CN117223919A - 一种雾化芯、雾化芯的制备方法及电子烟 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雾化器技术领域，具体涉及一种雾化芯、雾化芯的制备方法及电子烟。本发明提供的雾化芯，包括玻璃基材和导电结构，所述玻璃基材开设有多个微孔，所述导电结构为导电涂层；所述导电涂层包括涂覆在所述玻璃基材表面的第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层，且第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层逐渐远离所述玻璃基材表面设置；所述第一层涂层为Cr涂层或Ni涂层，所述第二层涂层为Cu涂层，第三层涂层为Cr涂层或者W涂层。本发明提供的雾化芯上的涂层与玻璃基材结合良好，并通过设计多层复合涂层使得涂层具备一定的韧性并可以释放内应力，从而大幅提升雾化芯的热疲劳寿命，并且具有较高的发热效率。

Description

一种雾化芯、雾化芯的制备方法及电子烟

技术领域

本发明涉及雾化器技术领域，具体涉及一种雾化芯、雾化芯的制备方法及电子烟。

背景技术

电子烟通过雾化手段，将雾化介质变成蒸汽、供用户吸食。雾化芯是电子烟的核心部件，对电子烟的雾化口感、烟雾量等性能起到至关重要的作用。

目前，在多孔板材一表面上涂覆导电结构的雾化芯技术路线中，常用的多孔板材为陶瓷材质，但存在两个方面的问题：①制备的多孔陶瓷中孔隙率不一致，导致同一批次制成的雾化芯雾化效果相差比较大，使得最终的电子烟的产品一致性差；②制备多孔陶瓷时孔隙大小难以控制，在陶瓷体内部会存在较大的通孔，从而出现漏油的情况，严重影响电子烟产品品质和客户体验。

为了解决上述问题，采用玻璃材质来替代陶瓷材质，例如CN113141678A公开了一种发热体的制造方法，通过对玻璃基板后加工的方式形成多个具有毛细作用力的通孔，使得形成的发热体的孔隙率/孔径大小可精确控制，提升了产品的一致性。

但是选择玻璃作为基材时，其线性热膨胀系数与现有的单层片状铜基、镍基等金属材料形成的导电结构具有较大差异，存在温度变化剧烈使导电结构从基材剥离而失效的问题，使雾化芯难以达到预期使用寿命。此外，该类导电结构发热效率较低，烟雾量较小。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种雾化芯、雾化芯的制备方法及电子烟。其中雾化芯发热效率高、热疲劳寿命长，具体技术方案如下：

一种雾化芯，包括玻璃基材和导电结构，所述玻璃基材开设有多个微孔，所述导电结构为导电涂层；所述导电涂层包括涂覆在所述玻璃基材表面的第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层，且第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层逐渐远离所述玻璃基材表面设置；所述第一层涂层为Cr涂层或Ni涂层，所述第二层涂层为Cu涂层，所述第三层涂层为Cr涂层或W涂层。

具体的，所述第一层涂层的厚度为50nm-1μm，所述第二层涂层的厚度为200nm-2μm，所述第三层涂层的厚度为200nm-1μm；优选的，所述第一层涂层厚度为300nm-500nm，所述第二层涂层的厚度为500nm-1μm，所述第三层涂层的厚度为300nm-500nm。

具体的，所述导电涂层是通过磁控溅射将导电浆料沉积至所述玻璃基材表面。

具体的，所述导电结构为S型；根据需要，所述导电结构还可以设置为其他形状。

具体的，所述雾化芯还包括电极，所述导电结构和所述电极是一体成型的。

具体的，所述导电结构的宽度小于所述电极的宽度。

本发明还提供了一种雾化芯的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将玻璃基材与掩模板置于磁控溅射设备的真空腔室中，所述玻璃基材开设有多个微孔，然后通入惰性气体，打开Cr或Ni靶电源，设置放电电流，将Cr或Ni导电浆料沉积在所述玻璃基材一表面上，得到第一层涂层；

