CN1269384C - 陶瓷加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械强度增加，抗热震性改善的陶瓷基体，将氮化铝，氮化硅，或碳化硅用作形成该陶瓷基体的主要成分，同时掺入合适的添加剂，以便控制其导热率以及使从加热元件到电极处的温度梯度变得松散，以向该陶瓷基体提供能够防止加热元件的电极和供给部件的连接件之间的接触件氧化的尺寸效应。在陶瓷基体表面上形成电极和加热元件的陶瓷加热器中，应满足A/B≥20的条件，假设A代表从加热元件(2)的电路和电极(3)之间的接触件到陶瓷基体(1a)紧靠电极(3)一端的距离，而B代表陶瓷基体(1a)的厚度，并且陶瓷基体(1a)的导热率被调整到30-80W/m.K。
Description
本发明涉及一种在陶瓷基体(以下简称为基体)上形成一个加热元件的陶瓷加热器，更具体地说，本发明涉及一种适用于电设备或电子装置的陶瓷加热器。
通常，具有优异绝缘性和在加热器电路设计方面具有高度随意性的陶瓷被用作各种加热器的基体。特别是，广泛使用具有较高机械性能的氧化铝烧结体陶瓷材料，其导热率可达到30W/m.K，因此，其具有较优异的热导性和热震性，并且能以较低的成本获得。然而，当将氧化铝烧结体用于基体时，基体不能承受加热元件温度剧烈的变化，并由于热震而导致破损。
JP(延迟公开)4324276(1992)公开了一种使用导热率至少为160W/m.K的氮化铝的陶瓷加热器。导热率达到这种程度的基体温度的剧烈变化不同于氧化铝基体，其不会由于温度剧烈变化而破损。该文献描述通过叠加大约4层氮化铝，并在各层中形成不同形状的加热元件，同时使电极基本上位于基体中央以确保在陶瓷加热器中温度分布均匀，从而保证了整个加热器的均匀加热性。
JP(延迟公开)9197861(1997)公开了将氮化铝用于定影设备加热器基体的内容。按照该现有技术，通过使氮化铝的平均粒径不大于6.0微米，并最好混有烧结助剂，以及在不高于1800℃下，优选在不高于1700℃下烧结，可获得导热率至少为50W/m.K，优选至少为200W/m.K的基体。该文献描述将此具有优异导热性的基体用于定影设备加热器中时，可有效地将加热元件的热转移到纸上或调色剂上，并改善定影速度。
另外，JP(延迟公开)1195583(1999)公开了将氮化硅用作定影设备加热器的基体的内容。该现有技术通过使用强度较高的氮化硅减少了基体自身的厚度，氮化硅的抗弯强度为490-980N/mm2，而导热率至少为80W/m.K，并且热载量降低导致能量消耗降低。该文献描述氮化硅导热率比氮化铝低。因此，加热元件的热不容易转移到供给部件的连接器中，但由于避免了无法接触的情况而能够防止加热元件的电极氧化。
当基体的导热率增加时，热向加热部件以外的部件中扩散的数量也在增加，尽管加热部件的热扩散效率得到改善，但其却导致能量消耗增加。为了防止加热元件的电极和供给部件的连接器之间的接触件氧化，有效的做法是使基体周围的均匀加热性能优异，而使加热元件电极周围的温度低于加热元件区域至少百分之几。
本发明的目的是提供一种基体机械强度增加和抗热震性改善的陶瓷加热器。
本发明的另一目的是提供一种基体导热率可控，而加热元件和电极之间的温度梯度松散，从而防止加热元件的电极和供给部件的连接器之间的接触件氧化的陶瓷加热器。
在本发明的陶瓷加热器中，在其表面上装配有电极和加热元件的陶瓷基体成型时，形状要满足A/B≥20的规定，假定A代表从加热元件和电极之间的接触件到紧靠电极的基体端点的距离，而B代表基体厚度，将基体的导热率调整为30-80W/m.K。
形成基体的主要成分是氮化铝，氮化硅或碳化硅，并向其中加入不论是否存在烧结助剂都用于调整导热率的导热率不大于50W/m.K的辅助成分。
如果陶瓷的主要成分是氮化铝，向100重量份氮化铝中加入5-100重量份氧化铝，1-20重量份硅和/或硅化合物(按二氧化硅计)，或5-100重量份锆和/或锆化合物(以二氧化锆计)，以便调整其导热率。
为了获得具有较高机械强度的陶瓷烧结体，加入1-10重量份(相对于100重量份氮化铝)周期表中的碱土金属元素和/或稀土金属元素作为烧结助剂。优选地将钙(Ca)选作周期表中的碱土金属元素，同时优选地将钕(Nd)或镱(Yb)作为元素周期表中的稀土金属元素。
