多孔陶瓷体具有良好的导热性能，而且通过该方法制得的多孔陶瓷体孔隙均匀，孔径大小合适，不堵孔。同时，通过将发热浆料印刷在多孔陶瓷体的表面得到超薄的面发热层，面发热层能够在多孔陶瓷体表面产生适宜的电阻而形成面发热效果，不仅发热均匀，而且发热效率高，提高了多孔陶瓷体的使用寿命，提升了用户的使用体验。
附图说明
图1为本发明实施例中多孔陶瓷发热结构的结构示意图。
图2为本发明实施例中多孔陶瓷发热结构的制作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等(如果存在)方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本发明请求保护的范围。
图1为本发明实施例中多孔陶瓷发热结构的结构示意图，图2为本发明实施例中多孔陶瓷发热结构的制作流程示意图。如图1及图2所示，本发明实施例提供的多孔陶瓷发热结构的制备方法，包括以下步骤：
制备多孔陶瓷体1，多孔陶瓷体1的组成成分包括主料、导热填料、第一粘结剂、造孔剂、增塑剂和硬脂酸。其中，主料为硅藻土、氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅中的至少一种；导热填料为第一金属粉和碳粉中的至少一种，第一金属粉为铜粉、铂粉、铝粉和银粉中的至少一种，导热填料用于提高多孔陶瓷体1的导热性能；
制备发热浆料，发热浆料的组成成分包括晶须碳纳米管粉(晶须碳纳米管粉为超高纯晶须碳纳米管粉，其纯度大于或等于95％)、石墨粉、第二金属粉、第二粘结剂、分散剂、消泡剂和溶剂。其中，第二金属粉为铜粉、铂粉、铝粉和银粉中的至少一种；
将发热浆料印刷在多孔陶瓷体1的表面，然后进行烧结得到多孔陶瓷发热结构，其烧结温度为200-300℃，烧结的时间为30-60分钟。其中，多孔陶瓷体1表面的发热浆料在烧结后形成面发热层2。
具体地，本实施例提供的多孔陶瓷发热结构的制备方法，通过在多孔陶瓷体1内添加导热填料，导热填料能够提高多孔陶瓷体1的导热性能，从而使得多孔陶瓷体1具有良好的导热性能，而且通过上述方法和配方制得的多孔陶瓷体1孔隙均匀，孔径大小合适，不堵孔。同时，由于浆料可以超薄印刷，通过将发热浆料印刷在多孔陶瓷体1的表面能够得到超薄的面发热层2，面发热层2能够在多孔陶瓷体表面产生适宜的电阻而形成面发热效果，不仅发热均匀，而且发热效率高，提高了多孔陶瓷体1的使用寿命，提升了用户的使用体验。
作为一种实施方式，第一粘结剂为玻璃粉，玻璃粉包括SiO2、Li2O、ZnO、BaO、K2O和Na2O中的至少一种；造孔剂为PMMA；增塑剂为石蜡和蜂蜡中的至少一种。
作为一种实施方式，多孔陶瓷体1的各组成成分的重量份数分别为：主料为200-300份，导热填料为50-80份，第一粘结剂为200-250份，造孔剂为170-220份，增塑剂为240-330份，硬脂酸为30-40份。
作为一种实施方式，主料的目数为100-120目，导热填料的目数为200-300目，第一粘结剂的目数为100-120目，造孔剂的粒径为50-100微米。
作为一种实施方式，多孔陶瓷体1的制备过程包括以下步骤：
将主料、导热填料、第一粘结剂、造孔剂、增塑剂和硬脂酸混合后进行球磨得到陶瓷浆料，将陶瓷浆料放入注射成型机中注射成型得到陶瓷胚体，然后依次对陶瓷胚体进行排蜡和烧结，即可得到多孔陶瓷体1。其中，排蜡温度为300-500℃，排蜡时间为3-5小时；烧结温度为900-1100℃，烧结时间为3-6小时。
具体地，通过上述方法和配方制得的多孔陶瓷体1，多孔陶瓷体1的孔隙率为50％-60％，孔隙的孔径为20-35微米，孔隙均匀，孔径大小合适，不堵孔。
作为一种实施方式，第二粘结剂为硅溶胶；分散剂为多聚羧酸氨盐、BYK-431和BYK-163中的至少一种(其中，BYK-431和BYK-163为德国毕克化学公司旗下的产品，可在市面上直接购买)；消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的至少一种；溶剂为松油醇、二乙二醇乙醚醋酸酯、N-甲基吡咯烷酮和正丁醇中的至少一种。
