CN1220570A - 绝缘基材表面改性的面电热元件的制造方法、 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘基材表面改性的面电热元件的制造方法,包括制备表面改性溶液,清洗净化干燥基材,预热基材,表面改性,降温热老化,涂刷银浆制作电极,热件电老化定型,其特征是,表面改性溶液的配方以四氯化锡80－94%,二氯化镉3－6%为主料,三氯化铋为搀杂材料,硼酸为修补金属氧化物半导体膜,四氯化锆为提高居里点和热稳定性。优点是:使用温区宽;能辐射对人体有益的远红外波。适用于制成电热保健用品及各种电热器件。

Description

绝缘基材表面改性的面电热元件的制造方法
本发明属于以材料成分或材料性质为特征的欧姆电阻发热元件，特别涉及一种在绝缘耐热基材上掺杂一层致密的金属氧化物半导体材料形成表面改性的面电热元件的制造方法．
近年，电热膜技术有较大发展，电热膜元件的制造方法是采用热解喷涂法，即是将成膜溶液载气喷涂到加热的绝缘基材氛围中，成膜溶液经热分解渗镀在绝缘基材上，生成电热膜．如中国专利“88100015.9大功率电热转换体及其处理技术”即是将四氯化锡溶于乙醇中，作为形成二氧化锡电热膜的基本成分，以三氯化锑溶于乙醇作为还原剂，使其游离在高温空气中，分解还原为二氧化锡、氧化锡、锡的混合物，渗镀到净化干燥的绝缘基材表面，形成二氧化锡电热膜.但是，由于对金属氧化物晶体在高温中的稳定性筛选不足，因此电热膜的适用温区较窄，性能不够稳定，产品性能的一致性和可靠性难以量化保障．
本发明的目的在于克服上述技术的不足，根据半导体载流子形成的机理，筛选适当的元素或化合物制作成表面改性溶液，通过一定的工艺和设备，大批量地将耐高温绝缘基材表面改性为适用温区宽，性能稳定，高效节能的面电热元件．
本发明的绝缘基材表面改性的面电热元件的制造方法是：制备表面改性溶液，清洗净化干燥基材，预热基材，表面改性，降温热老化，涂刷银浆制作电极，热件电老化定型，
所述的表面改性溶液的配方组分和重量百分比：
四氯化锡(SnCl4)           80-94％
二氯化镉(CdCl2·2.5H2O)  3-6％
二氯化镍(NiCl2·6H2O)    0-2％
氢氧化钾(KOH)               0-2％
三氯化铋(BiCl3)           0-2％为搀杂材料
硼酸(H3BO3)              0.1-2％为修补金属氧化物半导体膜
四氯化锆(ZrCl4)           0-2％为提高居里点和热稳定性
阻值与温度系数调整剂       0.1-6％
配制过程是，按配方称取各组分，加入无水乙醇，常温下搅拌溶解，得到淡绿色透明表面改性溶液，存放在0-8℃的冷柜中备用；
所述的清洗净化干燥基材是，对于碳化硅、玻璃、陶瓷基材，浸泡在自来水中，去除油污，用自来水漂洗洁净，擦去水痕，置于干燥箱内于100-150℃烘干；对于云母板基材，擦除灰尘，置于干燥箱内于150-200℃烘干至发出清脆声为合格；
所述的预热载气喷渗，是将基材预热，升温至500-600℃时，送入恒温550-750℃的表面改性室，将表面改件溶液定量雾化喷入表面改性室，气相下进行化学反应，生成导电金属氧化物晶粒渗入基材表面晶格中掺杂，使绝缘基材表面改性，逐步降温老化至80℃以下，形成面电热材料层；
涂刷银浆，烘干，再送入还原炉，在300-800℃下还原20-30分钟，机械联接引出电极线；
将热件通电老化，晶格重排，定型为面电热元件。
本发明的优点是：所制备的面电热元件在480℃下无明火，泼上酸、碱溶液不腐蚀，洒上冷水不炸裂；绝缘保护好电极部位，直接放入水中加热不损坏；使用温区宽，从负温到正温800℃；寿命长，在500-550℃下连续通电7000小时，功率略有衰减；能辐射对人体有益的远红外波。与现有技术相比，无需在超净条件下清洗基材，磁控溅射或真空蒸镀；根据载流子形成机理和金属氧化物晶体在高温中的稳定顺序所筛选的禁带宽度不同的元素化合物，表面改性后的导电发热层在不同温度下均能产生与之相适应的载流子。因而拓宽并提高了电热元件的适用温区，增强了高温区使用的稳定性；经国家红外产品质检中心检测，在不同温度下均能发射出对人体有益的波长在2.5-13.5微米的红外波。适用于制成远红外电热保健用品，或制成电热玻璃器皿，陶瓷电热管，碳化硅电加热板，云母电加热板等电热元、器件。
实施例：
取表面改性溶液的配方组分和重量百分比：
四氯化锡(SnCl4)            85-91％
二氯化镉(CdCl2·2.5H2O)  4-6％
二氯化镍(NiCl2·6H2O)    0.1-1.0％
氢氧化钾(KOH)               0.5-1.5％
三氯化铋(BiCl3)           0.1-0.5％为搀杂材料
硼酸(H3BO3)              0.5-1.5％为修补金属氧化物半导体膜
四氯化锆(ZrCl4)           0.1-0.5％为提高居里点和热稳定性
阻值与温度系数调整剂       1-4％
配制步骤是，按配方称取各组分，加入无水乙醇，常温下搅拌溶解，得到淡绿色透明表面改性溶液，存放在0-8℃的冷柜中；
清洗净化干燥基材是，对于碳化硅、玻璃、陶瓷基材，浸泡在自来水中，去除油污，漂洗洁净，擦去水痕，置于干燥箱内于1008-150℃烘干；对于云母板基材，擦除灰尘，置于干燥箱内于150-200℃烘干至发出清脆声为合格；
预热载气喷渗方法为；采用全自动生产设备的连续生产窑炉。窑炉温区分为预热加温段，表面改性室，降温热老化段，由轨道推板传送基材。由自动喷射系统载气喷射溶液。具体流程是，将净化、干燥的耐高温绝缘基材，装上工具夹，置放在自动生产设备的外轨道推板上，液压传动送入窑炉预热加温段，当升温至500-600℃时，工件进入恒温的表面改性室，表面改性室两侧的4个喷射窗口自动打开，根据负压喷射原理，由无油、水、杂质的压缩空气在枪口喷出形成负压，带动枪罐内的表面改性溶液定量雾化喷入表面改性室，在气相下进行化学反应，保温10-15分钟，所生成的导电金属氧化物晶粒渗入基体表面晶格中掺杂，使绝缘基体表面改性，得到透明或浅灰至深灰的面电热元件；在自动生产设备的降温热老化段内逐级降温，完成不同温场下晶格有序化程序，待降到80℃以下时，工件运行到外轨道上，卸下工夹具，按阻值大小和均匀性初检分类；
涂刷银浆制极：将初检分类的工件，按使用要求涂刷银浆，于100-200℃下烘干后，集中送入还原炉，于300-800℃下还原20-30分钟；用机械连接方式引出电源线；
电老化处理：将制好电极的热件，装卡在老化台上，根据使用要求分档进行电老化，220V电压分档50V、100V、150V、200V、240V；380V电压分档100V、200V、300V、400V；每档老化时间，视使用温度而定，100-150℃使用，每档老化5-10分钟；150-300℃使用，每档老化10-15分钟；300-450℃使用，每档老化15-20分钟；450℃以上使用，每档老化20-30分钟，以利晶格重排有序。经过热、电老化后，便得到性能较为稳定的表面改性面电热元件。