用于本发明陶瓷加热器基体的材料优选地由氮化铝(AIN)，氮化硅(Si3N4)或碳化硅(SiC)组成。通过将这样的陶瓷材料粉末与不超过百分之几的合适烧结助剂一起烧结可获得导热率超过100W/m.K的基体，通过向粉末中加入导热率不超过50W/m.K的辅助成分可将基体的导热率减少至30-80W/m.K。
如果基体的导热率低于30W/m.K，由于加热元件聚集能量而使加热元件的温度突然增加，从而产生热震，进而导致基体自身被迫破损的可能性较高。如果基体的导热率高于80W/m.K，加热元件的热量向整个基体扩散，从而致使向加热部件以外的其它部件扩散的热数量被迫增加，同时，尽管均匀加热性是优异的，但能量消耗却增加了。
当将氧化铝(Al2O3)加入到氮化铝(AlN)中时，相对于100重量份数的后者，优选地加入5-100重量份数的前者。所加入的氧化铝中的氧固溶到烧结体中的氮化铝中，由此减少了导热率。同时在氮化铝晶界处存在着自身导热率大约为20W/m.K的氧化铝，从而有效地减少了陶瓷烧结体的导热率。如果氧化铝的含量少于5重量份数，导热率可能就要超过80W/m.K，如果氧化铝的含量高于100重量份数，氮化铝与氧化铝反应形成氮氧化率。该物质具有极低的导热率，并且在这种情况下，致使整个基体的导热率可能低于30W/m.K。
向氮化铝(AlN)中加入硅和/或硅化合物以便调整导热率。所加入的硅化合物可使用氧化硅(SiO2)，氮化硅(Si3N4)，或碳化硅(SiC)。这样的物质存在于烧结体中的晶界处，并用作阻止氮化铝粒子间导热的热障相。相对于100重量份数的氮化铝，以二氧化硅计，优选地加入1-20重量份数这样的硅和/或硅化合物。如果硅和/或硅化合物含量少于1重量份数，硅的热障效果不充分，并由此可能使导热率超过80W/m.K。如果硅和/或硅化合物的含量超过20重量份数，导热率可能小于30W/m.K。
也可向氮化铝(AlN)中加入锆和/或锆化合物以便调整导热率。其典型的实例是氧化锆(ZrO2)，这样的物质存在于烧结体中的晶界处，并用作阻止氮化铝粒子间导热的热障相。相对于100重量份数的氮化铝，优选地加入5-100重量份数二氧化锆。如果氧化锆含量少于5重量份数，锆的热障效果不充分，并由此可能使导热率超过80W/m.K。如果锆的含量超过100重量份数，导热率可能小于30W/m.K。
作为另一辅助成分，也可加入氧化钛，氧化钒，氧化锰或氧化镁，以便减少氮化铝的导热率。相对于100重量份数的氮化铝，优选地加入15-30重量份数氧化钛，5-20重量份数氧化钒，5-10重量份数氧化锰，或5-15重量份数氧化镁。
当陶瓷材料主要由氮化硅(Si3N4)组成时，可加入氧化铝，氧化锆，氧化钛，氧化钒，氧化锰，或氧化镁，以便调节导热性。相对于100重量份数的氮化硅，优选地加入2-20重量份数氧化铝，5-20重量份数氧化锆，10-30重量份数氧化钛，5-20重量份数氧化钒，5-10重量份数氧化锰，或10-20重量份数氧化镁。
当陶瓷主要由碳化硅(SiC)组成时，可加入氧化铝，氧化锆，氧化钛，氧化钒，氧化锰，或氧化镁，以便调节导热性。相对于100重量份数的碳化硅，优选地加入10-40重量份数氧化铝，5-20重量份数氧化锆，15-30重量份数氧化钛，10-25重量份数氧化钒，2-10重量份数氧化锰，或5-15重量份数氧化镁。
在本发明中，当用氮化铝(AlN)制备主要成分时，相对于100重量份数的主要成分的材料粉末，优选地加入至少1重量份数的元素周期表中的碱土金属元素和/或稀土金属元素。元素周期表中的碱土金属元素优选地是钙(Ca)，同时元素周期表中的稀土金属元素优选地是钕(Nd)，或镱(Yb)。通过加入这样的元素，烧结可在较低的温度下进行，从而降低烧结成本。
按照本发明，可用已知的方法制备烧结体，例如，可向上述预定数量的粉末材料中加入有机溶剂，胶结剂等，并在搅拌步骤中在球磨机中制备料浆，用医用刀片将料浆成型为预定厚度的薄片。将薄片切割成预定尺寸/或形状，在大气中或氮气中使切割后的薄片脱脂，并随后在非氧化气氛中烧结该薄片。
