CN207321567U - 一种汽车调温器用陶瓷发热元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车调温器用陶瓷发热元件，包括发热体，发热体包括外绝缘层和内绝缘层，外绝缘层和内绝缘层均为氧化铝陶瓷，发热线路置于外绝缘层和内绝缘层之间，内绝缘层上开有通孔，发热体的下部设置有引线座，引线座内开有引线孔，通孔和引线孔内以及二者之间均用金属电阻浆料连接，发热体、引线座和发热线路三者通过高温共烧成为一个整体，发热线路的两端连接有至少两个电极，至少两根引线穿过引线孔，并通过金属电阻浆料分别连接到电极上。本实用新型采用以上结构，陶瓷发热元件升温快，绝缘性能好，不会出现电阻氧化、功率衰减等问题，发热性能稳定，发热温度均匀。

Description

一种汽车调温器用陶瓷发热元件

技术领域

本实用新型涉及汽车调温器技术领域，特别涉及一种汽车调温器用陶瓷发热元件。

背景技术

调温器又称节温器，是控制冷却液流动路径的阀门，是一种自动调温装置，通常含有感温组件，借着膨胀或冷缩来开启、关掉空气、气体或液体的流动。

随着对汽车油耗及尾气排放要求的提高，电子调温器在此方面的作用及优势被认可，电子调温器市场需求量越来越大。而电子调温器价格比普通调温器价格高出10倍以上，因此顾客需要高可靠性的电子调温器元件。对于电子调温器性能主要体现在感应器元件上。感应器元件由本体、本体盖、密封片、胶管、蜡丸、推杆、加热元件、密封圈组成。

目前，现有的电子调温器中的感应器元件内部增加了一个加热元件，现有的加热元件一般采用塑胶7骨架上绕电热丝9(如图12，塑胶7外还设有密封圈8，使用时，加热元件外套有铜套10，如图13所示)或采用在金属基板上印刷电阻并引出导线，然后注塑成特定的形状的方式制得。感应器总成在工作时其内压可以达到25MPa以上，但是现有加热元件的塑料强度不高，并且金属基板导电，容易漏电，从而影响感应器的可靠性。电热丝或金属基板长时间发热并裸露在石蜡内，绝缘性能不好，另外塑胶骨架在高温环境下强度低，易变形，影响密封圈的密封，承受不了25MPa的压力，造成石蜡泄露，从而影响感应器的可靠性。

为了解决上述问题，授权公告号为CN 103002604 B(公告日为2015.11.25)的中国发明专利，公开了一种电子调温器用加热元件及其制备方法，其加热元件位于电子调温器感应器内，包括热敏电阻、加热元件头部及底座，所述加热元件为陶瓷材料，热敏电阻埋设于加热元件头部，导线一端与热敏电阻相连，另一端穿出底座。所述加热元件是通过以下方法制备得到：(1)将原料按质量百分数为Al₂O₃≥97％，SiO₂≤1％，Fe₂O₃≤0.5％，CaO≤1％，其它杂质≤0.5％制得氧化铝陶瓷生坯；(2)向氧化铝陶瓷生坯中埋入热敏电阻及导线后模压成型；(3)在还原性气氛下烧结为所述加热元件，还原性气氛为体积百分数为30％的氢气和70％氮气的混合气体或体积百分数为100％的氢气。该发明结构简单，成本低，密封效果好，具有很强的实用性。该发明将金属基体的加热元件改进为陶瓷基体，保持了良好的导热性能，并且发热均匀，同时绝缘性能也好，避免了加热元件在实际应用中可能的漏电现象，使电子调温器性能更稳定可靠。同时使用该发明方法制备得到的陶瓷加热元件强度高，能承受50MPa的压力，更可靠，并且成本也低，实用性强。