Claims (3)

1、一种绝缘基材表面改性的面电热元件的制造方法，其工艺过程包括：制备表面改性溶液，清洗净化干燥基材，预热基材，表面改性，降温热老化，涂刷银浆制作电极，热件电老化定型，其特征是：
所述的表面改性溶液的组分和重量百分比为：
四氯化锡(SnCl4)         80-94％
二氯化镉(CdCl2·2.5H20)3-6％
二氯化镍(NiCl2·6H2O)  0-2％
氢氧化钾(KOH)            0-2％
三氯化铋(BiCl3)         0-2％为搀杂材料
硼酸(H3BO3)            0.1-2％修补金属氧化物半导体膜
四氯化锆(ZrCl4)         0-2％提高居里点和热稳定性
阻值与温度系数调整剂      0.1-6％
配制过程是，按配方称取各组分，加入无水乙醇，常温下搅拌溶解，得到淡绿色透明表面改性溶液，存放在0—8℃的冷柜中备用。
2、如权利要求1所述的基材表面改性的面电热元件的制造方法，其特征是，所述的清洗净化基材是，去除基材上的油污，用自来水擦洗洁净，置于干燥箱内于100-150℃烘干。
3、如权利要求1所述的基材表面改性的面电热元件的制造方法，其特征是，所述的预热载气喷渗，是将基材预热，升温至500-600℃时，送入恒温间，将表面改性溶液定量雾化喷入，在气相下进行化学反应，使导电金属氧化物晶粒渗入基材表面晶格中掺杂，使绝缘基材表面改性，逐步降温至80℃以下，形成面电热材料层，制极，分档电老化，定型为面电热元件。
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