可用常规的方法对料浆进行成型，如压力成型或挤出成型。为了制备加热器，通过在非氧化气氛中烧结高熔点的金属层形成预定构造的加热元件，高熔点的金属由钨或钼组成，通过一定的技术如丝网印刷术将这样的金属固定在烧结体上。作为加热元件供给部件的电极也可通过丝网印刷术在烧结体上同时形成。然而，在这种情况下，必须在氮等非氧化气氛中进行脱脂，以便防止金属层氧化。还有，可将Ag或Ag-Pd用作加热元件。同时，参照用于焊铁的陶瓷加热器描述本发明的实例。但本发明并不仅限于此应用。
在本发明的陶瓷加热器中，将基体的导热率调整到30-80W/m.K，并使从基体上加热元件电路的接触件至基体紧靠电极的一端之间的距离A与基体厚度B之间的关系满足A/B≥20，由此增加了基体的机械强度，改善了热震性，并使从加热元件至电极之间的温度梯度变得松散，从而阻止了电极部件的接触件的氧化，并防止了接触件不能工作的情况。
从以下对本发明详尽的描述中，并结合附图将看出，本发明上述目的和其他目的，特征，方面和优点将变得更加清楚。
图1是本发明陶瓷加热器的平面图；
图2是沿图1中II-II线剖开的剖视截面图。
图3是本发明用于焊铁的加热器的截面图。
实施例1
在每个实施例中，向100份重量份数形成陶瓷主要成分的氮化铝(AlN)中加入氧化铝(Al2O3)的数量按表1所示选取，同时与有机溶剂和胶结剂一起加入作为烧结助剂的2重量份数Yb2O3，2重量份数Nd2O3和0.3重量份数CaO，在球磨机中搅拌这些材料达24小时。用医用刀片将以这种方式获得的料浆成型为薄片，以便使烧结后的厚度达到0.7毫米。
切割该薄片以使图1陶瓷加热器平面图中所示的基体尺寸1a和1b在烧结后为50毫米×50毫米，并在大气中在500℃下脱酯。然后，在1800℃下在氮气气氛中烧结该脱脂后的坯体，并随后将其抛光至厚度(B)为0.5毫米。还有，分别采用Ag-Pd料浆和Ag料浆经丝网印刷术将加热元件2和电极3固定在基体1a上，并在880℃下，在大气中进行烧结。对于陶瓷加热器的尺寸/形状，加热元件2的电路纵向长度为40毫米。以便满足A/B≥20的条件，假定A代表加热元件2和电极3之间的接触件至基体1a仅靠电极3的一端之间的距离，而B代表基体1a的厚度。
还有，涂覆膏状密封玻璃糊4，以便保护如图2所示的加热元件2，将尺寸为45毫米×5毫米的基体1b放置在其上，并在大气中在880℃下烧结，以使基体1a和1b相互粘结在一起，由此制备在图3截面图中所示的用于焊铁10的加热器。基体1a和1b由陶瓷制得，其除了总长度略有差别外，尺寸和材料彼此相当。表1表示出了实施例1中各试样的导热率数值，该数值是用对基体1a进行激光放电的方法测试的。
在焊铁10的前端，金属薄板的骨架12夹持由基体1a和1b组成的尖端11。在骨架12和尖端11之间插入由云母组成的绝缘体13，同时在骨架12的外周边配有木把14。为了用引线15连接电极3，经加压用弹簧插座17和夹栓18使在引线15一侧的连接件16与电极3相接触。这种接触是机械接触，因为沉积的金属如焊料易于热变质。如果在大气中温度反复增加超过300度，接触件16因氧化而易于导致无法正常接触。数19代表电极3的部件的温度观察孔。
由于铜与焊料之间优异的亲合性以及其良好的导热性，通常用铜制备用于焊铁10的尖端11的材料，而且由于铜对焊料具有优异的亲合性，焊料易于附着。在一些特殊的应用中，当焊料必须不覆盖尖端11时，其材料可由陶瓷制备。焊料可由锡和铅的合金制备，同时当其熔点降低时，锡的含量增加，焊料通常在大约230-280℃的温度下焊熔。用于定影设备的加热器调色剂定影温度是200-250℃。
用滑动式电压调整器调整电流量，以便使其中尖端11是裸露的焊铁10的区域温度稳定在300℃，以测量能量消耗。同时，通过测温孔19用红外辐射测温计测量电极3部件的当时温度，表1也表示出了该结果。
表1
| 试样编号 | Al2O3含量(重量份数) | 导热率(W/m.K) | 电极部件温度(℃) | 300℃时能量消耗(W) |
| ★1 | 0 | 148 | 232 | 120 |
| ★2 | 4 | 99 | 241 | 105 |
| 3 | 5 | 80 | 273 | 80 |
| 4 | 10 | 72 | 277 | 75 |
| 5 | 25 | 50 | 281 | 73 |
| 6 | 70 | 37 | 283 | 70 |
