CN204906731U - 一种陶瓷电热组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种陶瓷电热组件，包括：陶瓷基体；设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻；设置于所述陶瓷基体上的电极，所述电极至少有两组，与所述发热膜电阻形成电气连接；设置于所述陶瓷基体上的螺孔，所述螺孔与所述电极形成电气连接；覆盖于所述发热膜电阻外表面的保护层。本实用新型在电热组件上设置了螺孔的结构，避免了引线连接时的钎焊，制备简单、成本低廉。

Description

一种陶瓷电热组件

技术领域

本实用新型涉及发热器件领域，特别涉及陶瓷电热组件及其制备方法。

背景技术

MCH(MetalCeramicsHeater)金属化陶瓷电热元件是一类热效率高、性能稳定、寿命长、安全环保的新型电热器件，自MCH金属化陶瓷电热元件面世以来，产品广受市场青睐。其结构包括：陶瓷基体、设置于陶瓷基体上的两个电极和印刷于陶瓷基体上的发热电阻体。其制备方法为：将金属钨或者是钼锰浆料印刷在陶瓷流延坯体上，经过热压叠层，然后在1600℃氢气氛保护下，陶瓷和金属共同烧结而成的陶瓷发热体。

申请号为200910038679.2的中国实用新型专利申请公开了一种陶瓷发热元件、陶瓷发热组件及其制备方法。该方法通过了采用HTCC高温共烧陶瓷工艺，在氧化铝陶瓷部件上通过丝印沉积导电层、利用高温共烧生瓷、电镀及气氛钎焊的方式形成一种陶瓷发热组件。

但是利用该HTCC高温共烧陶瓷工艺制备的电热组件，在技术上存在明显的缺陷：首先，需要利用钎焊将引线固定于陶瓷部件上，而且采用了2组以上生瓷片层压工艺，需要经过多次1600℃以上的特殊气氛条件高温烧结，工艺复杂，制造成本高昂；其次，散热性能差；第三该实用新型制备的电热组件，导电发热层使用高温钨钼锰铜等金属材料，该等材料一般电阻温度系数(T.C.R)高，达到1000～2500ppm/℃，发热电阻的离散性高，电阻温漂不一致，导致发热元件工作时耗散明显，加大了电路设计难度。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于提供一种陶瓷电热组件及其制备方法，所述陶瓷电热组件无需钎焊，工艺简单，成本低廉。

本实用新型公开了一种陶瓷电热组件，包括：

陶瓷基体；

设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻；

设置于所述陶瓷基体上的电极，所述电极至少有两组，与所述发热膜电阻形成电气连接；

设置于所述陶瓷基体上的螺孔，所述螺孔与所述电极形成电气连接；

包覆于所述发热膜电阻外表面的保护层。

优选的，还包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层涂覆于所述陶瓷基体上远离发热膜电阻的一面。

优选的，所述螺孔与所述电极通过侧导电极连接或者所述电极设置于螺孔内。

优选的，所述发热膜电阻为镍-铬合金膜、氧化钌膜、碳膜或热敏薄膜。

优选的，所述陶瓷基体为圆柱体；

所述电极为两组，设置于所述陶瓷基体的侧壁上；

所述螺孔与所述电极通过侧导电极连接；

所述发热膜电阻设置于所述陶瓷基体外表面的侧壁上；

所述电极与所述发热膜电阻搭接；

所述石墨烯涂层涂覆于所述保护层或所述陶瓷基体的上表面。

优选的，所述陶瓷基体为平板结构，

所述发热膜电阻设置于所述陶瓷基体一侧的表面；

所述电极设置于螺孔内；

所述电极为两组或以上；

所述发热膜电阻与所述电极搭接，形成电气连接；

所述石墨烯涂层涂覆于所述陶瓷基体另一侧的表面。

优选的，还包括：设置于所述电极上的引线和套设在所述引线上的绝缘套管。

与现有技术相比，本实用新型的陶瓷电热组件，包括：陶瓷基体；

设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻；设置于所述陶瓷基体上的电极，所述电极至少有两组，与所述发热膜电阻形成电气连接；设置于所述陶瓷基体表面的螺孔，所述螺孔与所述电极形成电气连接；覆盖于所述发热膜电阻外表面的保护层。本实用新型在电热组件上添加了螺孔的结构，避免了引线连接时的钎焊，制备简单、成本低廉。

