本發(fā)明涉及一種電熱元件及其制備方法，尤其涉及一種長壽命電熱元件及其制備方法。
背景技術(shù)：
：電熱元件是是實(shí)現(xiàn)電能向熱能轉(zhuǎn)化的一類元件。電熱元件種類很多，電熱膜是新型的電熱元件，它由導(dǎo)電物質(zhì)和成膜物質(zhì)組成，是將膜直接制備在被加熱的載體上，使導(dǎo)電物和膜狀基片組合為一體。電熱膜發(fā)熱效率好，節(jié)能省電。電熱元件中常用二氧化錫膜，但純二氧化錫膜的阻值不穩(wěn)定，使用壽命短，通過添加一些元素可以改善二氧化錫膜的電學(xué)特性。本發(fā)明優(yōu)化了電熱膜制備過程中退火步驟的熱處理工藝，并在二氧化錫膜層間添加了炭黑，顯著改善了電熱元件的阻值穩(wěn)定性和使用壽命。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種長壽命電熱元件。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種長壽命電熱元件的制備方法。本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟：(1)將氯化亞錫、四氯化錫、乙醇、異丙醇、乙二醇、乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至500-530℃，將電熱膜溶液加熱為550-650℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻?，氮?dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時(shí)間為10-20min；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材在150-480℃下加熱處理20-30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為550-650℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻妫獨(dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時(shí)間為10-20min；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材在150-480℃下加熱處理20-30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為550-650℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻?，氮?dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時(shí)間為10-20min；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理5-10min，然后在300℃下加熱處理10-20min，在150℃下加熱處理5-10min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1-2份炭黑、0.05-0.1份乙酸、5-15份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌25-40min，得到炭黑懸浮液；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為500-600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻?，氮?dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時(shí)間為10-20min；(5)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理5-10min，然后在300℃下加熱處理10-20min，在150℃下加熱處理5-10min；(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬15-20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復(fù)步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1-2份的炭黑、0.1-0.5份的改性劑、0.05-0.1份的乙酸、5-15份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌25-40min，得到炭黑懸浮液；所述改性劑為硅烷類偶聯(lián)劑或離子液體；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為500-600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻?，氮?dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時(shí)間為10-20min；(5)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理5-10min，然后在300℃下加熱處理10-20min，在150℃下加熱處理5-10min；(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬15-20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復(fù)步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。優(yōu)選地，所述硅烷類偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑ZQ-172。優(yōu)選地，所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽。優(yōu)選地，所述基材為石英玻璃或陶瓷。本發(fā)明還提供采用上述方法制備而成的長壽命電熱元件。本發(fā)明所述一種長壽命電熱元件及其制備方法，采用階段式熱處理工藝，并在二氧化錫層間引入預(yù)處理的炭黑，顯著提高了電熱元件的電學(xué)性能，制備得到的電熱元件阻值變化率低、阻值穩(wěn)定性好，使用壽命長。具體實(shí)施方式電阻變化率測試：對制備得到的長壽命電熱元件的電阻變化率進(jìn)行測試，采用190V的加載電壓，用VC9801A型萬用表測量線路電流有效值，電熱元件的升溫速率為2℃/min，每隔十分鐘讀取一次數(shù)值，根據(jù)所測數(shù)據(jù)計(jì)算出電阻值，然后求取平均電阻值，得出得到的長壽命電熱元件1000℃時(shí)相對于室溫時(shí)的電阻變化率，記為A％；在1000℃下工作1000h后，根據(jù)測試數(shù)據(jù)計(jì)算出電阻值，然后求取在1000℃下工作1000h后的電阻相對于在1000℃下工作1h時(shí)電阻的變化率，記為B％。附著性能測試：對制備得到的長壽命電熱元件的附著性能進(jìn)行測試，根據(jù)國家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8554-1997《氣相沉積薄膜與基體附著力的劃痕試驗(yàn)法》進(jìn)行。采用WS-2005型涂層附著力自動劃痕儀進(jìn)行測試，測試方法為聲發(fā)射測量方式測試，加載速率5N/min，劃痕速率2mm/min。實(shí)施例中各原料介紹：氯化亞錫，采用中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司提供的牌號為R503的聚丙烯樹脂。四氯化錫，CAS號：7772-99-8，由南京化學(xué)試劑股份有限公司提供。乙醇，使用無水乙醇，由南京化學(xué)試劑股份有限公司提供。異丙醇，CAS號：67-63-0，由南京化學(xué)試劑股份有限公司提供。乙二醇，CAS號：107-21-1，由福建昆侖石化產(chǎn)品有限公司提供。乙酸，CAS號：367-64-6，由濟(jì)南萬興達(dá)化工有限公司提供。四氯化碳，CAS號：56-23-5，由廣州蘇喏化工有限公司提供。銀漿，由深圳市鑫盛豐科技有限公司提供，產(chǎn)品規(guī)格b-3008。炭黑，CAS號：1333-86-4，由廣州彬榮化工有限公司提供。硅烷偶聯(lián)劑ZQ-172，CAS號：1067-53-4，由南京化學(xué)試劑股份有限公司提供。1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽，CAS號：663199-28-8，由上海默尼化工科技有限公司提供。