| 7 | 100 | 30 | 285 | 68 |
| 8 | 120 | 20 | - | 因能量聚集，基体开裂 |
标记：★代表比较实施例。
参照表1可看出：导热率超过本发明上限的试样1和2能量消耗增加，同时，在试样8的陶瓷器件中频繁观察到与急冷开裂相似的开裂，这是由试样8的基体1a导热率低于热震下限所致。电极3的部件相对于加热元件2的温度梯度在本发明推荐的导热率范围内是松散的，这表明基体1a的均匀加热性是优良的。
实施例2
在每个实施例中，向100份重量份数形成陶瓷主要成分的氮化铝(AlN)中加入氧化硅(SiO2)，氮化硅(S3iN4)，和碳化硅(SiC)的数量按表1所示选取，同时加入2重量份数Yb2O3，2重量份数Nd2O3和0.3重量份数CaO作为烧结助剂，用与实施例1相似的方法制备基体。将基体组装成为图3所示的焊铁10。并且用与实施例1相似的方法评估作为陶瓷加热器的基体的性能。表2也表示出了该结果。
表2
| 试样编号 | 添加剂 | 氧化硅含量(重量份数) | 导热率(W/m.K) | 电极部件温度(℃) | 300℃时能量消耗(W) |
| ★9 | SiO2 | 0.5 | 120 | 237 | 111 |
| ★10 | Si3N4 | 0.5 | 131 | 235 | 115 |
| ★11 | SiC | 0.5 | 118 | 238 | 108 |
| 12 | SiO2 | 1.0 | 75 | 276 | 72 |
| 13 | Si3N4 | 1.0 | 79 | 275 | 75 |
| 14 | SiC | 1.0 | 74 | 277 | 72 |
| 15 | SiO2 | 5.0 | 63 | 279 | 70 |
| 16 | Si3N4 | 10.0 | 58 | 280 | 68 |
| 17 | SiO2 | 15.0 | 41 | 281 | 65 |
| 18 | SiC | 20.0 | 32 | 285 | 63 |
| 19 | SiO2 | 20.0 | 33 | 284 | 63 |
| ★20 | SiO2 | 25.0 | 24 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| ★21 | Si3N4 | 25.0 | 27 | - | 因能量聚集基体开裂 |
★代表比较实施例
参照表2，将导热率调整到适当范围，并且添加剂(SiO2计)含量在本发明推荐范围内的试样12-19的能量消耗得到抑制，电极3的部件相对于加热元件2的温度梯度使得基体表现出均匀稳定的加热性能。
实施例3
在每个实施例中，向100份重量份数形成陶瓷主要成分的氮化铝(AlN)中加入二氧化锆(ZrO2)的数量按表3所示选取，同时加入2重量份数Yb2O3，2重量份数Nd2O3和0.3重量份数CaO作为烧结助剂，用与实施例1相似的方法制备基体。并且表3也表示出了用与实施例1相似的方法评估的作为陶瓷加热器的基体的性能结果，陶瓷加热器用于图3所示的焊铁10。
表3
| 试样编号 | ZrO2含量(重量份数) | 导热率(W/m.K) | 电极部件温度(℃) | 300℃时能量消耗(W) |
| ★22 | 4 | 104 | 238 | 113 |
| 23 | 5 | 77 | 275 | 78 |
| 24 | 10 | 70 | 278 | 72 |
| 25 | 25 | 65 | 280 | 71 |
| 26 | 70 | 45 | 282 | 69 |
| 27 | 100 | 32 | 284 | 68 |
| ★28 | 120 | 19 | - | 因能量聚集，基体开裂 |
标记：★代表比较实施例。
参照表3，将导热率调整到适当范围，并且ZrO2含量在本发明推荐范围内的试样23-27的能量消耗得到抑制，电极3的部件相对于加热元件2的温度梯度使得基体表现出稳定均匀的加热性能。
实施例4