进一步的，本实用新型所述电热组件上具有石墨烯涂层，散热效果好。而且采用的发热膜电阻由镍-铬合金膜、氧化钌膜、碳膜或热敏薄膜材料制成，这些材料的温度特性更稳定，电阻温度系数(T.C.R)可以控制在300ppm/℃以下，或者，这些材料被制备成具有温度受控特性的热敏电阻薄膜材料，热敏材料温度具有特定的线性特征，因此得到的陶瓷电热组件的温度一致性较好，易于控制。在制备陶瓷电热组件的过程中，由于使用了所述材料及所述工艺制备方法，制备的发热膜电阻温度可以控制在1000℃以下，大大简化了制备工艺，提高了制备效率，也降低了成本。

附图说明

图1为实施例1制备的陶瓷电热组件的侧面结构示意图；

图2为施例1制备的陶瓷电热组件除去保护层后的侧面结构示意图；

图3为实施例1制备的陶瓷电热组件的螺孔结构示意图；

图4为实施例1制备的陶瓷电热组件的引线结构示意图；

图5为实施例1制备的陶瓷电热组件发热膜电阻的截面切口示意图；

图6为实施例2制备的陶瓷电热组件的结构示意图；

图7为实施例3制备的陶瓷电热组件的结构示意图；

图8为实施例4制备的陶瓷电热组件的结构示意图；

图9为螺栓17的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

本实用新型实施例公开了一种陶瓷电热组件，包括：

陶瓷基体；

设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻；

设置于所述陶瓷基体上的电极，所述电极至少有两组，与所述发热膜电阻形成电气连接；

设置于所述陶瓷基体上的螺孔，所述螺孔与所述电极形成电气连接；

覆盖于所述发热膜电阻外表面的保护层。

本实用新型的陶瓷电热组件包括陶瓷基体、发热膜电阻、电极、螺孔和保护层。本实用新型所述陶瓷基体优选为纯度不低于95％的氧化铝或氮化铝陶瓷，优选热导率≥10W/m.K的散热陶瓷构件。所述陶瓷基体优选通过留流延、压膜或激光冲蚀形成特定形状，优选为空心圆柱体、实心圆柱体、矩形平板、圆形平板、椭圆形平板等等结构。所述陶瓷基体在成型时，形成螺孔。本实用新型对于螺孔的形成方式和结构也不做特殊限制。

所述电极主要由贵金属金、银、铂、钯、镍、铜或其组合物构成，通常由厚膜丝印方式制备所得，通过高温烧结与所述陶瓷基体形成紧密结合，并提供可靠的电气导通功能。

所述发热膜电阻采用优选的由镍-铬合金膜、氧化钌膜、碳膜或热敏薄膜材料制成。镍-铬合金膜、氧化钌膜电阻温度系数(T.C.R)较低，材料制备工艺相对简便；碳膜或热敏薄膜材料温度特性均匀受控、且具有特定的温度线性特征，将其制备成陶瓷电热组件时，操作步骤简单，制备温度低，发热电阻稳定受控，电阻值热飘移小，电阻值集中一致，阻值受控，还可以进行阻值调整。因此制备得到的电热组件发热均匀一致、可靠性高。

所述发热膜电阻设置于所述陶瓷基体上，可以设置于所述陶瓷基体的一侧表面或者侧壁上，根据陶瓷基体的形状设置。所述发热膜电阻阻值一致性好，发热恒定、温度系数小。所述发热膜电阻的厚度优选为15～25微米，更优选为20～24微米。所述发热膜电阻的功率优选为0.5W以上，既可以起到发热的作用，又具有足够的功率密度和发热量，使用可靠、安全环保。当使用热敏薄膜材料时，通过控制或选择热敏薄膜材料的温度阻值线性特征，还可以实现具有自控温效果的加热功能。

