專利名稱：氮化鈦電熱膜型發(fā)熱體及技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜狀電加熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到氮化鈦電熱膜技術(shù)。
現(xiàn)有的膜式電發(fā)熱體，有半導(dǎo)體薄膜型電熱膜，氧樹脂復(fù)合電熱膜，導(dǎo)電性聚合物復(fù)合材料，涂料型電熱膜等。中國(guó)專利CN86100500A和《北京科技報(bào)》87年第18期(87年9月20日出版)，公開了一種涂料型電熱膜及技術(shù)。所公開的以超細(xì)石墨粉為主要導(dǎo)電材料的電熱膜涂料，可直接刷涂、噴涂或浸涂在玻璃、陶瓷、搪瓷等材料的外表面，再加上電極和表面絕緣處理，便可制成電熱產(chǎn)品。這種電熱膜技術(shù)的缺點(diǎn)是，要經(jīng)過制漿、涂復(fù)、烘干、燒結(jié)等階段，工藝較煩瑣，在復(fù)雜形狀被加熱體上制膜困難，且膜層耐磨度差。最大的缺點(diǎn)是，這種電熱膜的電阻值易受原料成份品質(zhì)，顆粒細(xì)度，涂抹厚度等因素的影響，從而影響到產(chǎn)品的一次合格率。
本發(fā)明的目的，是提供一種低成本，高效率地制作電熱膜的材料氮化鈦，利用氮化鈦制作電熱膜的技術(shù)及氮化鈦電熱膜的具體用途。這種電熱膜，制作工藝簡(jiǎn)單，同基材間的結(jié)合力強(qiáng)，且無(wú)毒，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，耐磨度強(qiáng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在絕緣基材或經(jīng)絕緣處理的金屬表面沉積致密的膜狀氮化鈦，這種膜狀氮化鈦具有導(dǎo)電性，膜的幾何形狀，特別是厚度決定了膜的電阻值。根據(jù)需要在不同的基材上沉積不同形狀和厚度的氮化鈦膜，加上電極，便可制成不同的電熱器具。
其沉積工藝如下使用根據(jù)異常陰極輝光低壓等離子體放電原理所設(shè)置的工藝，如磁控濺鍍工藝，空心陰極離子鍍工藝，多弧離子鍍工藝等，用鈦制作陰極的表層，在低壓輝光放電作用下，陰極上鈦原子與充入的氮?dú)獗浑婋x。這種電離是不充分的(電離率可控制在20～80%)，因此一部分鈦離子與氮離子結(jié)合，生成了氮化鈦，另一部分鈦離子還原成鈦原子，這些鈦原子與氮化鈦共同凝聚，沉積在預(yù)先放置在陰極附近的基材表面，形成一層致密的膜層，即氮化鈦膜。顯然，只要控制住電離度，就可控制住氮化鈦與鈦原子的比例，也就控制住了氮化鈦膜的電阻率。例如，在磁控濺鍍工藝中，只要控制輸入氮?dú)獾姆謮海蚩刂拼牌珘?，便可控制電離度。
以下為幾種控制沉積膜幾何形狀的掩蓋法。
1.可將工裝夾具制成特定幾何形狀掩蓋在基材上，將氮化鈦濺射、沉積在掩蓋區(qū)以外的區(qū)域，從而制成預(yù)定形狀的電熱膜。這種辦法可在制造簡(jiǎn)單膜型時(shí)使用。
2.可用耐溫(1000℃以上)可水洗涂料涂復(fù)在基材上，涂復(fù)辦法可手描、絲網(wǎng)印刷、噴涂，氮化鈦濺鍍?cè)谕繌?fù)區(qū)以外的區(qū)域。濺鍍后用水洗去涂料，便可得到預(yù)定形狀的電熱膜。這種辦法可用于制造較復(fù)雜的膜型，所使用的最方便的涂料是超細(xì)瓷土與熟石膏的調(diào)水混合物。
3.對(duì)于細(xì)致精密膜型，可以在基材上印刷掩膜，如用感光樹脂制版印刷。由于在油墨上難以沉積氮化鈦膜層，從而可實(shí)現(xiàn)掩蓋效果。濺鍍后可用一般有機(jī)溶劑(如氯仿)清洗去油墨。在低壓下使用時(shí)，由于油墨有較好的絕緣性，也可不必清除。