在每个实施例中，向100份重量份数形成陶瓷主要成分的氮化硅(Si3N4)中加入氧化铝(Al2O3)，氧化锆(ZrO2)，二氧化钛(TiO2)，氧化钒(V2O5)，氧化锰(MnO2)和氧化镁(MgO)的数量按表4所示选取，同时加入10重量份数氧化钇作为烧结助剂，用与实施例1相似的方法成型薄片。之后，在氮气氛中在850℃下对薄片进行脱脂，并在氮气气氛中在1850℃下烧结3小时，从而制备表4所示的各基体，表4也表示出了用与实施例1相似的方法评估的作为陶瓷加热器的基体的性能结果，陶瓷加热器用于表3所示的焊铁10中。
表4
| 试样编号 | 添加剂 | 含量(重量份数) | 导热率(W/m.K) | 电极部件温度(℃) | 300℃时能量消耗(W) |
| ★29 | - | - | 100 | 239 | 111 |
| 30 | Al2O3 | 2 | 79 | 273 | 80 |
| 31 | Al2O3 | 5 | 52 | 280 | 73 |
| 32 | Al2O3 | 10.0 | 41 | 283 | 71 |
| 33 | Al2O3 | 20.0 | 31 | 284 | 69 |
| ★34 | Al2O3 | 30.0 | 15 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 35 | ZrO2 | 5.0 | 75 | 274 | 80 |
| 36 | ZrO2 | 10.0 | 51 | 281 | 74 |
| 37 | ZrO2 | 20.0 | 35 | 284 | 72 |
| ★38 | ZrO2 | 30.0 | 19 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 39 | TiO2 | 10.0 | 74 | 275 | 78 |
| 40 | TiO2 | 30.0 | 45 | 282 | 72 |
| ★41 | TiO2 | 50.0 | 26 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 42 | V2O5 | 10.0 | 72 | 275 | 80 |
| 43 | V2O5 | 20.0 | 43 | 285 | 72 |
| ★44 | V2O5 | 30.0 | 不能烧结 | - | - |
| 45 | MnO2 | 5.0 | 69 | 277 | 77 |
| 46 | MnO2 | 10.0 | 35 | 285 | 71 |
| ★47 | MnO2 | 20.0 | 23 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 48 | MgO | 10.0 | 74 | 274 | 80 |
| 49 | MgO | 20.0 | 53 | 279 | 75 |
| ★50 | MgO | 30.0 | 23 | - | 因能量聚集基体开裂 |
标记：★代表比较实施例。
参照表4，将导热率调整到适当范围，并且添加剂含量在本发明推荐范围内的试样30-33，35-37，39和40，42和43，45和46，48和49的能量消耗得到抑制，电极3的部件相对于加热元件2的温度梯度使得基体表现出稳定均匀的加热性能。
实施例5
在每个实施例中，向100份重量份数形成陶瓷主要成分的碳化硅(SiC)中加入氧化铝(Al2O3)，氧化锆(ZrO2)，二氧化钛(TiO2)，氧化钒(V2O5)，氧化锰(MnO2)和氧化镁(MgO)的数量按表5所示选取，同时加入1.0重量份数碳化硼(B4C)作为烧结助剂，用与实施例1相似的方法成型薄片。之后，在氮气氛中在850℃下对薄片进行脱脂，并在氩气气氛中在2000℃下烧结3小时，从而制备表5所示的各基体，表5也表示出了用与实施例1相似的方法评估的作为陶瓷加热器的基体的性能结果，陶瓷加热器用于表3所示的焊铁10中。
表5
| 试样编号 | 添加剂 | 含量(重量份数) | 导热率(W/m.K) | 电极部件温度(℃) | 300℃时能量消耗(W) |
| ★51 | - | - | 162 | 221 | 132 |
| 52 | Al2O3 | 10.0 | 79 | 269 | 82 |
| 53 | Al2O3 | 20.0 | 61 | 275 | 77 |
| 54 | Al2O3 | 30.0 | 46 | 280 | 72 |
