專利名稱：金屬基板玻璃陶瓷電加熱器和電加熱器具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電加熱器以及帶電加熱器的加熱器具。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的食品及液體加熱器多為電熱管式，即將電熱管直接浸入液體中或?qū)⒉煌?電熱管焊接在被加熱器中或壓鑄在較低熔點(diǎn)的金屬體內(nèi)及嵌在金屬槽內(nèi)。另外還有的電加 熱器采用電熱膜厚膜式?，F(xiàn)有發(fā)熱體存在以下缺點(diǎn)，電熱管式加熱器加熱面積較小，面加熱不均勻，食品加 熱局部過熱，液體加熱極易結(jié)水垢，且體積大，熱慣性大，效率相對(duì)低，而且元件消耗有色金 屬，由于熱量過于集中壽命短。電熱膜厚膜式加熱器，由于加熱元件是厚膜式抗沖擊性差， 極易在電壓波動(dòng)及加熱環(huán)境變化而損壞，而且成本高，實(shí)際推廣意義受到嚴(yán)重影響。其它如 搪瓷發(fā)熱體、碳素纖維發(fā)熱體、玻璃發(fā)熱體、鎳金發(fā)熱體、PTC發(fā)熱體等各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用的 場(chǎng)合各有所長(zhǎng)。但由于各種發(fā)熱體的固有特點(diǎn)，導(dǎo)致各自的應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加熱快、壽命 長(zhǎng)、抗沖擊能力強(qiáng)、加熱面均勻、安全、環(huán)保節(jié)能、成本低的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器。為 此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它包括金屬基板，金屬基板緊密結(jié)合有作為絕緣導(dǎo)熱材料的 玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷內(nèi)部埋有作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲。在采用本發(fā)明的上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方 案所述緊密結(jié)合為玻璃陶瓷和金屬基板之間燒結(jié)形成有共晶層。所述緊密結(jié)合為玻璃陶瓷片和金屬基板之間燒結(jié)形成有共晶層。所述的金屬電阻箔片或金屬電阻絲為鎳鉻或鐵鉻鋁合金材料制成。所述的金屬電阻箔片或金屬電阻絲為由金屬電阻型材加工成形的金屬電阻元件。所述作為絕緣導(dǎo)熱材料的玻璃陶瓷為層狀復(fù)合玻璃陶瓷。所述層狀復(fù)合玻璃陶瓷為由底層玻璃陶瓷、過渡層玻璃陶瓷和覆蓋層玻璃陶瓷等 不同性能的玻璃陶瓷組成。所述底層玻璃陶瓷為與金屬基板形成共晶層并緊密結(jié)合、熱膨脹系數(shù)相匹配、平 均體密度每立方厘米大于等于3. 2克(彡3. 2g/cm3)，每立方厘米小于等于6克(彡6g/cm3) 的導(dǎo)熱玻璃陶瓷。所述過渡層玻璃陶瓷為與相鄰層玻璃陶瓷緊密結(jié)合、熱膨脹系數(shù)相匹配、平均體 密度每立方厘米大于等于3. 2克(彡3. 2g/cm3)，每立方厘米小于等于6克(彡6g/cm3)的 導(dǎo)熱絕緣玻璃陶瓷。對(duì)相鄰層玻璃陶瓷各種性能起到增強(qiáng)、平緩變化、彌補(bǔ)不足的作用。根 據(jù)對(duì)金屬基板玻璃陶瓷電加熱器產(chǎn)品使用性能要求的不同由一層或?qū)拥牟Ａ沾山M成。所述覆蓋層玻璃陶瓷為覆蓋作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲、與過渡
3層玻璃陶瓷緊密結(jié)合、熱膨脹系數(shù)相匹配的絕緣玻璃陶瓷。作為本發(fā)明的金屬基板可有一個(gè)或一個(gè)以上；所述金屬基板的表面形狀可以是平 面、曲面、球面、弧面等等，外形可以是方形、圓形、管狀及其它立體形狀等。所述金屬基板如 采用低熔點(diǎn)金屬如鋁等，亦可以鑄造的工藝與玻璃陶瓷片緊密結(jié)合在一起，所述玻璃陶瓷 片內(nèi)部埋有作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲，制成各種功能的電加熱器。