步骤2、关闭Cr或Ni靶电源，打开Cu 靶电源，设置放电电流，将Cu导电浆料沉积在所述第一层涂层上，得到第二层涂层；

步骤3、关闭Cu靶电源，打开Cr或W靶电源，设置放电电流，将Cr或W导电浆料沉积在所述第二层涂层上，得到第三层涂层；

步骤4、最后关闭Cr或W靶电源，停止通入惰性气体，冷却至室温后取出。

具体的，步骤1中所述掩模板有镂空结构，通过掩模板可以使所述导电结构具有某种形状，当掩模板镂空结构为S型，可以得到S型的导电结构。

具体的，步骤1中将所述玻璃基材与掩模板置于磁控溅射设备的真空腔室前，还包括对所述玻璃基材进行清洗处理和干燥的步骤。

具体的，步骤1中在将所述玻璃基材与掩模板置于磁控溅射设备的真空腔室后及通入保护气体前还包括：调整真空腔室真空度至10^-3pa量级后打开腔室加热系统加热至一定温度，再次调整真空腔室真空度，并利用射频等离子体对所述玻璃基材进行清洗。

具体的，在将所述玻璃基材与掩模板置于磁控溅射设备的真空腔室前对所述玻璃基材进行清洗的过程中，包括分别在乙醇和去离子水中超声处理。

具体的，所述再次调整真空腔室真空度至2×10^-3pa。

具体的，步骤1、步骤2及步骤3中放电电流设置为0.6A。

具体的，步骤1、步骤2和步骤3中所述沉积均是在300℃下完成。

具体的，所述第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层的厚度是通过控制沉积时间控制的。

本发明还提供了一种电子烟，包括上述雾化芯。

相比现有技术，本发明有益效果如下：

雾化芯的导电涂层采用了三层结构的复合涂层，并对涂层材质和顺序进行了设计：以Cr涂层或者Ni涂层作为第一层涂层，其既可以对第二铜涂层具有较好的粘合作用，又对玻璃基材具有较好化学亲和力，增强了膜基结合力；使用铜涂层作为第二层涂层，由于其延展性好，可以提升整体涂层的韧性，并在一定程度上释放整体涂层的内应力；第三层涂层为Cr涂层或W涂层，其一方面具有抗氧化性，可以作为整体涂层的保护层，另一方面它可以进一步保护第二层涂层由于高温、挤压等原因产生延展进而导致的层脱落和分离。

本发明的雾化芯中导电涂层与玻璃基材及各涂层间的结合强度均较高，导电涂层具有较长的使用寿命和较高的发热效率，从而大幅提升雾化芯的热疲劳寿命。本发明使用磁控溅射方法制备雾化芯，制备方法简单，制备效率较高。

附图说明

图1为本发明实施例的雾化芯的结构示意图；

图2为本发明实施例的雾化芯的结构俯视图。

附图说明：1.玻璃基材、2.第一层涂层、3.第二层涂层、4.第三层涂层、5.电极和6.导电结构。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请发明人在面对雾化芯中导电涂层由于温度剧烈变化而失效、热疲劳寿命不达标的问题时，巧妙地设计了一种三层结构的导电涂层，克服了上述技术问题，同时兼具高的发热效率。

具体来说，本申请的雾化芯包括玻璃基材1，其具有固定形状、形状在此不作限制。由于玻璃的成本相对较低、后处理加工相对容易，相比于多孔陶瓷，多孔玻璃的孔隙率/孔径的一致性好，因此以玻璃作为基材逐渐成为主流趋势。更优选的，相比于普通玻璃，玻璃基材1选择高硼硅玻璃，其具有更低的热膨胀系数和更高的融化温度，即使温度骤然变化，高硼硅玻璃也不易破碎。

玻璃基材1中开设有多个微孔，微孔的数量、微孔的排布或微孔的直径等可按需设置，其目的是为了引导烟油从玻璃基材1的一表面流向相对的导电结构6所在的另一表面，保证烟油供应及时充足的同时又避免漏油。

本申请中导电结构6为导电涂层，导电涂层包括涂覆在玻璃基材1表面的第一层涂层2、第二层涂层3和第三层涂层4，且第一层涂层2、第二层涂层3和第三层涂层4逐渐远离玻璃基材1表面设置。

