CN115315031A - 一种发热体制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电热技术领域，公开了一种发热体制备方法及其应用，其中发热体制备方法包括以下步骤：提供基材，所述基材为石墨烯薄片、不锈钢薄片或镍铬合金薄片；将所述基材制备成发热电阻体；将所述发热电阻体设置在衬底上；所述衬底为陶瓷或不锈钢，将所述基材通过热等静压等工艺方式沉积到所属衬底上得到预制的发热体。本发明实施例制备出的发热电阻体材料方阻固定，可根据需要灵活设定和选取材料厚度和长宽比(方数)控制发热体对电阻值，解决了行业内印刷电阻阻值离散度大、一致性不佳、材料温度系数过高和功率密度不足等问题。
Description
技术领域
本发明涉及发热体技术领域，特别是涉及一种发热体制备方法及其应用。
背景技术
在现有技术中，厚膜加热元件的发热电阻层，通常采用丝网印刷方式沉积所需要的材料和图形结构，电阻层一般采用钼锰、钨、银钯或者金属钌系电阻浆料，通过高精度精密丝网印刷而成。在精密丝网上事先设置好所需要图形和结构，通过印刷转印方法，使所需要的图形和材料附着、沉积在基材上，通过厚膜工艺烘干、烧结成型，形成稳定的加热功能层。
中国专利发明申请202110182111.9公开了一种适用于电子烟应用场合的利用热冲压技术成型装置及其发热体，发热体采用蚀刻技术事先蚀刻成型，并且在发热体表面喷涂绝缘材料实现绝缘隔离，通过组装及激光焊接技术形成一个应用于电子烟领域的的发热器模块，该技术的主要缺点是发热体功率较小，只能适合小功率应用，难于制备高可靠性、高强度、大功率应用的加热体，存在天然的技术不足和缺陷，产品应用场景也仅仅局限于电子烟领域。
在现有常规技术中，加热元件的发热电阻层通过厚膜精密丝网印制而成，此种丝网印刷技术实现图形转印，存在显著的技术缺陷：
(1)印刷电阻受电子浆料、制造工艺、环境、烧结条件等因素影响，电阻离散度大，一致性不佳；
(2)对丝印精度要求较高，需要较为严格的印刷条件；
(3)电阻材料制备困难，电阻浆料受材料方阻、温度系数、功率密度等参数制约，存在制备困难问题；
(4)成本较高，电阻材料通常采用贵金属银钯、钼锰或者金属钌系金属粉末等混合稀土金属、无机粘结剂等材料组成，存在制备成本高问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种发热体制备方法及其应用，用以解决现有印刷电阻受电子浆料、制造工艺、环境、烧结条件等因素影响，电阻离散度大，一致性不佳的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发热体制备方法，其包括以下步骤：
提供基材，所述基材为石墨烯薄片、不锈钢薄片或镍铬合金薄片；
将所述基材制备成发热电阻体；
制备衬底，将所述基材通过热等静压沉积到所属衬底上，得到预制的发热体；
所述预制发热体经过丝印工艺沉积绝缘层，得到所述发热体。
可选的，所述衬底为陶瓷或不锈钢；衬底采用不锈钢等金属材质时，需要在衬底上沉积绝缘层。
可选的，所述发热电阻体通过粘合剂设置在衬底上，所述粘接剂优选玻璃粘合剂。
可选的，所述预制发热体经过热等静压得到发热体包括：对经过热等静压得到发热体经过热等静压得到发热体，需要对热电路回路结构进行预先设计和钝化处理。
可选的，所述发热电阻体为梳状或盘状蛇状结构。
可选的，所述将所述基材制备成发热电阻体包括：通过脉冲激光光刻工艺、化学蚀刻工艺或模具冲压成型工艺制备发热电阻体。
可选的，所述化学蚀刻工艺包括：
步骤一：在基材上设置感光胶；
步骤二：将感光胶根据依次通过曝光、显影、刻蚀，形成预制图案；
步骤三：使用碱性溶液和清水清洗预制图案表面，烘干处理得到发热电阻体。
可选的，所述冲压成型工艺包括：将需要进行冲压的基材利用冲压模具一次冲压成型，得到所需要发热电阻体。
本发明另一方面提供了本发明第一方面所述的方法制得的发热体在厚膜加热元件的应用。
本发明实施例一种发热体制备方法及其应用与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例制备出的发热电阻体材料方阻固定，可根据需要设定合适的材料厚度和长宽比(方数)控制电阻值，解决了行业内印刷电阻阻值离散度大、一致性不佳、材料温度系数过高和功率密度不足等问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种发热体制备方法的示意性流程图；
图2是本发明实施例中发热体的结构示意图。
图中，1、发热体。
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。
首先，需要说明的是，在本文中所提到的顶部、底部、朝上、朝下等方位是相对于各个附图中的方向来定义的，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而改变。所以，不应将这些或其他方位用于理解为限制性用语。
应注意，术语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且“一”或“一个”并不排除复数。
此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本申请的其他实施例。
另外还应当理解的是，本文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