| 55 | Al2O3 | 40.0 | 32 | 285 | 69 |
| ★56 | Al2O3 | 50.0 | 16 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 57 | ZrO2 | 5.0 | 74 | 271 | 83 |
| 58 | ZrO2 | 10.0 | 49 | 279 | 76 |
| 59 | ZrO2 | 20.0 | 33 | 285 | 73 |
| ★60 | ZrO2 | 30.0 | 17 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 61 | TiO2 | 15.0 | 78 | 269 | 82 |
| 62 | TiO2 | 30.0 | 48 | 280 | 76 |
| ★63 | TiO2 | 50.0 | 26 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 64 | V2O5 | 10.0 | 69 | 272 | 79 |
| 65 | V2O5 | 25.0 | 39 | 283 | 71 |
| ★66 | V2O5 | 40.0 | 18 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 67 | MnO2 | 2.0 | 77 | 270 | 83 |
| 68 | MnO2 | 10.0 | 42 | 282 | 71 |
| ★69 | MnO2 | 20.0 | 21 | - | 因能量聚集基体开裂 |
| 70 | MgO | 5.0 | 70 | 270 | 82 |
| 71 | MgO | 15.0 | 51 | 278 | 77 |
| ★72 | MgO | 30.0 | 24 | - | 因能量聚集基体开裂 |
标记：★代表比较实施例。
参照表5，将导热率调整到适当范围，并且添加剂含量在本发明推荐范围内的试样52-55，57-59，61和62，64和65，67和68，70和71的能量消耗得到抑制，电极3的部件相对于加热元件2的温度梯度使得基体表现出稳定均匀的加热性能。
实施例6
在每个实施例中，向100份重量份数形成陶瓷主要成分的氮化铝(AlN)中加入二氧化钛(TiO2)，氧化钒(V2O5)，氧化锰(MnO2)和氧化镁(MgO)的数量按表6所示选取，同时加入2重量份数Yb2O3，2重量份数Nd2O3和0.3重量份数CaO作为烧结助剂，用与实施例1相似的方法制备基体。并且表6也表示出了用与实施例1相似的方法评估的作为陶瓷加热器的基体的性能结果，陶瓷加热器用于图3所示的焊铁10中。
表6
| 试样编号 | 添加剂 | 含量(重量份数) | 导热率(W/m.K) | 电极部件温度(℃) | 300℃时能量消耗(W) |
| ★73 | TiO2 | 5.0 | 123 | 235 | 112 |
| 74 | TiO2 | 15.0 | 74 | 275 | 77 |
| 75 | TiO2 | 30.0 | 40 | 282 | 73 |
| ★76 | TiO2 | 50.0 | 23 | - | 因能量聚集，基体开裂 |
| 77 | V2O5 | 5.0 | 70 | 278 | 74 |
| 78 | V2O5 | 20.0 | 36 | 283 | 70 |
| ★79 | V2O5 | 40.0 | 17 | 271 | 因能量聚集，基体开裂 |
| 80 | MnO2 | 5.0 | 71 | 277 | 74 |
| 81 | MnO2 | 10.0 | 47 | 285 | 73 |
| ★82 | MnO2 | 20.0 | 22 | - | 因能量聚集，基体开裂 |
| 83 | MgO | 5.0 | 67 | 279 | 73 |
| 84 | MgO | 15.0 | 49 | 281 | 72 |
| ★85 | MgO | 30.0 | 18 | - | 因能量聚集，基体开裂 |
标记：★代表比较实施例。