所述发热膜电阻优选为条状膜电阻。所述发热膜电阻至少为一组，优选的还可以包括多组，多组发热膜电阻可以为串联或者并联结构。或者，也可以根据应用和电路设计要求，将电阻设置成为无感、感性或分布式功率电阻结构，以匹配应用和电路要求。优选的，所述发热膜电阻的横截面上至少有一个切口，通过精密激光切割发热膜电阻的横截面，便于将发热膜电阻的一部分直接切除，减小发热膜电阻的横截面积，实现电阻阻值的调整。

当然，根据实际，也可以选择不设置该激光切口，以获得更高的功率输出密度和初始温度特性，同时避免加热部件出现过热点，导致部件过热点烧毁失效。

按照本实用新型，所述电极设置于所述陶瓷基体上，所述电极至少有两组，与所述发热膜电阻形成电气连接。所述电极一个为输入电极，一个为输出电极。本实用新型对于电极与发热膜电阻的连接方式没有特殊限制，电气连接即可。

按照本实用新型，所述保护层包覆于所述发热膜电阻外表面，起到保护发热膜电阻的作用。所述保护层还可以覆盖部分电极。所述保护层优选为玻璃。

按照本实用新型，所述陶瓷电热组件包括设置于所述陶瓷基体表面的螺孔，所述螺孔与所述电极形成电气连接，所述螺孔的开口处可以为陶瓷基体的顶面或者侧面。所述螺孔与所述电极通过侧导电极连接或者所述电极设置于螺孔内。优选的，所述陶瓷电热组件还包括设置于所述电极上的引线和套设在所述引线上绝缘套管。所述导线和螺孔相匹配。所述导线还可以通过螺栓连接于所述螺孔上。优选的，还包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层设置于所述陶瓷基体保护层的上表面；

或者，所述石墨烯涂层设置于所述陶瓷基体的远离发热膜电阻的其他表面。

作为优选的方案一，所述陶瓷电热组件如图1所示，包括所述陶瓷基体(11)，所述陶瓷基体为圆柱体，优选的圆柱体内部中空；

设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻(13)，所述发热膜电阻优选由镍-铬合金膜、氧化钌膜、碳膜或热敏薄膜材料制成；所述发热膜电阻设置于所述陶瓷基体的侧壁上；

设置于所述陶瓷基体上的电极(12)，所述电极为两组，设置于所述陶瓷基体的侧壁上，所述电极与所述发热膜电阻搭接；

所述螺孔(17)设置于所述陶瓷基体的顶面，所述螺孔与所述电极(12)通过侧导电极(15)连接；

覆盖于所述发热膜电阻外表面的保护层(14)。

所述优选方案一中，还可以包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层涂覆于所述陶瓷基体远离发热膜电阻的其他表面，如：可以涂覆于圆柱体中空的内表面或者底面。或者，所述石墨烯涂层设置于所述陶瓷基体保护层的上表面。

在所述的优选方案一中，如图2～4所示，优选的发热膜电阻(13)有多组，并联连接，所述陶瓷电热组件还包括设置于所述电极(12)上的引线(16)和套设在所述引线上的绝缘套管(18)。所述导线和螺孔(17)相匹配。所述导线还可以通过螺栓连接于所述螺孔上。

在所述的优选方案一中，如图6所示，优选的所述螺孔(17)设置于所述陶瓷基体的侧面，所述电极设置于螺孔内。所述陶瓷电热组件还包括设置于所述电极上的引线和套设在所述引线上的绝缘套管。所述导线和螺孔相匹配。