作为一种实施方式，发热浆料的各组成成分的重量份数分别为：晶须碳纳米管粉为15-25份，石墨粉为20-40份，第二金属粉为10-15份，第二粘结剂为7-10份，分散剂为2-3份，消泡剂为1-2份，溶剂为15-25份。
作为一种实施方式，晶须碳纳米管粉的粒径为70-150纳米，石墨粉的目数为800-1250目，第二金属粉的目数为200-300目。
作为一种实施方式，发热浆料通过丝网印刷的方式印刷在多孔陶瓷体1的底面上，从而在多孔陶瓷体1的底面上形成面发热层2；面发热层2的厚度一般为10-40微米，面发热层2的电阻一般为0.8-2欧姆。
作为一种实施方式，多孔陶瓷发热结构的制备方法还包括：
在多孔陶瓷体1表面形成面发热层2之后，在面发热层2上印刷电极浆料，然后进行烧结；面发热层2上的电极浆料在烧结后形成电极3，电极3与面发热层2电连接。电极浆料可以为市面上售卖的银浆、铝浆、铂浆等。
如图1所示，本发明实施例还提供一种多孔陶瓷发热结构，采用上述的多孔陶瓷发热结构的制备方法制作而成。该多孔陶瓷发热结构包括多孔陶瓷体1和面发热层2，面发热层2设置于多孔陶瓷体1的表面上，面发热层2与多孔陶瓷体1导热接触。该多孔陶瓷发热结构还包括电极3，电极3设置于面发热层2上，电极3与面发热层2电连接。
具体地，电极3的数量为两个，分别为正电极和负电极，正电极和负电极分别用于与电源(图未示)的正负极连接。电极3与电源导通后，面发热层2发热并将热量传导至多孔陶瓷体1，多孔陶瓷体1再对烟油(烟膏)进行加热雾化形成烟雾，以供用户吸食。
本发明实施例提供的多孔陶瓷发热结构及其制备方法，通过在多孔陶瓷体1内添加导热填料，导热填料能够提高多孔陶瓷体1的导热性能，从而使得多孔陶瓷体1具有良好的导热性能，而且通过上述方法和配方制得的多孔陶瓷体1孔隙均匀，孔径大小合适，不堵孔。同时，由于浆料可以超薄印刷，通过将发热浆料印刷在多孔陶瓷体1的表面能够得到超薄的面发热层2，面发热层2能够在多孔陶瓷体表面产生适宜的电阻而形成面发热效果，不仅发热均匀，而且发热效率高，提高了多孔陶瓷体1的使用寿命，提升了用户的使用体验。
第一实施例
本实施例提供的多孔陶瓷发热结构的制备方法，包括以下步骤：
1、制备多孔陶瓷体1，按以下配方配料：
主料：氧化铝，250份，目数为100目；
导热填料：铜粉，50份，目数为200目；
第一粘结剂：SiO2、Li2O、ZnO、BaO、K2O和Na2O组合成的玻璃粉，220份，目数为120目；
造孔剂：PMMA，190份，粒径为50微米；
增塑剂：石蜡，240份；
硬脂酸：30份；
将上述材料混合后进行球磨，球磨时间为4小时，球磨温度为60℃，得到陶瓷浆料；将陶瓷浆料放入注射成型机中注射成型得到陶瓷胚体，然后对陶瓷胚体进行低温排蜡，排蜡温度为300℃，排蜡时间为4小时；再对陶瓷胚体进行烧结，烧结温度为960℃，烧结时间为4小时，得到多孔陶瓷体1，放置备用。测试得到多孔陶瓷体1的孔隙率为55％，孔径为28微米。
2、制备发热浆料，按以下配方配料：
超高纯晶须碳纳米管粉：25份，粒径为75纳米；
石墨粉：33份，目数为800-1250目；
第二金属粉：铜粉、铂粉、铝粉和银粉，共计10份，目数为200目；
第二粘结剂：硅溶胶，7份；
分散剂：多聚羧酸氨盐，3份；
消泡剂：聚二甲基硅氧烷，2份；
溶剂：正丁醇，20份；
将上述材料充分混合后得到发热浆料，然后通过丝网印刷的方式将发热浆料印刷在多孔陶瓷体1的底面，在280℃空气气氛下烧结30分钟，从而在多孔陶瓷体1的底面形成面发热层2。
3、电极丝印：
在面发热层2上丝印市售的电极浆料，电极浆料例如为银浆、铝浆、铂浆等，然后进行烧结，从而在面发热层2上形成电极3。
本实施例中，多孔陶瓷体1底面的尺寸为2mm*5mm，面发热层2的厚度为20微米，面发热层2的电阻为1.3欧姆。
第二实施例
本实施例提供的多孔陶瓷发热结构的制备方法，包括以下步骤：