本發(fā)明所述的氮化鈦電熱膜與成膜技術(shù)。有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。首先，制作工藝簡(jiǎn)單，可批量工業(yè)化生產(chǎn)。最簡(jiǎn)單的工裝夾具掩蓋法僅需濺鍍一個(gè)工序，最復(fù)雜的涂料掩蓋法也只需要掩膜、濺鍍、洗去掩膜三個(gè)工序。其次，用本發(fā)明所述的濺鍍法形成的氮化鈦膜層同基材間有很好的結(jié)合力。并且，氮化鈦的化學(xué)，物理性能穩(wěn)定，無(wú)毒，可用在有酸、堿、鹽霧的場(chǎng)合。另外，氮化鈦本身還具有黃金般的裝飾性色彩，有良好的耐磨度。
上述優(yōu)點(diǎn)，決定了本發(fā)明有著廣泛的用途。以下為本發(fā)明實(shí)施例及附圖(除特異形外，常用的還有)1.可制成板狀電熱器具。這種膜型可用工裝夾具掩蓋法制成。
(1)它可單獨(dú)使用，構(gòu)成熱菜板、暖腳板，相片壓光板，工業(yè)用板式加熱器，塑料貼面熱壓器，燙金熱壓板等。

圖1-1表示了電阻值較小的一種膜型結(jié)構(gòu);圖1-2表示了電阻值較大的一種膜型結(jié)構(gòu)。
(2)它可多塊組合，構(gòu)成大面積加熱壁，用各種形式的電極引出網(wǎng)絡(luò)。即可以通過對(duì)各發(fā)熱單元的串、并聯(lián)，以達(dá)到預(yù)定總電阻值。圖1-3為叉指狀分布電極引出的大面積加熱壁。
2.可制成柵狀電熱器具。這種結(jié)構(gòu)有較大的熱交換面積，適用于流體加熱，采暖設(shè)備等。
(1)可以整體制作柵狀基材，在基材上沉積各種圖形的膜后，再在兩端引出電極。如圖2-0所示。
(2)可以用有凸臺(tái)的單板疊成柵狀，單板雙面都沉積有相連的膜層，可根據(jù)所需功率的大小和電壓的高低，疊成串聯(lián)柵狀器具或并聯(lián)柵狀器具。圖2-1為串聯(lián)式單片元件正視圖。圖2-2為串聯(lián)式單片元件側(cè)剖視圖。圖2-3為串聯(lián)柵狀電熱器具半剖示意圖。圖3-1為并聯(lián)式單片元件正視圖。圖3-2為并聯(lián)式單片元件側(cè)剖視圖，圖3-3為并聯(lián)柵狀電熱器具半剖示意圖。
3.可制成管柱狀電熱器具。圖4-1所示為整體復(fù)膜型。圖4-2所示為一端封閉的雙螺旋線狀復(fù)膜型。這種電熱器具可采用涂料掩蓋法加工。本例可廣泛用于電熱杯，電熱保溫杯等容器加熱，也可用于工業(yè)管道加熱。
4.可在紙張、人造革、尼龍絲等柔性材料上沉積氮化鈦膜，制成柔性電熱器件，如電熱布、熱療服裝等。
5.可制成兼有裝飾效果的電熱膜，常見的氮化鈦膜為金黃色，若控制加工溫度，沉積厚度;或加入其他微量氣體(如甲烷)等等可獲得銀白至紫蘭色彩。所以，可利用掩膜多次濺鍍工藝，在玻璃、陶瓷面上制作出套色圖案，若直接通入安全電壓，就構(gòu)成裝飾性電熱器件，可廣泛用于玻璃窗上除霜，浴室除霧等。
6.可適用于感應(yīng)加熱。如在杜瓦瓶真空內(nèi)壁鍍上氮化鈦，外套保溫層，外部放置交變感應(yīng)線圈，線圈通電時(shí)，氮化鈦導(dǎo)電膜上產(chǎn)生渦流發(fā)熱，如圖5所示。
附圖符號(hào)說明1基材2氮化鈦膜層3電極引出處4電極引出網(wǎng)絡(luò)5發(fā)熱小單元6基材剖面7孔8瓶塞9真空腔10外感應(yīng)圈
權(quán)利要求
1.一種電發(fā)熱體，由基材、電極、電熱膜組成，其特征在于電熱膜的制作材料為氮化鈦。