本發(fā)明另一個(gè)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加熱快、壽 命長(zhǎng)、抗沖擊能力強(qiáng)、加熱面均勻、安全、環(huán)保節(jié)能、成本低的電加熱器具。為此，本發(fā)明采用 以下技術(shù)方案它包括容器體，容器體設(shè)有如上所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器。所述容器體可采用金屬容器(如材料為鋼材、鑄鐵、銅材及銅合金和不銹鋼等等) 或至少帶有一面作為加熱工作面的金屬基板的非金屬(如材料為陶瓷、石英玻璃、塑料、玻 璃陶瓷即微晶玻璃等等)或復(fù)合材料(如搪瓷等)容器等。在所述容器體作為加熱工作面的金屬基板表面涂覆所述底層玻璃陶瓷漿料，再在 所述底層玻璃陶瓷上涂覆一層或多層所述過渡層玻璃陶瓷漿料，然后將作為電熱元件的金 屬電阻箔片或金屬電阻絲放在所述過渡層玻璃陶瓷表面，最后涂覆所述覆蓋層玻璃陶瓷漿 料，在這過程中，經(jīng)一次或一次以上燒結(jié)，發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而形成層狀復(fù)合玻璃陶瓷，在 燒結(jié)過程中，底層玻璃陶瓷被擴(kuò)散到金屬基板表面的毛細(xì)孔隙中，其深度可達(dá)0. 02mm以 上，玻璃陶瓷擴(kuò)散滲入金屬基板表面內(nèi)并形成共晶層，使所述容器體作為加熱工作面的金 屬基板和底層玻璃陶瓷之間、作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲和作為絕緣材料 的玻璃陶瓷之間牢固結(jié)合在一起，制成電加熱器具。作為本發(fā)明的容器體，如采用低熔點(diǎn)金屬如鋁等，亦可以鑄造的工藝與金屬基板 玻璃陶瓷電加熱器結(jié)合在一起，制成電加熱器具。作為本發(fā)明的容器體，也可分別以機(jī)械的方法、焊接或粘接的工藝與金屬基板玻 璃陶瓷電加熱器結(jié)合在一起，制成電加熱器具。由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明所述底層玻璃陶瓷與作為加熱工作面的金屬 基板之間、所述覆蓋層玻璃陶瓷與作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲之間的的結(jié) 合強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)，并且耐高溫、不會(huì)熔化，潮濕狀態(tài)下不漏電，大大提 高了安全性，本發(fā)明功率密度大(可達(dá)60W/cm2)、耐熱沖擊性能強(qiáng)、加熱速度快、熱效率高、 加熱面均勻，體積小，結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)隨意性大，不消耗銅等有色金屬，環(huán)保節(jié)能。


圖1為本發(fā)明所提供的電加熱器具實(shí)施例的側(cè)視圖。圖2為本發(fā)明所提供的電加熱器具實(shí)施例的剖視圖。圖3為本發(fā)明所提供的電加熱器具實(shí)施例的仰視圖。圖4為本發(fā)明中玻璃陶瓷片與導(dǎo)熱金屬底之間的結(jié)合結(jié)構(gòu)剖視圖。圖5為本發(fā)明所提供的電加熱器實(shí)施例的側(cè)視圖。圖6為本發(fā)明所提供的電加熱器實(shí)施例的仰視圖。圖7為本發(fā)明中玻璃陶瓷片與金屬基板之間的結(jié)合結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖8為本發(fā)明中層狀復(fù)合玻璃陶瓷的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，參照附圖1、2、3、4、8。本發(fā)明所提供的電加熱器具包括容器體1，容器體1具有導(dǎo)熱金屬底2，它即所述 的作為加熱工作面的金屬基板，所述導(dǎo)熱金屬底上燒結(jié)作為絕緣導(dǎo)熱材料的玻璃陶瓷片3， 所述玻璃陶瓷片中間埋有作為電熱元件的金屬電阻箔片4或金屬電阻絲。加熱器的加熱面 積從^m2-—2000cm2,功率密度60W/cm2以內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)。