第一层涂层2为Cr涂层或Ni涂层，其厚度可以设置为50nm-1μm，例如具体为50nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1μm。Cr或Ni涂层作为第一层涂层2，其既可以对后续第二铜涂层具有较好的粘合作用，又对玻璃基材1具有较好的化学亲和力，增强整体导电涂层对玻璃基材1的结合力。

第二层涂层3为Cu涂层，其厚度可以设置为200nm-2μm，例如具体为200nm、600nm、1000nm、1400nm、1800nm、2μm。铜涂层的延展性好，可以提升整体涂层的韧性并释放整体涂层的内应力，对提高整体涂层的热疲劳寿命起到关键性的作用。另外，铜涂层的导电性能好且具有相对于其它两层更厚的厚度，使整体涂层具有优异的发热效率。

第三层涂层4为Cr或W涂层，其厚度可以设置为200nm-1μm，例如具体为200nm、400nm、600nm、800nm、1μm。第三层涂层4为Cr或W涂层，其一方面具有抗氧化性，可以作为整体涂层的保护层，另一方面它可以进一步保护第二层涂层3由于高温、挤压等原因产生延展进而导致的层脱落和分离。

导电结构6可以设置为S型，根据需要其可以设置为其他形状。

本申请的雾化芯还包括电极5，电极5设置在雾化芯的表面且电极5连通导电结构6和电源；可以理解的，电极5分别位于导电结构6的两端，同时电极5可以与导电结构6一体成型，即电极5与导电结构6的组分和结构相同、一起制备完成。为了获得更好的导电效果，电极5的宽度优选大于导电结构6的宽度。

本发明实施例提供了一种雾化芯的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将预先准备好的玻璃基材与掩模板置于磁控溅射设备的真空腔室中，玻璃基材开设有多个微孔，然后通入惰性气体（例如氮气、氩气或氦气），打开Cr或Ni靶电源，设置放电电流，将Cr或Ni导电浆料沉积在玻璃基材上，得到第一层涂层；

需要说明的是，在步骤1中掩膜版已根据导电结构的形状预先设置成相对应的镂空结构。更优选的，在放入磁控溅射设备的真空腔室前可对玻璃基材表面分别进行乙醇和去离子水的超声处理。具体的磁控溅射过程中，优选调整真空腔室真空度至10^-3pa量级后打开腔室加热系统加热至300℃，再次调整真空腔室真空度为2×10^-3pa，利用射频等离子体对玻璃基材表面进行清洗。

步骤2、关闭Cr或Ni靶电源，打开Cu靶电源，设置放电电流，将Cu导电浆料沉积在第一层涂层上，得到第二层涂层；

步骤3、关闭Cu靶电源，打开Cr或W靶电源，设置放电电流，将Cr或W导电浆料沉积在第二层涂层上，得到第三层涂层；

步骤4、最后关闭Cr或W靶电源，停止通入惰性气体，冷却至室温后取出。

上述步骤1、步骤2及步骤3中放电电流设置为0.6A。

作为一种实施方式，步骤1中打开Cr靶电源，对应得到的第一层涂层为Cr涂层；作为另一种实施方式，步骤1中打开Ni靶电源，对应得到的第一层涂层为Ni涂层。具体的，第一层涂层作为底层、和玻璃基材具有较强的结合强度。

作为一种实施方式，步骤2中使用Cu靶电源，得到第二层涂层为Cu涂层，由于其延展性好，可以提升整体涂层的韧性，并在一定程度上释放整体涂层的内应力。

作为一种实施方式，步骤3中打开Cr靶电源，对应得到的第三层涂层为Cr涂层；作为另一种实施方式，步骤3中打开W靶电源，对应得到的第三层涂层为W涂层。具体的，第三层涂层一方面具有抗氧化性，可以作为整体涂层的保护层，另一方面它可以进一步保护第二层涂层由于高温、挤压等原因产生延展进而导致的层脱落和分离。

