專(zhuān)利名稱(chēng)：：陶瓷發(fā)熱元件及陶瓷發(fā)熱組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及電熱類(lèi)產(chǎn)品，具體涉及發(fā)熱元件及基于發(fā)熱元件的發(fā)熱組件。
背景技術(shù)：
：參見(jiàn)圖1，目前電熱類(lèi)產(chǎn)品中通常使用PTC(正溫度系數(shù))發(fā)熱組件，該發(fā)熱組件由至少一組發(fā)熱單元構(gòu)成(圖1中為三組)，發(fā)熱單元包括至少一個(gè)PTC發(fā)熱體1-3和通過(guò)導(dǎo)電膠1-2粘連于PTC發(fā)熱體兩側(cè)的散熱鋁片1-1，PTC發(fā)熱組件通過(guò)每個(gè)發(fā)熱單元兩側(cè)的散熱鋁片延長(zhǎng)作為電極l-4。上述PTC發(fā)熱組件工作時(shí)整個(gè)散熱鋁片1-1表面帶電，不安全，必須采用額外的絕緣防護(hù)處理；此外，PTC發(fā)熱元件固有的啟動(dòng)功率在515秒內(nèi)非線(xiàn)性急劇變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程有以下不好地方一是導(dǎo)致PTC發(fā)熱元件的升溫速率慢，二是對(duì)電路存在一個(gè)非常明顯大的沖擊電流，電路設(shè)計(jì)要求比較苛刻。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新型陶瓷發(fā)熱元件及基于陶瓷發(fā)熱元件的發(fā)熱組件。上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種陶瓷發(fā)熱元件，包括至少兩層氧化鋁基材、形成于氧化鋁基材層間的導(dǎo)電層、連接導(dǎo)電層的電極及導(dǎo)線(xiàn)。.一種基于上述陶瓷發(fā)熱元件的發(fā)熱組件，由至少一個(gè)發(fā)熱單元構(gòu)成，發(fā)熱單元由陶瓷發(fā)熱元件、絕緣膠及通過(guò)絕緣膠粘接在氧化鋁陶瓷發(fā)熱元件上下表面的散熱片組成，所述陶瓷發(fā)熱元件包括至少兩層氧化鋁基材、形成于氧化鋁基材層間的導(dǎo)電層、連接導(dǎo)電層的電極及導(dǎo)線(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)用新型提供的陶瓷發(fā)熱元件從通電啟動(dòng)到穩(wěn)定工作溫度的整個(gè)工作期間電阻與溫度為正線(xiàn)性關(guān)系，無(wú)明顯的沖擊電流；本實(shí)用新型提供的陶瓷發(fā)熱組件在工作時(shí)散熱片表面不帶電，并能通過(guò)4500V/1S耐壓測(cè)試，安全可靠，溫度與時(shí)間、功率與時(shí)間為緩慢變化的近似線(xiàn)性關(guān)系，初始升溫速率明顯在相同加熱條件下比PTC發(fā)熱組件快，達(dá)到相同加熱效果時(shí)的平衡功率比PTC發(fā)熱組件明顯節(jié)能。圖1是現(xiàn)有的PTC發(fā)熱組件的分立組成圖2是本實(shí)用新型采用的陶瓷發(fā)熱組件的分立組成圖3是本實(shí)用新型采用的陶瓷發(fā)熱組件中陶瓷發(fā)熱元件的俯視表面圖4是圖3中A-A處即陶瓷發(fā)熱元件電極處的剖面圖5是陶瓷發(fā)熱元件的電阻-溫度特性圖6是現(xiàn)有的PTC發(fā)熱元件的電阻-溫度特性圖7是本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件與PTC發(fā)熱組件的溫度-時(shí)間特性對(duì)比圖;圖8是本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件與PTC發(fā)熱組件的電流-時(shí)間特性對(duì)比圖。具體實(shí)施方式如圖3所示，氧化鋁陶瓷發(fā)熱元件2-1包括氧化鋁絕緣基體陶瓷3-1、設(shè)置于氧化鋁絕緣基體陶瓷3-1內(nèi)部的導(dǎo)電層(圖中未示)、連接導(dǎo)電層的電極3-2及導(dǎo)線(xiàn)3-3。如圖4所示，本實(shí)施例中，氧化鋁絕緣基體陶瓷3-1具休包括氧化鋁底層3-6及氧化鋁上層3-5，所述導(dǎo)電層形成于氧化鋁底層3-6和氧化鋁上層3-5之間，氧化鋁卜.