作为优选的方案二，所述陶瓷电热组件如图7所示，所示陶瓷电热组件包括：

陶瓷基体(11)，所述陶瓷基体为平板结构；设置于所述陶瓷基体(11)上的发热膜电阻，所述发热膜电阻优选由镍-铬合金膜、氧化钌膜、碳膜或或热敏薄膜材料制成；

所述发热膜电阻设置于所述陶瓷基体一侧的表面；

所述电极设置于螺孔内；

所述电极为两组或以上；

所述发热膜电阻(13)与所述电极(12)搭接，形成电气连接；

覆盖于所述发热膜电阻外表面的保护层(14)。

所述优选方案二中，还可以包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层涂覆于所述陶瓷基体另一侧的表面或者设置于所述陶瓷基体保护层的上表面。

本实用新型还公开了一种陶瓷电热组件的制备方法，包括以下步骤：

(1)经成型得到带有螺孔的陶瓷基体；

(2)在所述陶瓷基体上设置电极，所述螺孔与所述电极形成电气连接；

(3)通过厚膜丝印、贴膜蒸镀或溅射方式得到与电极连接的、且设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻体；

(4)在陶瓷基底上通过厚膜丝印方式形成覆盖电阻体的保护层，得到陶瓷电热组件。

按照本实用新型，首先经成型得到带有螺孔的陶瓷基体。所述陶瓷基体优选为纯度不低于95％的氧化铝或氮化铝陶瓷。所述陶瓷基体优选通过留流延、压膜或激光冲蚀形成特定形状，优选为空心圆柱体、实心圆柱体、矩形平板、圆形平板、椭圆形平板等结构，在成型时，形成螺孔，得到带有螺孔的陶瓷基体。

在所述陶瓷基体上设置电极，所述设置电极的方法优选为厚膜丝印，具体步骤为：

将电极通过丝网印刷设置于陶瓷基体的表面，600～1000℃高温烧结，得到设置有电极的陶瓷基体。

所述电极可以在陶瓷基体的顶面或者侧面，根据陶瓷基体的具体形状进行选择。所述螺孔与所述电极形成电气连接，优选的所述螺孔与所述电极通过侧导电极连接或者所述电极设置于螺孔内。

设置电极后，通过厚膜丝印、贴膜蒸镀或溅射沉积得到与电极连接的、且设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻；所述发热膜电阻为镍-铬合金膜、氧化钌膜、碳膜或或热敏薄膜材料。所述发热膜电阻为镍-铬合金膜时，优选通过溅射沉积或贴膜蒸镀的方式设置于陶瓷基体上。所述镀膜溅射的具体步骤优选为：将镍-铬合金制备成靶材，通过蒸镀、溅射、或其他沉积工艺使电阻膜到附着陶瓷基体表面，通过控制镍-铬合金的表面沉积厚度，或进行必要蚀刻电镀工艺，得到所需要的发热膜电阻。当所述发热电阻膜电阻为氧化钌膜时，优选的通过厚膜丝印设置于陶瓷基体上。所述厚膜丝印的具体步骤优选为：将氧化钌、粘结剂和有机溶剂等制备成电子浆料，通过丝网印刷沉积到陶瓷基体表面，在600～1000℃的清洁空气气氛的隧道炉或马弗炉中烧结，得到发热膜电阻。当所述发热膜电阻为碳膜时，所述厚膜丝印的具体步骤优选为：将碳通过填充剂、导电组合物等制作为浆料，通过印刷沉积到陶瓷基体表面，在300℃以下温度条件下固化，得到发热膜电阻。当所述发热电阻膜电阻为热敏薄膜材料时，优选的通过厚膜丝印设置于陶瓷基体上。所述厚膜丝印的具体步骤优选为：将热敏薄膜材料、添加剂、粘结剂或溶剂等制备成电子浆料，通过丝网印刷沉积到陶瓷基体表面，在500～1000℃的气氛隧道炉或马弗炉中烧结，进行阻值筛选、老化，得到所述发热膜电阻。