玻璃陶瓷3和作為加熱工作面的金屬基板及作為電熱元件的金屬電阻箔片或金 屬電阻絲的結(jié)合方式為在作為加熱工作面的金屬基板表面涂覆所述底層玻璃陶瓷22-1 漿料，再在所述底層玻璃陶瓷上涂覆一層或多層所述過渡層玻璃陶瓷22-2或22-2、22-3漿 料，然后將作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲放在所述過渡層玻璃陶瓷表面，最 后涂覆所述覆蓋層玻璃陶瓷22-4漿料，在這過程中，經(jīng)一次或一次以上燒結(jié)，發(fā)生物理化 學(xué)反應(yīng)而形成層狀復(fù)合玻璃陶瓷，在燒結(jié)過程中，底層玻璃陶瓷被擴(kuò)散到金屬基板表面的 毛細(xì)孔隙中，其深度可達(dá)0. 02mm以上，玻璃陶瓷擴(kuò)散滲入金屬基板表面內(nèi)并形成共晶層6， 使作為加熱工作面的金屬基板和底層玻璃陶瓷之間、作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬 電阻絲和作為導(dǎo)熱絕緣材料的玻璃陶瓷之間牢固結(jié)合在一起，而過渡層玻璃陶瓷又將底層 玻璃陶瓷和覆蓋層玻璃陶瓷牢固結(jié)合在一起，制成一種新型的電加熱器具。通過以上方式實(shí)現(xiàn)了玻璃陶瓷與金屬之間的無間隙、無粘接材料的緊密結(jié)合，具 有連接強(qiáng)度高、抗熱沖擊能力強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、電氣絕緣強(qiáng)度高、具有良好的安全性能。玻璃陶瓷(Glass-ceramic)、又稱微晶陶瓷、微晶玻璃、微晶玉石或陶瓷玻璃。玻璃 陶瓷3能耐溫達(dá)800°C，而且不會(huì)燃燒及熔化，安全性好。所述底層玻璃陶瓷為平均體密度 每立方厘米大于等于3. 2克，每立方厘米小于等于6克的導(dǎo)熱玻璃陶瓷。所述過渡層玻璃 陶瓷為平均體密度每立方厘米大于等于3. 2克，每立方厘米小于等于6克的導(dǎo)熱絕緣玻璃 陶瓷。過渡層玻璃陶瓷的層數(shù)一般控制在一層至六層。作為本發(fā)明的電熱元件采用傳統(tǒng)的金屬電阻箔片或金屬電阻絲，具有可靠性高的 特點(diǎn)，材料主要包括鎳鉻或鐵鉻鋁合金等；作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲有 一組或一組以上，每組有兩根或兩根以上電極穿出玻璃陶瓷絕緣層。金屬電阻箔片或金屬 電阻絲可以設(shè)計(jì)成各種形狀，從而可以方便設(shè)計(jì)出不同的局部加熱溫度及加熱功率，應(yīng)用 于不同類型的產(chǎn)品，從民用到工業(yè)用產(chǎn)品。金屬電阻箔片的各種形狀可通過沖裁成型。金屬 電阻箔片能在電壓波動(dòng)大，負(fù)荷變化大的場(chǎng)所能經(jīng)得起各種沖擊，金屬電阻箔片的二端有 電極引出片5，電極引出片穿出玻璃陶瓷片與電源連接，電極引出片可連接各種電源接頭， 非常方便。金屬電阻箔片的厚度小于等于0. 05mm,散熱極好，配合玻璃陶瓷絕緣導(dǎo)熱材料后 可制造功率密度大，體積小，壽命特別長(zhǎng)的加熱器。作為本發(fā)明的加熱工作面的金屬基板可 采用如鋼材、鑄鐵、銅材及銅合金和不銹鋼等各種黑色或有色金屬材料。金屬底可以本身即為容器體底或者是通過釬焊等手段連接到容器體底上的金屬 薄板，如果金屬底采用通過釬焊等手段連接到容器體底上的金屬薄板時(shí)，可以先將金屬薄 板與所述玻璃陶瓷片燒結(jié)連接后，再連接到容器體底上。金屬底的表面形狀可以是平面、曲 面、球面、弧面等根據(jù)需要而設(shè)計(jì)的形狀，金屬底的材料可以是鐵、不銹鋼等導(dǎo)熱金屬材料。 通過燒結(jié)，金屬底與玻璃陶瓷片3連接，玻璃陶瓷被擴(kuò)散到金屬底表面的毛細(xì)間隙中，其深 度達(dá)0. 02mm以上，附圖標(biāo)號(hào)6為玻璃陶瓷擴(kuò)散入金屬底表面內(nèi)的部分，在燒結(jié)過程中金屬底表面與玻璃陶瓷擴(kuò)散入金屬底表面內(nèi)的部分一起形成共晶層，通過以上方式實(shí)現(xiàn)了玻璃 陶瓷片與金屬底之間的無間隙，無粘接材料的緊密性連接，強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性好，而且高絕緣 性，電氣強(qiáng)度高，安全。所述容器體可以是鍋、壺、杯、盤等器具，比如加熱食品、液體的鍋、壺、杯，燒、煎、 烤、炸食品的盤、鍋等。實(shí)施例2，參照附圖5、6、7、8。本發(fā)明所提供的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器包括導(dǎo)熱金屬基板21，所述導(dǎo)熱金 屬基板21上燒結(jié)由玻璃陶瓷22為絕緣導(dǎo)熱材料的加熱器，在燒結(jié)過程中，使玻璃陶瓷的 分子擴(kuò)散至導(dǎo)熱金屬基板21的表面內(nèi)達(dá)0. 