層3-5上設(shè)置狹小內(nèi)凹閉孔，該內(nèi)凹閉孔表面積占整個(gè)氧化鋁絕緣基體陶瓷3-1總表面的比例小于5%，電極3-2及導(dǎo)線(xiàn)3-3的端部設(shè)置在該內(nèi)凹閉孔內(nèi)，用于發(fā)熱元件電極引出，內(nèi)凹閉孔采用絕緣硅膠填補(bǔ)。導(dǎo)線(xiàn)為鎳線(xiàn)，且采用鐵氟龍膠管套住引出。為了導(dǎo)通順暢，內(nèi)凹閉孔處的導(dǎo)電層上設(shè)置鎳鍍層3-4。上述陶瓷發(fā)熱元件的制作方法，步驟如下1)用流延法制備純度為96%及以上的氧化鋁陶瓷片，如氧化鋁底層3-6、氧化鋁上層3-5;2)在每?jī)善趸X陶瓷片之間用絲網(wǎng)印刷方式形成導(dǎo)電層；3)疊壓處理后的多片氧化鋁陶瓷片在通入一定比例水蒸氣的濕氫氣還原氣氛下在高于1600。C條件下高溫?zé)Y(jié)；4)設(shè)置兩個(gè)與導(dǎo)電層連接的電極，在電極處進(jìn)行鍍鎳，形成鎳鍍層電極；5)在氫氣氣氛爐中用銀銅合金作為焊料將電極與鎳金屬導(dǎo)線(xiàn)焊接；6)用高溫鐵氟龍?zhí)?管套住鎳金屬導(dǎo)線(xiàn)，并在鎳金屬導(dǎo)線(xiàn)與鎳鍍層電極連接處附上絕緣硅膠。其中，步驟2)中的所述導(dǎo)電層的金屬槳料為耐高溫的金屬電阻漿料，同時(shí)添加純度為96%及以上的絕緣材料作為添加物以調(diào)整電阻漿料的電阻率。圖4中的爬電距離(兩個(gè)導(dǎo)電部件之間或?qū)щ姴考c器具邊界之間的沿絕緣物表面測(cè)得的最短距離)完全符合GB4706.1-2005《家用和類(lèi)似用途電器的安全第1部分通用要求》和IEC60335-1-2006《Householdandsimilarelectricalappliances-Safety-Part1:Generalrequirements)家用及類(lèi)似用途電器安全標(biāo)準(zhǔn)。如圖2所示，陶瓷發(fā)熱組件包括至少一組陶瓷發(fā)熱單元(圖中為三組)，每組發(fā)熱單元由氧化鋁陶瓷發(fā)熱元件2-l、絕緣膠2-2及散熱片1-1粘接組成。氧化鋁陶瓷發(fā)熱元件2-1上下表面均通過(guò)絕緣膠粘接一散熱片1-1，散熱片1-1采用鋁或鋁合金材料，絕緣膠采用耐50(TC高溫的絕緣膠。通過(guò)絕緣硅膠和高溫鐵氟龍?zhí)坠芴幚?，兩邊用能?0(TC高溫的絕緣膠與鋁散熱片粘連起來(lái)作為一發(fā)熱單元，鋁散熱片可采用放射式、波紋式、鰭片式等結(jié)構(gòu)，發(fā)熱組件由這樣的一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱單元通過(guò)并聯(lián)或者串聯(lián)方式連接起來(lái)構(gòu)成。結(jié)合圖2及上述表述，每組陶瓷發(fā)熱單元及整個(gè)陶瓷發(fā)熱組件表面不帶電，加上氧化鋁基體材料的良好絕緣性能，發(fā)熱組件能通過(guò)4500V/1S的耐壓測(cè)試，完全消除了表面帶電的潛在安全隱患。下面進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明本實(shí)用新型的有益效果圖5是本實(shí)用新型的陶瓷發(fā)熱元件在常溫(25士2。C)阻值為94Q的電阻-溫度曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該陶瓷發(fā)熱元件的電阻隨著溫度緩慢平穩(wěn)變化，這種變化為正溫度系數(shù)的線(xiàn)性關(guān)系，明顯不同于圖6所示的現(xiàn)有的PTC發(fā)熱元件的電阻-溫度特性圖，由圖6可知，PTC發(fā)熱元件剛一通電時(shí)，元件的電阻值隨溫度的升高而下降，呈負(fù)溫度亦即NTC特性；當(dāng)溫度升高到一定范圍時(shí)，PTC發(fā)熱元件將呈正溫度特性，正溫度特性的起點(diǎn)即為所謂的居里點(diǎn)。正是由于本實(shí)用新型的電阻-溫度的正線(xiàn)性關(guān)系，本質(zhì)上決定了本實(shí)用新型的陶瓷發(fā)熱元件不存在沖擊電流。