然而，上述发明专利，存在如下问题：1.导线材质和烧成问题：氧化铝含量大于97的陶瓷烧结温度一般都在1500℃以上，常用的镍、铜等材质做导线都会融化；导线埋在陶瓷里，陶瓷烧成有15％左右的收缩而导线没有，这样烧通常会开裂；2.热敏电阻材质和烧成问题：热敏电阻用于发热通常指PTC半导体热敏电阻，这种热敏电阻主要成分是钛酸钡，如果埋在氧化铝生坯中共烧也会存在融化开裂及与氧化铝陶瓷反应的问题；3.导线和热敏电阻的连接也不太方便。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种汽车调温器用陶瓷发热元件，陶瓷发热元件升温快，绝缘性能好，不会出现电阻氧化、功率衰减等问题，发热性能稳定，发热温度均匀，传热速度快，热利用率高。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种汽车调温器用陶瓷发热元件，包括发热体，所述发热体包括外绝缘层和内绝缘层，所述外绝缘层和内绝缘层均为氧化铝陶瓷，发热线路置于所述外绝缘层和内绝缘层之间，所述内绝缘层上开有通孔，所述发热体的下部设置有引线座，所述引线座内开有引线孔，所述通孔和引线孔内以及二者之间均用金属电阻浆料连接，所述发热体、引线座和发热线路三者通过高温共烧成为一个整体，所述发热线路的两端连接有至少两个电极，至少两根引线穿过所述引线孔，并通过所述金属电阻浆料分别连接到所述电极上。

作为优选，所述引线为镍线或者铜线，所述外绝缘层和内绝缘层均为质量百分数为92％-96.5％的氧化铝陶瓷，所述引线座的材料与所述发热体的材料一样。

作为优选，所述发热体呈管状，所述引线座包括一体成型的引线座头部和引线座主体，所述发热体与引线座头部之间过盈配合。

作为优选，所述引线座头部做成圆柱形，所述引线座头部卡在所述发热体内，所述发热体的内径比所述引线座头部的外径小0.14-0.20mm。

作为优选，所述引线座头部做成管状，所述发热体卡在所述引线座头部内，所述发热体的外径比所述引线座头部的内径大0.14-0.20mm。

作为优选，所述金属电阻浆料由钨粉或者钼粉加上瓷粉制成，所述钨粉或者钼粉的质量百分数为65％-100％，所述瓷粉的质量百分数为0％-35％，所述发热线路由金属电阻浆料制成，其形状呈“之”字形。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型采用氧化铝陶瓷，把印刷的金属电阻浆料形成的发热线路包裹在内部，共烧作为发热体，绝缘性能好，强度高，导热快，发热均匀，功率密度大，可以实现快速升温和温度补偿，安全性能高，使用寿命长。

2.现有技术中，金属基板或电热丝一般是和蜡直接接触，绝缘差，功率密度没有陶瓷发热体大，且塑胶骨架高温易变形，质量差。本实用新型中，发热线路置于外绝缘层和内绝缘层之间，三者通过高温共烧成为一个整体，不存在高温变形。

3.与授权公告号为CN 103002604 B的中国发明专利相比，其加热元件中，热敏电阻和导线埋在陶瓷内共烧，在实际操作中不易实现，而本实用新型中，外绝缘层、发热线路和内绝缘层三者共烧成为一体的方式是容易实现的。

4.发热体发热温度均匀，在相同电压下，其温差小，可提高调温器的性能，能有效控制发动机的温度，减少发动机磨损，提高燃油经济性。

5.本实用新型的结构简单，使用时较其他发热体安装更方便，操作简单、工作效率高。

6.本实用新型的制备方法中，将发热线路印刷在内绝缘层上，操作简单方便。

7.本实用新型的制备方法中，先将发热体、引线座和发热线路共烧后，再将引线孔镀镍，与引线高温钎焊，这样引线就不存在与陶瓷共烧而被熔化的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的左视图；