02mm以上，在金屬基板和玻璃陶瓷之間形成共 晶層25，所述玻璃陶瓷中間埋有作為電熱元件的金屬電阻箔片23。加熱器的加熱面積從 4cm2-—2000cm2，功率密度60W/cm2以內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單的制作過程為在作為加熱工作面的金屬基板表面涂覆所述底層玻璃陶瓷 22-1漿料，再在所述底層玻璃陶瓷上涂覆一層或多層所述過渡層玻璃陶瓷22-2或22-2、 22-3漿料，然后將作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲放在所述過渡層玻璃陶瓷表 面，最后涂覆所述覆蓋層玻璃陶瓷22-4漿料，在這過程中，經(jīng)一次或一次以上燒結(jié)，發(fā)生物 理化學(xué)反應(yīng)而形成層狀復(fù)合玻璃陶瓷，在燒結(jié)過程中，底層玻璃陶瓷被擴(kuò)散到金屬基板表 面的毛細(xì)孔隙中，其深度可達(dá)0. 02mm以上，玻璃陶瓷擴(kuò)散滲入金屬表面內(nèi)并形成共晶層。 過渡層A玻璃陶瓷22-2和過渡層B玻璃陶瓷22-3處于底層玻璃陶瓷22_1與覆蓋層玻璃陶 瓷22-4之間，過渡了相鄰各層的性能，在燒結(jié)過程中，各層玻璃陶瓷之間相互滲透，緊密結(jié) 合在一起。作為加熱工作面的金屬基板和底層玻璃陶瓷之間，作為電熱元件的金屬電阻箔 片與過渡層B玻璃陶瓷22-3和覆蓋層玻璃陶瓷22-4之間牢固結(jié)合在一起，制成一種新型 的電加熱器，稱作金屬基板玻璃陶瓷電加熱器(Metal Placode Glass-ceramic Heater), 簡(jiǎn)稱金屬板發(fā)熱體(MPH)。通過以上方式實(shí)現(xiàn)了玻璃陶瓷與金屬之間的無間隙、無粘接材料的緊密結(jié)合，具 有連接強(qiáng)度高、抗熱沖擊能力強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、電氣絕緣強(qiáng)度高、具有良好的安全性能。本發(fā)明所提供的電加熱器即金屬基板玻璃陶瓷電加熱器(Metal Placode Glass-ceramic Heater)是一種以金屬作為基板、以金屬電阻箔片或金屬電阻絲作為電熱 元件、以玻璃陶瓷作為絕緣導(dǎo)熱材料，通過燒結(jié)而成，具有通電發(fā)熱功能的復(fù)合材料。玻璃陶瓷片22耐溫能達(dá)800°C，而且不會(huì)燃燒及熔化，安全性好。所述底層玻璃 陶瓷為平均體密度每立方厘米大于等于3. 2克，每立方厘米小于等于6克的導(dǎo)熱玻璃陶瓷。 所述過渡層玻璃陶瓷為平均體密度每立方厘米大于等于3. 2克，每立方厘米小于等于6克 的導(dǎo)熱絕緣玻璃陶瓷。過渡層玻璃陶瓷的層數(shù)一般控制在一層至六層。金屬電阻箔片能在 電壓波動(dòng)大，負(fù)荷變化大的場(chǎng)所能經(jīng)得起各種沖擊，金屬電阻箔片的二端有電極引出片M， 電極引出片穿出玻璃陶瓷片與電源連接。電極引出片可連接各種電源接頭，非常方便。金屬底(基板)的材料可以是鐵、不銹鋼等導(dǎo)熱金屬材料。金屬底(基板)21的 表面形狀可以是平面、曲面、球面、弧面等根據(jù)需要而設(shè)計(jì)的形狀，通過燒結(jié)，金屬底(基 板)21與玻璃陶瓷片22連接，底層玻璃陶瓷22-1被擴(kuò)散到金屬底(基板)表面的毛細(xì)間 隙中，其深度達(dá)0. 02mm以上，附圖標(biāo)號(hào)25為玻璃陶瓷擴(kuò)散入金屬底(基板)表面內(nèi)的部 分，在燒結(jié)過程中金屬底(基板)表面與底層玻璃陶瓷22-1擴(kuò)散入金屬底(基板)表面內(nèi)的部分一起形成共晶層25，通過以上方式實(shí)現(xiàn)了玻璃陶瓷片與金屬底(基板)之間的無間 隙，無粘接材料的緊密性連接，強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性好，而且高絕緣性，電氣強(qiáng)度高，安全。所述金屬基板和所述玻璃陶瓷片燒結(jié)結(jié)合后形成了發(fā)熱盤、發(fā)熱板或發(fā)熱片，它 可設(shè)置在托盤26等支撐、安裝機(jī)構(gòu)上，構(gòu)成加熱裝置，可以用來加熱諸如鍋、壺、杯、盤等器 具。電阻金屬箔片的厚度小于等于0. 05mm，散熱極好，配合玻璃陶瓷絕緣導(dǎo)熱材料后 可制造功率密度大，體積小，壽命特別長(zhǎng)的加熱器。電阻金屬箔片的材料可采用鎳鉻或鐵鉻 鋁合金，電阻金屬箔片或金屬絲可以設(shè)計(jì)成各種形狀，從而可以方便設(shè)計(jì)不同的局部加熱 溫度及加熱功率，應(yīng)用于不同類型的產(chǎn)品，從民用到工業(yè)用產(chǎn)品。電阻金屬箔片的各種形狀 可通過沖裁成型。