將本實(shí)用新型的陶瓷發(fā)熱元件與PTC發(fā)熱元件在粘連相同面積與加熱長(zhǎng)度的同一規(guī)格散熱裝置形成相應(yīng)的發(fā)熱組件，在相同的加載電壓下，在相同的空載啟動(dòng)后，30秒通過(guò)自制風(fēng)機(jī)加載恒定量的風(fēng)阻(自制風(fēng)機(jī)分別與PTC發(fā)熱組件及陶瓷發(fā)熱組件組成熱風(fēng)機(jī))，表l、表2分別是PTC發(fā)熱組件及本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件的測(cè)試數(shù)據(jù)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1和表2的數(shù)據(jù)可以明顯看出，在其它相同條件下加載固定電壓，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件空氣加熱效果優(yōu)于PTC發(fā)熱組件空氣加熱效果，一是表現(xiàn)在空載加載的30S內(nèi)，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件升溫明顯快，15S時(shí)，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件溫度達(dá)14(TC，而PTC發(fā)熱組件對(duì)應(yīng)溫度僅為78'C;二則空氣加熱組件表明平衡溫度本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件為169°C，PTC發(fā)熱組件對(duì)應(yīng)平衡溫度為153°C;三則加載相同風(fēng)阻后的風(fēng)口平衡溫度本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件(風(fēng)口5mm溫度138°C;風(fēng)口40mm溫度78°C)也同樣優(yōu)于PTC發(fā)熱組件(風(fēng)口5mm溫度119°C;風(fēng)口40mm溫度71°C)。圖7、圖8分別是本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件與PTC發(fā)熱組件的溫度-時(shí)間、電流-時(shí)間特性對(duì)比圖。在本實(shí)驗(yàn)例中，由于在其它相同條件下，加載電壓恒定，回路電流就表征了加熱組件的功耗，從表1與表2及圖8電流曲線(xiàn)圖可知，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件的平衡電流為0.91A，PTC發(fā)熱組件為1.28A,電流表征功率，故本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件的平衡功率僅為PTC發(fā)熱組件的71.09%(0.91/1.28)，從節(jié)能情況看，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件的功耗明顯低于PTC發(fā)熱組件，比PTC發(fā)熱組件節(jié)能29.91%((1.28-0.91)/1.28)。從圖8看出，PTC發(fā)熱組件有一個(gè)非常大的沖擊電流3.86A。在本實(shí)驗(yàn)例中對(duì)電流曲線(xiàn)積分，就能看出在某時(shí)間段內(nèi)，PTC發(fā)熱組件及本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件的功耗情況。我們可以對(duì)兩者的電流曲線(xiàn)取OS—5400S(1.5h)積分，圖8中的附表給出了對(duì)應(yīng)的積分計(jì)算結(jié)果。從積分面積看，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件為4918.05，PTC發(fā)熱組件為6899.45，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件積分面積少了28.72%((6899.45-4918.05)/6899.45)。