具体的，本发明实施例通过分别控制步骤1、步骤2和步骤3中沉积的时间，可以分别控制第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层的厚度，通常情况下，沉积时间越长所得涂层的厚度越大。具体的，第一层涂层的厚度为50nm-1μm，第二层涂层的厚度为200nm-2μm，第三层涂层的厚度为200nm-1μm；优选的，第一层涂层厚度为300nm-500nm，第二层涂层的厚度为500nm-1μm，第三层涂层的厚度为300nm-500nm。通过控制导电涂层中每层涂层的厚度，使各涂层互相配合，最终所得导电涂层与玻璃基材及各涂层间的结合强度均较高，导电涂层具有较长的使用寿命、同时兼具了较高的发热效率。

以下通过具体实施例和对比例对本申请做进一步的说明，以下实施例均提供一种雾化芯。

实施例1

本实施例提供一种雾化芯，如图1-2，包括高硼硅玻璃基材1和导电结构6，导电结构6为导电涂层；导电涂层包括涂覆在高硼硅玻璃基材1表面的第一层涂层2、第二层涂层3和第三层涂层4，且第一层涂层2、第二层涂层3和第三层涂层4逐渐远离高硼硅玻璃基材1表面设置；第一层涂层2为Cr涂层、第二层涂层3为Cu涂层、第三层涂层4为Cr涂层。第一层涂层2的厚度为500nm，第二层涂层3的厚度为1μm，第三层涂层4的厚度为500nm。导电结构6为S型，导电结构6和电极5是一体成型的，导电结构6的宽度小于电极5的宽度。

实施例2

与实施例1的区别在于，第一层涂层2为Ni涂层，其余特征均与实施例1相同。

实施例3

与实施例2的区别在于，第三层涂层4为W涂层，其余特征均与实施例2相同。

实施例4

与实施例1的区别在于，第三层涂层4为W涂层，其余特征均与实施例1相同。

实施例5

与实施例1的区别在于，第一层涂层2的厚度为50nm，其余特征均与实施例1相同。

实施例6

与实施例1的区别在于，第一层涂层2的厚度为1.0μm，其余特征均与实施例1相同。

实施例7

与实施例1的区别在于，第二层涂层3的厚度为200nm，其余特征均与实施例1相同。

实施例8

与实施例1的区别在于，第二层涂层3的厚度为2μm，其余特征均与实施例1相同。

实施例9

与实施例1的区别在于，第三层涂层4的厚度为200nm，其余特征均与实施例1相同。

实施例10

与实施例1的区别在于，第三层涂层4的厚度为1μm，其余特征均与实施例1相同。

对比例1

与实施例1的区别在于，本对比例中第一层涂层2为Cu涂层、第二层涂层3为Cr涂层、第三层涂层4为W涂层，其余特征均与实施例1相同。

对比例2

与实施例1的区别在于，本对比例中仅设置1层涂层，该涂层为Cr涂层，其厚度为2.1μm。

对比例3

与实施例1的区别在于，本对比例中第一层涂层2的厚度为1.1μm，第三层涂层4的厚度为100nm，其余特征均与实施例1相同。

干烧次数测试：采用标准电源进行测试，恒定输出功率为6.5w，通电3s，再断电自然冷却10s，即为干烧1次，重复以上过程进行通断电测试，至导电结构与玻璃基材出现明显剥离或导电结构断裂失效即停止，此时的次数为干烧次数。取20个样品进行测试，分别记录样品的干烧测试，20个样品干烧次数的平均数为该方案的平均干烧次数。

通过将导电涂层与玻璃基材制作成标准样在万能材料试验机上测试导电涂层与玻璃基材及导电涂层层间的结合力。在电阻测试仪上测试电阻。

将实施例和对比例中制备的雾化芯组装为电子烟，除雾化芯不同外，其余部件均相同，制备的各电子烟雾化芯配合储油棉能够吸取0.3g左右烟油。将其连接至3.7V的电源进行烟油的雾化，在加热至300℃后，雾化3s后，检测烟油的消耗量。