图3为本实用新型的仰视图；

图4为沿图3中A-A线的剖视图；

图5为本实用新型中内绝缘层外侧121和发热线路4的结构示意图；

图6为本实用新型中内绝缘层里侧122的结构示意图；

图7为本实用新型中引线座2的立体图；

图8为本实用新型中引线座2的主视图；

图9为本实用新型中引线座2的俯视图；

图10为沿图9中B-B线的剖视图；

图11为本实用新型中引线座2采用另一种结构的剖视图；

图12为现有技术中采用塑胶7骨架上绕电热丝9的加热元件；

图13为现有技术中加热元件的组装图。

图中，1-发热体，11-外绝缘层，12-内绝缘层，121-内绝缘层外侧，122-内绝缘层里侧，123-通孔，2-引线座，21-引线座头部，22-引线座主体，23-引线孔，3-引线，4-发热线路，41-电极，5-金属电阻浆料，6-釉料，7-塑胶，8-密封圈，9-电热丝，10-铜套。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-图4所示，本实用新型公开的一种汽车调温器用陶瓷发热元件，包括发热体1，发热体1包括外绝缘层11和内绝缘层12，外绝缘层11和内绝缘层12均为氧化铝陶瓷，发热线路4置于外绝缘层11和内绝缘层12之间，内绝缘层12上开有通孔123，发热体1的下部设置有引线座2，引线座2内开有引线孔23，通孔123和引线孔23内以及二者之间均用金属电阻浆料5连接，使得两者可以导通连接，发热体1、引线座2和发热线路4三者通过高温共烧成为一个整体，发热线路4的两端(图5中发热线路4的另一端未展开)连接有至少两个电极41，至少两根引线3穿过引线孔23，并通过金属电阻浆料5分别连接到电极41上，引线3为镍线或者铜线。

外绝缘层11和内绝缘层12均为质量百分数为92％-96.5％的氧化铝陶瓷。同时，为使本实用新型制作方便，引线座2的材料最好与发热体1的材料一样。

发热体1呈管状，这样当发热体1加热石蜡时，发热体1的内壁和外壁均可以对石蜡加热，极大地提高加热效率。

参见图7-图11，引线座2包括一体成型的引线座头部21和引线座主体22，发热体1与引线座头部21之间过盈配合，使得发热体1与引线座2可以结合得更紧密，避免当陶瓷发热元件用在调温器中时液体泄漏。作为实施例一，如图7-图10所示，引线座头部21可以做成圆柱形，引线座头部21卡在发热体1内，此时发热体1的内径d1比引线座头部21的外径D2小0.14-0.20mm。作为实施例二，如图11所示，引线座头部21可以做成管状，发热体1卡在引线座头部21内，此时发热体1的外径D1比引线座头部21的内径d2大0.14-0.20mm。当然，引线座2与发热体1的连接方式并不限于以上两种，只要能使两者卡紧即可。

金属电阻浆料5由钨粉(W)或者钼粉(Mo)等耐高温金属加上瓷粉制成，其中钨粉或者钼粉的质量百分数为65％-100％，瓷粉的质量百分数为0％-35％，瓷粉的比重越大，金属电阻浆料5的电阻越大，具体可根据产品的需要确定钨粉或钼粉与瓷粉的比例。

发热线路4由金属电阻浆料5制成，其形状呈“之”字形，如图5所示，这样发热线路4可以更均匀而且更多地分布在发热体1内，使得发热体1发热更快更均匀。

本实用新型还公开了一种汽车调温器用陶瓷发热元件的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制作金属电阻浆料5：用钨粉或者钼粉加上瓷粉轧制成金属电阻浆料5，轧制时加入粘合剂、溶剂和分散剂；

步骤2，制作外绝缘层11和内绝缘层12：用氧化铝陶瓷流延生坯制成外绝缘层11和内绝缘层12，并且对内绝缘层12冲压出通孔123；

步骤3，印刷发热线路4：用丝网印刷技术在内绝缘层外侧121上印刷金属电阻浆料5，形成发热线路4，如图5所示，内绝缘层12的通孔123内用金属电阻浆料5填满，在内绝缘层里侧122上与通孔123的对应位置处印刷电极41，如图6所示；

步骤4，制作发热体1：在内绝缘层12外表面和外绝缘层11内表面涂上一层粘胶，将外绝缘层11粘在内绝缘层外侧121上，并通过一金属棒芯，将外绝缘层11和内绝缘层12卷成管状，形成发热体1，此时两个电极41处在同一直径上。另外，为使外绝缘层11和内绝缘层12能够顺利卷成管状，两者粘接时在边缘处形成错位搭接；将发热体1连同金属棒芯通过等静压模压成型，然后将金属棒芯从发热体1中抽出；

步骤5，制作引线座2：用氧化铝陶瓷通过热压铸或注射成型成引线座2，并在引线座2内预留引线孔23；

步骤6，素烧和金属化：将引线座2素烧，由于高温烧结氧化铝陶瓷，会使氧化铝陶瓷变得致密，从而使得引线座2收缩，本来过盈配合的发热体1与引线座头部21，经过引线座2素烧收缩后，引线座头部21便可顺利地放入发热体1内，同时，引线座2经过素烧后，也能有一定的强度，这是针对实施例一中引线座头部21卡入发热体1的情况，以下步骤也是在实施例一的基础上进行的。如果是针对实施例二中发热体1卡入引线座头部21的情况，则将发热体1素烧，经过发热体1素烧收缩后，发热体1便可顺利地放入引线座头部21内。素烧的温度为1100℃-1400℃。素烧后在引线孔23内和表面及侧面，即与发热体1接触的部位，印刷上或者涂上金属电阻浆料5，使得引线孔23金属化，即引线孔23能够导电，金属化的目的是为了让引线孔23和通孔123导通连接在一起；