1、制备多孔陶瓷体1，按以下配方配料：
主料：氮化铝，300份，目数为120目；
导热填料：碳粉(导热碳黑)，80份，目数为300目；
第一粘结剂：SiO2、Li2O、ZnO、BaO、K2O和Na2O组合成的玻璃粉，220份，目数为120目；
造孔剂：PMMA，200份，粒径为70微米；
增塑剂：石蜡，230份；蜂蜡，40份；
硬脂酸：35份；
将上述材料混合后进行球磨，球磨时间为5小时，球磨温度为60℃，得到陶瓷浆料；将陶瓷浆料放入注射成型机中注射成型得到陶瓷胚体，然后对陶瓷胚体进行低温排蜡，排蜡温度为350℃，排蜡时间为3.5小时；再对陶瓷胚体进行烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为4小时，得到多孔陶瓷体1，放置备用。测试得到多孔陶瓷体1的孔隙率为57％，孔径为32微米。
2、制备发热浆料，按以下配方配料：
超高纯晶须碳纳米管粉：25份，粒径为75纳米；
石墨粉：30份，目数为800-1250目；
第二金属粉：铜粉、铂粉、铝粉和银粉，共计10份，目数为200目；
第二粘结剂：硅溶胶，10份；
分散剂：多聚羧酸氨盐，3份；
消泡剂：聚二甲基硅氧烷，2份；
溶剂：N-甲基吡咯烷酮，20份；
将上述材料充分混合后得到发热浆料，然后通过丝网印刷的方式将发热浆料印刷在多孔陶瓷体1的底面，在250℃空气气氛下烧结40分钟，从而在多孔陶瓷体1的底面形成面发热层2。
3、电极丝印：
在面发热层2上丝印市售的电极浆料，电极浆料例如为银浆、铝浆、铂浆等，然后进行烧结，从而在面发热层2上形成电极3。
本实施例中，多孔陶瓷体1底面的尺寸为2mm*5mm，面发热层2的厚度为17微米，面发热层2的电阻为1.4欧姆。
第三实施例
本实施例提供的多孔陶瓷发热结构的制备方法，包括以下步骤：
1、制备多孔陶瓷体1，按以下配方配料：
主料：硅藻土，250份，目数为100目；
导热填料：铝粉，70份，目数为250目；
第一粘结剂：SiO2、Li2O、ZnO、BaO、K2O和Na2O组合成的玻璃粉，220份，目数为120目；
造孔剂：PMMA，200份，粒径为100微米；
增塑剂：石蜡，240份；
硬脂酸：30份；
将上述材料混合后进行球磨，球磨时间为4小时，球磨温度为60℃，得到陶瓷浆料；将陶瓷浆料放入注射成型机中注射成型得到陶瓷胚体，然后对陶瓷胚体进行低温排蜡，排蜡温度为300℃，排蜡时间为4小时；再对陶瓷胚体进行烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为3小时，得到多孔陶瓷体1，放置备用。测试得到多孔陶瓷体1的孔隙率为58％，孔径为33微米。
2、制备发热浆料，按以下配方配料：
超高纯晶须碳纳米管粉：25份，粒径为150纳米；
石墨粉：25份，目数为800-1250目；
第二金属粉：铜粉、铂粉、铝粉和银粉，共计15份，目数为330目；
第二粘结剂：硅溶胶，10份；
分散剂：多聚羧酸氨盐，3份；
消泡剂：聚二甲基硅氧烷，2份；
溶剂：松油醇，20份；
将上述材料充分混合后得到发热浆料，然后通过丝网印刷的方式将发热浆料印刷在多孔陶瓷体1的底面，在250℃空气气氛下烧结40分钟，从而在多孔陶瓷体1的底面形成面发热层2。
3、电极丝印：
在面发热层2上丝印市售的电极浆料，电极浆料例如为银浆、铝浆、铂浆等，然后进行烧结，从而在面发热层2上形成电极3。
本实施例中，多孔陶瓷体1底面的尺寸为2mm*5mm，面发热层2的厚度为40微米，面发热层2的电阻为1.0欧姆。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备多孔陶瓷体，所述多孔陶瓷体的组成成分包括主料、导热填料、第一粘结剂、造孔剂、增塑剂和硬脂酸；所述主料为硅藻土、氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅中的至少一种；所述导热填料为第一金属粉和碳粉中的至少一种，所述第一金属粉为铜粉、铂粉、铝粉和银粉中的至少一种，所述导热填料用于提高所述多孔陶瓷体的导热性能；所述多孔陶瓷体的各组成成分的重量份数分别为：所述主料为200-300份，所述导热填料为50-80份，所述第一粘结剂为200-250份，所述造孔剂为170-220份，所述增塑剂为240-330份，所述硬脂酸为30-40份；