下表为上述实施例和对比例依照所述测试方法得到的测试结果：

测试项	电阻/Ω	烟油消耗量/g	结合力/N	平均干烧次数	抽吸口数/口
						实施例1	0.32	0.3	35	100次剥离	1000
实施例2	0.35	0.28	32	80次剥离	800
						实施例3	0.29	0.25	28	65次剥离	650
实施例4	0.31	0.27	31	77次剥离	770
						实施例5	0.47	0.25	33	90次剥离	900
实施例6	0.28	0.27	29	83次剥离	830
						实施例7	0.49	0.27	32	88次剥离	880
实施例8	0.26	0.3	35	100次剥离	1000
						实施例9	0.37	0.28	35	90次剥离	900
实施例10	0.29	0.27	33	87次剥离	870
						对比例1	0.33	0.19	22	17次剥离	170
对比例2	5.10	0.12	18	12次剥离	120
						对比例3	0.31	0.22	23	66次剥离	660

由各实施例和对比例的测试结果可以看出，本发明实施例提供的雾化芯发热效果较好，产生的烟雾量充足（即烟油消耗量大），与玻璃基材具有较好的结合强度及层间结合较好，并且使用寿命较长。

对比例1虽然与实施例中使用的导电涂层的层数、种类相同，但是由于其各涂层材料设计不合理，使得其与玻璃基材及其层间的结合力均显著下降。对比例2仅设置单层涂层，在结合力测试时，在18N下，单层涂层就与玻璃基材分离；干烧测试实验时，仅干烧12次，单层涂层就与玻璃基材分离，这是由于单独Cr涂层厚度超过2μm，膜层内部聚集了一定的内应力无法释放，且膜层韧性较差。对比例3中导电涂层和总体厚度设计与实施例1相同，但其第一和第三层涂层厚度均在所给范围外，这导致各层不能较好配合，层间结合力较差。

显然，上述实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种雾化芯，包括玻璃基材和导电结构，其特征在于，所述玻璃基材开设有多个微孔，所述导电结构为导电涂层；所述导电涂层包括涂覆在所述玻璃基材表面的第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层，且第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层逐渐远离所述玻璃基材表面设置；所述第一层涂层为Cr涂层或Ni涂层，所述第二层涂层为Cu涂层，所述第三层涂层为Cr涂层或W涂层。

2.如权利要求1所述的雾化芯，其特征在于，所述第一层涂层的厚度为50nm-1μm，所述第二层涂层的厚度为200nm-2μm，所述第三层涂层的厚度为200nm-1μm。

3.如权利要求1所述的雾化芯，其特征在于，所述导电涂层是通过磁控溅射将导电浆料沉积至所述玻璃基材表面。

4.如权利要求1-3任一项所述的雾化芯，其特征在于，所述导电结构为S型。

5.如权利要求1-3任一项所述的雾化芯，其特征在于，所述雾化芯还包括电极，所述导电结构和所述电极是一体成型的。

6.如权利要求5所述的雾化芯，其特征在于，所述导电结构的宽度小于所述电极的宽度。

7.一种雾化芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将玻璃基材与掩模板置于磁控溅射设备的真空腔室中，所述玻璃基材开设有多个微孔，然后通入惰性气体，打开Cr或Ni靶电源，设置放电电流，将Cr或Ni导电浆料沉积在所述玻璃基材一表面上，得到第一层涂层；

步骤2、关闭Cr或Ni靶电源，打开Cu 靶电源，设置放电电流，将Cu导电浆料沉积在所述第一层涂层上，得到第二层涂层；

步骤3、关闭Cu靶电源，打开Cr或W靶电源，设置放电电流，将Cr或W导电浆料沉积在所述第二层涂层上，得到第三层涂层；

步骤4、最后关闭Cr或W靶电源，停止通入惰性气体，冷却至室温后取出。

8.如权利要求7所述的雾化芯的制备方法，其特征在于，所述步骤1中将所述玻璃基材置于磁控溅射设备的真空腔室前，还包括对所述玻璃基材进行清洗处理和干燥的步骤。

9.如权利要求7所述的雾化芯的制备方法，其特征在于，步骤1中在将所述玻璃基材置于磁控溅射设备的真空腔室后及通入惰性气体前还包括：调整真空腔室真空度至10^-3pa量级后打开腔室加热系统加热至一定温度，再次调整真空腔室真空度，并利用射频等离子体对所述玻璃基材进行清洗。

10.一种电子烟，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述雾化芯。