设置发热膜电阻后，在陶瓷基体上通过厚膜丝印形成覆盖发热膜电阻的保护层。所述厚膜丝印形成保护层的方法没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的方式即可，所述保护层优选为玻璃或耐高温高分子树脂。

形成保护层后，优选的还包括激光切割修阻的过程。特别地，激光修阻的过程也可以在形成保护层之前进行。当然，根据实际，也可以选择不设置该激光切口，以获得更高的功率输出密度和初始温度特性，同时避免加热部件出现过热点，导致部件过热点烧毁失效。

优选的，还包括在陶瓷基体远离发热膜电阻的一面涂覆石墨烯涂层。特别的，所述石墨烯涂层的设置方法，包括浸涂、喷涂或印刷等方式；

所述制备石墨烯涂层选用的石墨烯材料，其粉体粒径一般为纳米结构，可以是制备为水溶性涂敷液，也可以通过树脂填充剂、粘结剂形成的导热糊组合物，或者通过其他金属氧化物或陶瓷粉末制备形成的膏状浆料；其配比本实用新型中不做特殊约定。

石墨烯粉体的热导率一般要求大于1000W/m.k，组成石墨烯涂层的材料，综合热导率不应小于25W/m.k。特别地，石墨烯薄膜层设置在加热部件上时，应具有足够的附着力和可靠性，石墨烯薄膜膜厚优选大于0.2微米以上，更优选石墨烯薄膜厚大于2微米或以上。

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的陶瓷电热组件及其制备方法进行说明，本实用新型的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

通过模压得到圆柱体形的95％的氧化铝陶瓷基体；在陶瓷基体的顶面设置两个螺孔；

将电极浆料印刷于陶瓷基体的侧壁上，经过850℃烧结；将形成的电极与螺孔之间烧结形成侧导电极，侧导电极使电极和螺孔形成电气连接。

将制备的氧化钌浆料，通过印刷方式沉积到陶瓷基体的侧壁上，经过隧道炉850℃洁净空气气氛条件烧结，形成发热膜电阻。

将玻璃浆料通过印刷涂覆在发热膜电阻的外表面，经过隧道炉600℃烧结，得到保护层。

将已经成型的发热膜电阻利用激光切割电阻体横截面，通过减少电阻体横截面积，达到调整阻值的目的。

制备与螺孔相匹配的引线，两者通过螺纹连接，所述引线上套设绝缘套管。

将石墨烯涂层涂覆于所述陶瓷基体的底面。

制备得到的陶瓷电热组件如图1～5所示。图1为实施例1制备的陶瓷电热组件的侧面结构示意图，图1中，11为陶瓷基体，12为电极，14为保护层，15为侧导电极，16为引线。