制备发热浆料，所述发热浆料的组成成分包括晶须碳纳米管粉、石墨粉、第二金属粉、第二粘结剂、分散剂、消泡剂和溶剂；所述第二金属粉为铜粉、铂粉、铝粉和银粉中的至少一种；所述发热浆料的各组成成分的重量份数分别为：所述晶须碳纳米管粉为15-25份，所述石墨粉为20-40份，所述第二金属粉为10-15份，所述第二粘结剂为7-10份，所述分散剂为2-3份，所述消泡剂为1-2份，所述溶剂为15-25份；
将所述发热浆料印刷在所述多孔陶瓷体的表面，然后进行烧结得到多孔陶瓷发热结构；其中，所述多孔陶瓷体表面的发热浆料在烧结后形成面发热层。
2.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述第一粘结剂为玻璃粉，所述玻璃粉包括SiO2、Li2O、ZnO、BaO、K2O和Na2O中的至少一种；所述造孔剂为PMMA；所述增塑剂为石蜡和蜂蜡中的至少一种。
3.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述主料的目数为100-120目，所述导热填料的目数为200-300目，所述第一粘结剂的目数为100-120目，所述造孔剂的粒径为50-100微米。
4.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述多孔陶瓷体的制备过程包括以下步骤：
将所述主料、所述导热填料、所述第一粘结剂、所述造孔剂、所述增塑剂和所述硬脂酸混合后进行球磨得到陶瓷浆料，将所述陶瓷浆料放入注射成型机中注射成型得到陶瓷胚体，然后依次对所述陶瓷胚体进行排蜡和烧结，即可得到所述多孔陶瓷体。
5.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述第二粘结剂为硅溶胶；所述分散剂为多聚羧酸氨盐、BYK-431和BYK-163中的至少一种；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的至少一种；所述溶剂为松油醇、二乙二醇乙醚醋酸酯、N-甲基吡咯烷酮和正丁醇中的至少一种。
6.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述晶须碳纳米管粉的粒径为70-150纳米，所述石墨粉的目数为800-1250目，所述第二金属粉的目数为200-300目。
7.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述多孔陶瓷发热结构的制备方法还包括：
在所述多孔陶瓷体表面形成所述面发热层之后，在所述面发热层上印刷电极浆料，然后进行烧结；所述面发热层上的电极浆料在烧结后形成电极，所述电极与所述面发热层电连接。
8.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述多孔陶瓷体的孔隙率为50％-60％，所述多孔陶瓷体的孔隙孔径为20-35微米。
9.如权利要求1所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法，其特征在于，所述晶须碳纳米管粉为纯度大于或等于95％的超高纯晶须碳纳米管粉。
10.一种多孔陶瓷发热结构，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的多孔陶瓷发热结构的制备方法制作而成；所述多孔陶瓷发热结构包括多孔陶瓷体和面发热层，所述面发热层设置于所述多孔陶瓷体的表面上。
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