参照表6，将导热率调整到适当范围，并且添加剂含量在本发明推荐范围内的试样74和75，77和78，80和81，83和84的能量消耗得到抑制，电极3的部件相对于加热元件2的温度梯度使得基体表现出稳定均匀的加热性能。
实施例7
向100份重量份数形成陶瓷主要成分的氮化铝(AlN)中加入4重量份数氧化铝(Al2O3)从而制备试样2a，2b和2c，向100份重量份数的氮化铝(AlN)中加入25重量份数氧化铝(Al2O3)从而制备试样5a，5b和5c，向100份重量份数氮化铝(AlN)中加入5重量份数二氧化硅(SiO2)从而制备试样15a，15b和15c，向100份重量份数的氮化铝(AlN)中加入25重量份数氧化锆(ZrO2)从而制备试样25a，25b，25c，由上述试样形成与图1所示相似的基体，同时使从加热元件2的电路起点到基体1a紧靠电极3的一端的距离分别为5毫米，10毫米和20毫米。将各基体组装成图3所示的焊铁10，用与实施例1相似的方法评估作为陶瓷加热器的基体的性能。表7也表示出了该结果。
表7
| 试样编号 | 导热率(W/m.K) | 到基体一端的距离A(mm) | A/B | 电极部件温度(℃) | 300℃时能量消耗(W) |
| 2a | ★99 | ★5 | 10 | 272 | 113 |
| 2b | ★99 | 10 | 20 | 241 | 105 |
| 2c | ★99 | 20 | 40 | 182 | 97 |
| 5a | 50 | ★5 | 10 | 290 | 104 |
| 5b | 50 | 10 | 20 | 281 | 73 |
| 5c | 50 | 20 | 40 | 262 | 52 |
| 15a | 63 | ★5 | 10 | 280 | 101 |
| 15b | 63 | 10 | 20 | 279 | 70 |
| 15c | 63 | 20 | 40 | 258 | 49 |
| 25a | 65 | ☆5 | 10 | 290 | 102 |
| 25b | 65 | 10 | 20 | 280 | 7l |
| 25c | 65 | 20 | 40 | 270 | 50 |
标记：★代表比较实施例。
当从加热元件的电路起点到基体紧靠电极的一端的距离A逐渐增加，而基体长度保持恒定时，加热元件的电路被缩短，能量消耗必然降低。参照表7，导热率超过本发明推荐范围上限的试样2a，2b和2c的能量消耗非常大，尽管其电极部件的温度还没有达到电极部件易于氧化的温度范围。同样，到基体一端的距离A和基体厚度B之间不符合条件A/B≥20的试样5a，15a和25a的能量消耗也很大。对于其它试样，从加热元件到电极部件之间的温度梯度是松散的，薄且能量消耗得到了抑制。
尽管详尽地描述了本发明，但应该清楚：同样的效果不是仅由所述方式和实施例获得，而且所述方式和实施例不意味着对本发明进行限制，本发明的实质和范围仅由所附权利要求书来限制。
Claims (23)
1.一种陶瓷加热器，其包括：
具有一定厚度的陶瓷基体(1a)
在所说陶瓷基体(1a)表面上形成具有电路的加热元件(2)，
在所说的陶瓷基体(1a)表面上形成的并连到所述加热元件(2)的所述电路上的电极(3)，其中：
A和B满足关系式A/B≥20，假定A代表从所说加热元件(2)的所说电路与所说电极(3)之间的接触件到所说陶瓷基体(1a)紧靠所说电极(3)的一端的距离，而B代表所说陶瓷基体(1a)的厚度，
所说陶瓷基体(1a)的导热率至少为30W/m.K，而不大于80W/m.K，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有选自于氮化铝，氮化硅，和碳化硅中至少一种材料的主成分；和不论是否存在烧结助剂都用于调整导热率的导热率不大于50W/m.K的辅助材料。
2.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少5重量份数，至多100重量份数的氧化铝作为辅助成分。
3.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少1重量份数，至多20重量份数的硅或硅化合物作为辅助成分，以二氧化硅计。