图2为施例1制备的陶瓷电热组件除去保护层后的侧面结构示意图。图2中，11为陶瓷基体，12为电极，13为发热膜电阻，15为侧导电极，16为引线。

图3为实施例1制备的陶瓷电热组件的螺孔结构示意图，图3中，11为陶瓷基体，14为保护层，17为螺孔。

图4为实施例1制备的陶瓷电热组件的引线结构示意图。图5中，17为螺孔，18为绝缘套管。

图5为实施例1制备的陶瓷电热组件发热膜电阻的截面切口示意图。图5中，20为激光调阻切口。

实施例2

通过模压得到圆柱体形的95％的氧化铝陶瓷基体；在陶瓷基体的侧面设置两个螺孔；

将电极浆料印刷于陶瓷基体的侧壁上，经过900℃隧道炉烧结；使电极和螺孔形成电气连接。

将制备的氧化钌浆料，通过印刷方式沉积到陶瓷基体的侧壁上，经过900℃隧道炉烧结，形成发热膜电阻。

将玻璃浆料通过印刷涂覆在发热膜电阻的外表面，经过600℃烧结，得到保护层。

制备与螺孔相匹配的引线，两者通过螺纹连接，所述引线上套设绝缘套管。

将石墨烯涂层涂覆于所述陶瓷基体的底面。

实施例3

通过激光冲蚀得到带有螺孔的平板结构的95％的氧化铝陶瓷基体；将电极浆料印刷于螺孔内，经过850℃隧道炉烧结；

将制备的碳膜浆料通过印刷方式沉积到陶瓷基体一侧的表面上，且搭接于电极上，经过≤300℃温度曲线固化，形成发热膜电阻；所述发热膜电阻与电极形成电气连接。

将树脂浆料通过印刷涂覆在发热膜电阻的上表面，经过烧结，得到保护层。

制备与螺孔相匹配的引线，两者通过螺纹连接，所述引线上套设绝缘套管。

将石墨烯涂层涂覆于所述陶瓷基体另外一个表面。

制备得到的陶瓷电热组件如图7所示。图7为实施例3制备的陶瓷电热组件的结构示意图，图7中，11为陶瓷基体，12为电极，13为发热膜电阻，16为引线，18为绝缘套管。

实施例4

通过激光冲蚀得到带有螺孔的圆形平板结构的95％的氧化铝陶瓷基体；将电极浆料印刷于螺孔内，经过850℃隧道炉烧结；

将热敏薄膜材料、添加剂、粘结剂或溶剂等制备成电子浆料，将制备的电子浆料通过丝网印刷方式沉积到陶瓷基体一侧的表面上，且搭接于电极上，经过850℃温度曲线烧结，对电阻进行筛选、老化处理，得到所述发热膜电阻；对已形成的发热膜电阻进行激光调阻；所述发热膜电阻与电极形成电气连接。

将玻璃浆料通过印刷方式涂覆在发热膜电阻的上表面，经过烧结，得到保护层。

制备与螺孔相匹配的引线，两者通过螺栓连接，所述引线上套设绝缘套管。

制备得到的陶瓷电热组件如图8所示。图8为实施例4制备的陶瓷电热组件的结构示意图，图8中，11为陶瓷基体，12为电极，13为发热膜电阻，14为保护层，19为螺栓，18为绝缘套管。图9为螺栓19的结构示意图。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种陶瓷电热组件，其特征在于，包括：

陶瓷基体；

设置于所述陶瓷基体上的发热膜电阻；

设置于所述陶瓷基体上的电极，所述电极至少有两组，与所述发热膜电阻形成电气连接；

设置于所述陶瓷基体上的螺孔，所述螺孔与所述电极形成电气连接；

覆盖于所述发热膜电阻表面的保护层。

2.根据权利要求1所述的陶瓷电热组件，其特征在于，还包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层设置于所述陶瓷基体保护层的上表面；

或者，所述石墨烯涂层设置于所述陶瓷基体的远离发热膜电阻的其他表面。

3.根据权利要求2所述的陶瓷电热组件，其特征在于，所述螺孔与所述电极通过侧导电极连接或者所述电极设置于螺孔内。

4.根据权利要求3所述的陶瓷电热组件，其特征在于，所述发热膜电阻为镍-铬合金膜、氧化钌膜、碳膜或热敏薄膜。

5.根据权利要求4所述的陶瓷电热组件，其特征在于，所述陶瓷基体为圆柱体；

所述电极为两组，设置于所述陶瓷基体的侧壁上；

所述螺孔与所述电极通过侧导电极连接；

所述发热膜电阻设置于所述陶瓷基体的侧壁上；

所述电极与所述发热膜电阻搭接；

所述石墨烯涂层覆盖于所述保护层或所述陶瓷基体的上表面。

6.根据权利要求4所述的陶瓷电热组件，其特征在于，所述陶瓷基体为平板结构；

所述发热膜电阻设置于所述陶瓷基体一侧的表面；

所述电极设置于螺孔内；

所述电极为两组或以上；

所述发热膜电阻与所述电极搭接，形成电气连接；

所述石墨烯涂层覆盖于所述陶瓷基体另一侧的表面。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的陶瓷电热组件，其特征在于，还包括：设置于所述电极上的引线和套设在所述引线上的绝缘套管。