權(quán)利要求
1.金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，它包括金屬基板，其特征在于金屬基板緊密結(jié)合有作 為絕緣導(dǎo)熱材料的玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷內(nèi)部埋有作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬 電阻絲。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于所述緊密結(jié)合為玻璃 陶瓷和金屬基板之間燒結(jié)形成有共晶層。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于所述玻璃陶瓷為玻璃 陶瓷片，所述緊密結(jié)合為玻璃陶瓷片和金屬基板之間燒結(jié)形成有共晶層。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于作為絕緣導(dǎo)熱材料的 玻璃陶瓷為層狀復(fù)合玻璃陶瓷。
5.如權(quán)利要求4所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于所述層狀復(fù)合玻璃 陶瓷由底層玻璃陶瓷、過渡層玻璃陶瓷、覆蓋層玻璃陶瓷組成，過渡層玻璃陶瓷有一層或多 層；所述底層玻璃陶瓷為與金屬基板進(jìn)行所述緊密結(jié)合的導(dǎo)熱玻璃陶瓷。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于所述底層玻璃陶瓷為 平均體密度每立方厘米大于等于3. 2克，每立方厘米小于等于6克的導(dǎo)熱玻璃陶瓷。
7.如權(quán)利要求5所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于所述過渡層玻璃陶瓷 為與相鄰層玻璃陶瓷緊密結(jié)合的導(dǎo)熱絕緣玻璃陶瓷。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于所述過渡層玻璃陶瓷 為平均體密度每立方厘米大于等于3. 2克，每立方厘米小于等于6克的導(dǎo)熱絕緣玻璃陶瓷。
9.權(quán)利要求5所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器，其特征在于所述覆蓋層玻璃陶瓷為 覆蓋作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲的絕緣玻璃陶瓷。
10.一種電加熱器具，它包括容器體，其特征在于容器體設(shè)有權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、 7、8或9所述的金屬基板玻璃陶瓷電加熱器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬基板玻璃陶瓷電加熱器。它包括金屬基板，金屬基板緊密結(jié)合有作為絕緣導(dǎo)熱材料的玻璃陶瓷，玻璃陶瓷內(nèi)部埋有作為電熱元件的金屬電阻箔片或金屬電阻絲。本發(fā)明底層玻璃陶瓷與金屬基板之間、覆蓋層玻璃陶瓷與金屬電阻箔片或金屬電阻絲之間的結(jié)合強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)，并且耐高溫、不會(huì)熔化，潮濕狀態(tài)下不漏電，大大提高了安全性，本發(fā)明功率密度大(可達(dá)60W/cm2)、耐熱沖擊性能強(qiáng)、加熱速度快、熱效率高、加熱面均勻，體積小，結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)隨意性大，不消耗銅等有色金屬，環(huán)保節(jié)能。
文檔編號(hào)H05B3/28GK102076126SQ20111000222
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者張鴻鳴, 沈稚鳴 申請(qǐng)人:張鴻鳴, 沈稚鳴