前面分析得知，電流表征電功率，由此可知，在相同條件下，空載啟動(dòng)，30S加載相同風(fēng)阻，在測(cè)試時(shí)間段內(nèi)(5400S，1.5h)，本實(shí)用新型陶瓷發(fā)熱組件的功耗比PTC發(fā)熱組件低了28.72%。本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例；例如，所述高溫共燒陶瓷發(fā)熱元件可以包括三片或三片以上的氧化鋁陶瓷片以及；所述高溫共燒陶瓷發(fā)熱組件可以由一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)以上的高溫共燒陶瓷發(fā)熱單元組成；基于上述實(shí)施例的、未做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的簡(jiǎn)單替換，應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型揭露的范圍。權(quán)利要求1、一種陶瓷發(fā)熱元件，其特征在于包括至少兩層氧化鋁基材、形成于氧化鋁基材層間的導(dǎo)電層、連接導(dǎo)電層的電極及導(dǎo)線(xiàn)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷發(fā)熱元件，其特征在于，所述導(dǎo)電層由耐高溫的金屬電阻漿料及作為添加物的絕緣材料構(gòu)成。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷發(fā)熱元件，其特征在于，其中一層氧化鋁基材設(shè)有內(nèi)凹閉孔，電極及導(dǎo)線(xiàn)的端部設(shè)置在該內(nèi)凹閉孔內(nèi)，內(nèi)凹閉孔采用絕緣硅膠填補(bǔ)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫共燒陶瓷發(fā)熱元件，其特征在于，所述電極為鎳鍍層電極。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫共燒陶瓷發(fā)熱元件，其特征在于，所述導(dǎo)線(xiàn)采用鐵氟龍膠管套住引出。6、一種基于陶瓷發(fā)熱元件的發(fā)熱組件，由至少一個(gè)發(fā)熱單元構(gòu)成，其特征在于發(fā)熱單元由陶瓷發(fā)熱元件、絕緣膠及通過(guò)絕緣膠粘接在氧化鋁陶瓷發(fā)熱元件上下表面的散熱片組成，所述陶瓷發(fā)熱元件包括至少兩層氧化鋁基材、形成于氧化鋁基材層間的導(dǎo)電層、連接導(dǎo)電層的電極及導(dǎo)線(xiàn)。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫共燒陶瓷發(fā)熱組件，其特征在于所述散熱片為.放射式、波紋式或鰭片式中的-種或其結(jié)合。專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種陶瓷發(fā)熱元件，包括至少兩層氧化鋁基材、形成于氧化鋁基材層間的導(dǎo)電層、連接導(dǎo)電層的電極及導(dǎo)線(xiàn)?；谏鲜鎏沾砂l(fā)熱元件的發(fā)熱組件，由至少一個(gè)發(fā)熱單元構(gòu)成，發(fā)熱單元由上述陶瓷發(fā)熱元件、絕緣膠及散熱片粘接組成。本實(shí)用新型提供的陶瓷發(fā)熱元件從通電啟動(dòng)到穩(wěn)定工作溫度的整個(gè)工作期間電阻與溫度為正線(xiàn)性關(guān)系，無(wú)明顯的沖擊電流；陶瓷發(fā)熱組件在工作時(shí)散熱片表面不帶電，并能通過(guò)4500V/1s耐壓測(cè)試，安全可靠，溫度與時(shí)間、功率與時(shí)間為緩慢變化的近似線(xiàn)性關(guān)系，初始升溫速率明顯在相同加熱條件下比PTC發(fā)熱組件快，達(dá)到相同加熱效果時(shí)的平衡功率比PTC發(fā)熱組件明顯節(jié)能。文檔編號(hào)H05B3/20GK201418159SQ200920054728公開(kāi)日2010年3月3日申請(qǐng)日期2009年4月16日優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日發(fā)明者吳崇雋,斌王,蘇方寧申請(qǐng)人:珠海粵科京華電子陶瓷有限公司