步骤7，对准：将引线座头部21放入发热体1内，放入时，将引线孔23与电极41对准，使其两者处在同一直径上；

步骤8，共烧：在还原性气体下，将发热体1、引线座2和发热线路4三者通过治具固定高温共烧成为一个整体，还原性气体为体积百分数为35％-75％的氢气和25％-65％的氮气，共烧的温度为1550℃-1650℃。由于之前引线座2经过了素烧，因此在共烧时，引线座2的收缩较小，而发热体1的收缩较大，两者的收缩比不一致，经过共烧后，发热体1会将引线座2卡紧，从而使两者形成过盈配合。

在共烧过程中，由于氧化铝陶瓷内部含有碳杂质，这些碳杂质会直接影响烧结的质量，因此在通入还原性气体前，可先让氢气和氮气经过湿氢桶，湿氢桶内装有一定温度的水，水温为38℃-45℃，使得氢气和氮气携带一定的水气进入烧结炉内，在高温下，水分子具有一定的氧化特性，与碳杂质生成一氧化碳或者二氧化碳并排出，从而有效地去除氧化铝陶瓷的碳杂质，保证烧结的质量；

步骤9，镀镍：在引线孔23内镀镍；

步骤10，高温钎焊：用银铜或纯银焊料或者镍焊膏对引线孔23和引线3进行高温钎焊，钎焊温度为700℃-1000℃，此时银铜或纯银焊料或者镍焊膏将引线孔23完全密封，不至于出现渗漏现象；

步骤11，封釉：在不高于钎焊温度且在还原性气体下，即温度为700℃-1000℃且不高于钎焊温度，用釉料6将引线座2和发热体1密封，防止本实用新型在使用时，石蜡渗漏下来。由于釉料6为无机材料，与其他有机的密封材料相比，本实用新型的产品密封性能好，同时不容易老化。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种汽车调温器用陶瓷发热元件，其特征在于：包括发热体，所述发热体包括外绝缘层和内绝缘层，所述外绝缘层和内绝缘层均为氧化铝陶瓷，发热线路置于所述外绝缘层和内绝缘层之间，所述内绝缘层上开有通孔，所述发热体的下部设置有引线座，所述引线座内开有引线孔，所述通孔和引线孔内以及二者之间均用金属电阻浆料连接，所述发热体、引线座和发热线路三者通过高温共烧成为一个整体，所述发热线路的两端连接有至少两个电极，至少两根引线穿过所述引线孔，并通过所述金属电阻浆料分别连接到所述电极上。

2.根据权利要求1所述的汽车调温器用陶瓷发热元件，其特征在于：所述引线为镍线或者铜线，所述外绝缘层和内绝缘层均为质量百分数为92％-96.5％的氧化铝陶瓷，所述引线座的材料与所述发热体的材料一样。

3.根据权利要求1所述的汽车调温器用陶瓷发热元件，其特征在于：所述发热体呈管状，所述引线座包括一体成型的引线座头部和引线座主体，所述发热体与引线座头部之间过盈配合。

4.根据权利要求3所述的汽车调温器用陶瓷发热元件，其特征在于：所述引线座头部做成圆柱形，所述引线座头部卡在所述发热体内，所述发热体的内径比所述引线座头部的外径小0.14-0.20mm。

5.根据权利要求3所述的汽车调温器用陶瓷发热元件，其特征在于：所述引线座头部做成管状，所述发热体卡在所述引线座头部内，所述发热体的外径比所述引线座头部的内径大0.14-0.20mm。

6.根据权利要求1所述的汽车调温器用陶瓷发热元件，其特征在于：所述金属电阻浆料由钨粉或者钼粉加上瓷粉制成，所述钨粉或者钼粉的质量百分数为65％-100％，所述瓷粉的质量百分数为0％-35％，所述发热线路由金属电阻浆料制成，其形状呈“之”字形。