4.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少5重量份数，至多100重量份数的锆或锆化合物作为辅助成分，以氧化锆计。
5.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少15重量份数，至多30重量份数的氧化钛作为辅助成分。
6.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少5重量份数，至多20重量份数的氧化钒作为辅助成分。
7.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少5重量份数，至多10重量份数的氧化锰作为辅助成分。
8.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少5重量份数，至多15重量份数的氧化镁作为辅助成分。
9.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化铝作为主要成分，和至少1重量份数，至多10重量份数的至少一种元素周期表中的碱土金属元素或稀土金属元素作为辅助成分。
10.根据权利要求9的陶瓷加热器，其中所说的碱土金属元素是钙。
11.根据权利要求9的陶瓷加热器，其中所说的稀土金属元素是钕或镱。
12.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化硅作为主要成分；和至少2重量份数，至多20重量份数的氧化铝作为辅助成分。
13.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化硅作为主要成分；和至少5重量份数，至多20重量份数的氧化锆作为辅助成分。
14.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化硅作为主要成分；和至少10重量份数，至多30重量份数的氧化钛作为辅助成分。
15.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化硅作为主要成分；和至少5重量份数，至多20重量份数的氧化钒作为辅助成分。
16.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化硅作为主要成分；和至少5重量份数，至多10重量份数的氧化锰作为辅助成分。
17.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的氮化硅作为主要成分；和至少10重量份数，至多20重量份数的氧化镁作为辅助成分。
18.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的碳化硅作为主要成分；和至少10重量份数，至多40重量份数的氧化铝作为辅助成分。
19.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的碳化硅作为主要成分；和至少5重量份数，至多20重量份数的氧化锆作为辅助成分。
20.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的碳化硅作为主要成分；和至少15重量份数，至多30重量份数的氧化钛作为辅助成分。
21.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的碳化硅作为主要成分；和至少10重量份数，至多25重量份数的氧化钒作为辅助成分。
22.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的碳化硅作为主要成分；和至少2重量份数，至多10重量份数的氧化锰作为辅助成分。
23.根据权利要求1的陶瓷加热器，其中形成所说陶瓷基体(1a)的材料含有100重量份数的碳化硅作为主要成分；和至少5重量份数，至多15重量份数的氧化镁作为辅助成分。
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