应当注意的是，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的组件。
如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种发热体1制备方法，其包括以下步骤：
步骤101，提供基材，所述基材为石墨烯薄片、不锈钢薄片或镍铬合金薄片。
本发明中石墨烯薄片、不锈钢薄片或镍铬合金薄片通常被设置成薄膜状结构，通过一定的厚度控制材料的电阻，并且为了达到特定的工作温度和工作功率，根据需要通常通过选择材料的电阻率、厚度和方阻方式实现电阻值的精准命中控制。
步骤201，将所述基材制备成发热电阻体。
其中，制备发热电阻体的方式可以有三种，所述将所述基材制备成发热电阻体包括：通过脉冲激光光刻工艺、化学蚀刻工艺或模具冲压成型工艺制备发热电阻体。
下面以化学蚀刻工艺为例展开说明，所述化学蚀刻工艺包括：
步骤一：在基材上涂覆感光胶。
步骤二：将感光胶根据依次通过曝光、显影、刻蚀，形成预制图案。
步骤二具体为：将感光胶根据所需要的图形进行曝光，曝光后进行显影处理，显影后在材料表面制备出防腐蚀层，然后将石墨烯、不锈钢或镍铬合金材料置于酸性刻蚀液中进行刻蚀，形成预制图案。
步骤三：使用碱性溶液和清水清洗预制图案表面，烘干处理得到发热电阻体。
下面以冲压成型工艺为例展开说明，所述化学蚀刻工艺包括：
步骤一：将需要进行冲压的基材利用冲压模具一次冲压成型，得到所需要发热电阻体。
其中，通过脉冲激光光刻工艺、化学蚀刻工艺或模具冲压成型工艺制备发热电阻体具有稳定的电阻值和精度，不受丝印加工工艺、环境、烧结条件等因素影响，电阻一致性好，离散度小，并且具有产品良品率高突出优势。制备出的发热电阻体材料方阻固定，可根据需要设定合适的材料厚度和长宽比(方数)控制电阻值，解决了行业内印刷电阻阻值控制不便、材料温度系数过高、功率密度不足等问题。
而由于石墨烯、不锈钢或镍铬合金材料等为较为廉价的原材料，使本工艺制备发热体1具有成本低廉等突出优点。
为了倍化发热电阻体的电阻值，所述发热电阻体为梳状或盘状蛇状结构。
步骤301，制备衬底，将所述基材通过热等静压沉积到所属衬底上，得到预制的发热体。所述发热电阻体通过粘合剂设置在衬底上。
步骤302，将所述发热电阻体通过粘合剂设置在衬底上，所述粘接剂优选玻璃粘合剂。
具体地，所述粘接剂为玻璃粘合剂。
步骤401，所述预制发热体经过热等静压得到预制发热体。
所述预制发热体经过热等静压得到发热体1包括：对经过热等静压得到发热体，需要对发热体回路结构进行预先设计和钝化处理。，钝化处理一般采用高速喷砂工艺对发热体表面进行修饰，再通过高温等离子清洗工艺处理发热体表面，得到预制对发热体。为了对发热体进行充分有效的保护，还需要在得到的发热体表面进行丝印高温玻璃处理，高温玻璃可以保护发热体在高温工作时尽可能少接触空气，避免加热元件在工作时产生氧化、老化、功率衰减等影响寿命的情况。
其中，石墨烯是一种碳基发热导热材料，具有良好的可塑性、耐高温性和热导率，即使工作在1000度左右，碳基石墨烯仍然具有良好的工作工况，这是因为石墨烯载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，在碰到杂质时不会产生背散射，因此石墨烯具有超强导电性以及较高载流子迁移率，因此，石墨烯可以用来被加工良好的发热效果的发热丝。
采用上述工艺方法所得到的石墨烯电阻丝及其发热元件，是本发明要保护的核心关键技术。
本发明第二方面提供了本发明第一方面所述的方法制得的发热体1在厚膜加热元件的应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种发热体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基材，所述基材为石墨烯薄片、不锈钢薄片或镍铬合金薄片；
将所述基材制备成发热电阻体；
制备衬底，将所述基材通过热等静压沉积到所属衬底上，得到预制的发热体；
所述预制发热体经过丝印工艺沉积绝缘层，得到所述发热体。
2.根据权利要求1所述的发热体制备方法，其特征在于，所述衬底为陶瓷或不锈钢；衬底采用不锈钢时，需要在衬底上沉积绝缘层。
3.根据权利要求1所述的发热体制备方法，其特征在于，所述发热电阻体通过粘合剂设置在衬底上，所述粘接剂优选玻璃粘合剂。
4.根据权利要求1所述的发热体制备方法，其特征在于，所述预制发热体经过热等静压得到发热体，需要对热电路回路结构进行预先设计和钝化处理。
5.根据权利要求1所述的发热体制备方法，其特征在于，所述发热电阻体为梳状或盘状蛇状结构。
6.根据权利要求1所述的发热体制备方法，其特征在于，所述将所述基材制备成发热电阻体包括：通过脉冲激光光刻工艺、化学蚀刻工艺或模具冲压成型工艺制备发热电阻体。
7.根据权利要求6所述的发热体制备方法，其特征在于，所述化学蚀刻工艺包括：
步骤一：在基材上设置感光胶；
步骤二：将感光胶根据依次通过曝光、显影、刻蚀，形成预制图案；
步骤三：使用碱性溶液和清水清洗预制图案表面，烘干处理得到发热电阻体。
8.根据权利要求6所述的发热体制备方法，其特征在于，所述冲压成型工艺包括：将需要进行冲压的基材利用冲压模具一次冲压成型，得到所需要发热电阻体。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法制得的发热体在厚膜加热元件的应用。
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