石英玻璃，由東?？h順然石英制品有限公司提供，尺寸為30cm×5cm×0.5cm。實(shí)施例1一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻妫獨(dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時(shí)間為15min；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材在480℃下加熱處理30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實(shí)施例2一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻?，氮?dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時(shí)間為15min；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材在300℃下加熱處理30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實(shí)施例3一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻妫獨(dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時(shí)間為15min；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材在150℃下加熱處理30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實(shí)施例4一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻?，氮?dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時(shí)間為15min；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理10min，然后在300℃下加熱處理15min，在150℃下加熱處理5min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實(shí)施例5一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1份的炭黑、0.06份的乙酸、10份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30min，得到炭黑懸浮液；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻妫獨(dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時(shí)間為15min；(5)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理10min，然后在300℃下加熱處理15min，在150℃下加熱處理5min；(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復(fù)步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實(shí)施例6一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數(shù)均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1份的炭黑、0.3份的改性劑、0.06份的乙酸、10份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30min，得到炭黑懸浮液；所述改性劑為硅烷偶聯(lián)劑ZQ-172；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮?dú)鈳诱羝麌娚湓诨谋砻妫獨(dú)饬髁繛?0L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時(shí)間為15min；(5)將經(jīng)步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理10min，然后在300℃下加熱處理15min，在150℃下加熱處理5min；(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復(fù)步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實(shí)施例7與實(shí)施例6基本相同，區(qū)別僅僅在于：步驟(2)所述的改性劑為1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽。實(shí)施例8優(yōu)選地，所述改性劑為硅烷偶聯(lián)劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽質(zhì)量比(1-3)：(1-3)的混合物。與實(shí)施例6基本相同，區(qū)別僅僅在于：步驟(2)所述的改性劑為硅烷偶聯(lián)劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽，二者的質(zhì)量比為1:2。電阻變化率測試結(jié)果為：A％＝0.83，B％＝1.02；附著性能測試結(jié)果為：附著力為213N。測試?yán)?對制備得到的長壽命電熱元件進(jìn)行電阻變化率測試。具體測試結(jié)果見表1。表1：電阻變化率數(shù)據(jù)表A％B％實(shí)施例13.625.22實(shí)施例25.3712.36實(shí)施例37.4815.15實(shí)施例42.072.79實(shí)施例51.832.45實(shí)施例61.421.56實(shí)施例71.051.24實(shí)施例4在退火步驟采用分階段熱處理制備得到電熱元件，發(fā)現(xiàn)其升溫電阻變化率和長時(shí)間1000℃工作時(shí)電阻變化率均小于單一溫度熱處理?xiàng)l件制備得到的電熱元件(實(shí)施例1-3)，原因是沉積在基材上的電熱膜處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，分階段加熱處理一方面利于膜表面及內(nèi)部不同沸點(diǎn)溶劑的充分揮發(fā)，減少晶體缺陷，另一方面也給電熱膜的主要成分二氧化錫提供能量，二氧化錫晶粒逐漸長大，使亞穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)，因此得到的電熱元件的阻值穩(wěn)定性好，提高使用壽命。實(shí)施例5將炭黑負(fù)載在兩層二氧化錫膜之間，提高電熱元件的導(dǎo)電性，炭黑物理穩(wěn)定性高，作為導(dǎo)熱材料長時(shí)間受熱不團(tuán)聚，對電熱膜的結(jié)構(gòu)起到支撐作用，因此能提高其阻值穩(wěn)定性。實(shí)施例6-7進(jìn)一步使用硅烷偶聯(lián)劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽預(yù)處理炭黑，并將炭黑負(fù)載在兩層二氧化錫膜之間，改性劑預(yù)處理后炭黑與二氧化錫層間的相容性提高，界面阻值降低，利于提高阻值穩(wěn)定性，延長使用壽命。測試?yán)?對制備得到的長壽命電熱元件的附著性能進(jìn)行測試，具體測試結(jié)果見表2。表2：附著性能測試表附著力/N實(shí)施例1127實(shí)施例289實(shí)施例3115實(shí)施例4153實(shí)施例5162實(shí)施例6176實(shí)施例7184實(shí)施例4采用分階段加熱處理方法，制備得到的電熱元件中電熱膜更致密、牢固，與基材結(jié)合力增強(qiáng)。發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例5將炭黑負(fù)載在兩層二氧化錫膜之間，提高了電熱元件的附著性能；實(shí)施例6-7進(jìn)一步用硅烷偶聯(lián)劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽預(yù)處理炭黑，可能是因?yàn)樵龃罅硕趸a和炭黑層間的結(jié)合力，使電熱膜結(jié)構(gòu)更加緊密，附著力提高，利于延長使用壽命。當(dāng)前第1頁1 2 3