2.一種制造權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體的方法，其特征在于，可使用根據(jù)異常陰極輝光低壓等離子體放電原理所設(shè)置的工藝，如磁控濺鍍工藝，空心陰極離子鍍工藝，多弧離子鍍工藝，用金屬鈦與氮?dú)庵苽涞仯瑢⒌仦R射、沉積在基材上，并在基材上成致密膜狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，可通過對(duì)輸入氮?dú)夥謮?，或控制磁偏壓，來控制電離度，即控制膜的電阻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，可采用掩蓋辦法，將氮化鈦沉積膜制成具有特定電阻值的特定幾何形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可將夾持基材的工裝夾具制成特定幾何形狀，掩蓋在基材上，將氮化鈦濺鍍?cè)谘谏w區(qū)以外的區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可用耐溫可水洗涂料涂復(fù)在基材上，將氮化鈦濺鍍?cè)谕繌?fù)區(qū)以外的區(qū)域，濺鍍后用水洗去涂料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可在基材上印刷油墨掩膜，如用感光樹脂版印刷，將氮化鈦濺鍍?cè)谘谀ひ酝獾膮^(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，涂復(fù)方法可以是手描，絲網(wǎng)印刷，噴涂。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、8所述的方法，其特征在于，最方便的涂料是超細(xì)瓷土與熟石膏的調(diào)水混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9所述的電發(fā)熱體，其特征在于，可制成板狀電熱器件，柵狀電熱器件，管柱狀電熱器件，柔性電熱器件及特異型電熱器件，可通過控制溫度并加入其他微量氣體(如甲烷)制成彩色電發(fā)熱體，可用于感應(yīng)加熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的板狀電熱器件，其特征在于，可是熱菜板，暖腳板等單塊板，可將多塊電熱板組合為電熱壁，電熱壁的板間電極可有各種引出方式，如用又指狀導(dǎo)線引出。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的柵狀電熱元件，其特征在于，可是暖氣片。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的管狀電熱元件，其特征在于，其膜可是整體復(fù)膜，可是線狀復(fù)膜，如雙螺旋線狀復(fù)膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管狀電熱元件，其特征在于，可是電熱杯，可是電熱保溫杯，可用于細(xì)菌培養(yǎng)杯等小空間溫度控制，可用于工業(yè)管道加熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的彩色發(fā)熱體，其特征在于，可用掩膜多次濺鍍工藝，在玻璃面、陶瓷面上制作出套色圖案。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的彩色發(fā)熱體，其特征在于，可制成裝飾性電熱器件，用于玻璃窗除霜，浴室除霧等。
全文摘要
本發(fā)明的電發(fā)熱體由基材、電極以及氮化鈦電熱膜組成。本發(fā)明公開了一種制作電熱膜的新材料氮化鈦，制作這種有預(yù)定電阻率的氮化鈦膜的技術(shù)，及這種氮化鈦膜型發(fā)熱體的具體應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1034462SQ8810030
公開日1989年8月2日 申請(qǐng)日期1988年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月20日
發(fā)明者侯夢(mèng)斌 申請(qǐng)人:侯夢(mèng)斌