專利名稱：一種粘合型的電發(fā)熱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電發(fā)熱體技術(shù)，涉及電熱膜、電熱塊及絕緣層的制造技術(shù)的改進(jìn)。
目前在電熱器具中，采用電熱膜、電熱塊作為電發(fā)熱體，因其熱效率遠(yuǎn)高于金屬電熱絲而獲得廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有的電熱膜技術(shù)，一是二氧化錫類電熱膜，采用熱噴涂方法制造，工藝要求及制造成本較高，且大多數(shù)只應(yīng)用于低溫小功率范圍；二是北京太陽(yáng)能研究所公開(kāi)的燒結(jié)型電熱膜技術(shù)(CN87103537A)，提出一種由底材、單層或多層絕緣底層，單層或多層電熱膜和導(dǎo)電電極組成，其電熱膜是由多種氧化物組成的低熔點(diǎn)玻璃(中間體)作載體，超細(xì)石墨粉為主的導(dǎo)電粒子作導(dǎo)電材料，必須經(jīng)高溫?zé)Y(jié)才能成膜并與絕緣底材或絕緣底層固結(jié)，其燒結(jié)溫度一般需520℃左右(該公開(kāi)材料稱該電熱膜的燒結(jié)溫度為350°～650℃，實(shí)際上低于500℃是難以燒結(jié)成膜的)，而根據(jù)文獻(xiàn)和試驗(yàn)證實(shí)，石墨在450℃左右將開(kāi)始氧化反應(yīng)，因而這種電熱膜在成膜前將造成石墨劇烈氧化，不但燒結(jié)工藝復(fù)雜，而且燒結(jié)工藝條件對(duì)電熱膜阻值影響甚大，不易制造出質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，這種電熱膜的缺點(diǎn)還在于不耐高溫，只能在短時(shí)間內(nèi)承受300～350℃，長(zhǎng)期工作溫度要求不超過(guò)180℃，承受功率密度也不高。此外，該電熱膜只能在燒結(jié)后才能上電極，在制造過(guò)程中對(duì)半成品不能進(jìn)行阻值測(cè)量，也難以控制產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，由于該電熱膜與電極粘結(jié)劑是不同材料，因而常會(huì)在電極與電熱膜二者的接觸邊界發(fā)生“跳火”現(xiàn)象而破壞電熱膜，該電熱膜還由于容易發(fā)生功率衰退現(xiàn)象而影響產(chǎn)品的耐久性。該公開(kāi)文獻(xiàn)提供的絕緣底層制造技術(shù)，也是由多種氧化物組成的中間體作載體加絕緣填料在高溫下燒結(jié)而成，一般燒結(jié)溫度也需520℃以上，生產(chǎn)實(shí)際證明，燒結(jié)溫度超過(guò)500℃，不但增加了工藝的難度，而且對(duì)某些產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)(如糖瓷制品)將會(huì)受到一定的限制。
該技術(shù)還由于配制電熱膜材料和絕緣層材料使用了揮發(fā)性的稀釋劑(大量為醇類)，在燒結(jié)時(shí)，醇類揮發(fā)排放將對(duì)大氣環(huán)境造成污染，而且導(dǎo)致電熱膜結(jié)構(gòu)較疏松。影響電熱膜質(zhì)量。
本發(fā)明為克服上述電發(fā)熱體產(chǎn)品的弊端而提出一種粘合型絕緣層及粘合型電熱膜或電熱塊構(gòu)成的新型電發(fā)熱體及其制造技術(shù)，該電發(fā)熱體可以在較低溫度下固化而成，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，并簡(jiǎn)化了制造工藝，節(jié)約能耗。
本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)措施達(dá)到電發(fā)熱體包括底材、一層或多層絕緣層、一層或多層電熱膜或電熱塊、導(dǎo)電電極，其特征在于絕緣層是底材表面的絕緣底層或(和)多層電熱膜或電熱塊的層間絕緣層或(和)電熱膜或電熱塊表面絕緣密封層，絕緣層由無(wú)機(jī)粘合劑載體與絕緣粒子復(fù)合組成的絕緣復(fù)合體材料經(jīng)固化構(gòu)成，電熱膜或電熱塊則由導(dǎo)電復(fù)合體材料經(jīng)固化構(gòu)成，該導(dǎo)電復(fù)合體材料由無(wú)機(jī)粘合劑載體與導(dǎo)電粒子復(fù)合組成，其中可添加適量固化劑或(和)填料。用本發(fā)明的技術(shù)方案可形成各種電發(fā)熱體的設(shè)計(jì)，層次排列可有下列形式a、絕緣底材(如陶瓷、玻璃等絕緣底材)加電熱膜或電熱塊加表面絕緣密封層(如

圖1)；b、底材加絕緣底層加電熱膜或電熱塊加表面絕緣密封層(如圖2)，也可不設(shè)表面絕緣密封層(如圖3、圖4)，電熱膜或電熱塊根據(jù)需要可設(shè)一層或多層，電熱膜或電熱塊的層間可設(shè)有絕緣層。每層電熱膜的厚度可為0.04～0.45mm，每層電熱塊的厚度可為0.45～4.0mm，每層絕緣層的厚度可為0.05～5mm。電熱膜或電熱塊對(duì)絕緣底材或絕緣層的附著主要依靠導(dǎo)電復(fù)合體材料中無(wú)機(jī)粘合劑的粘合力，同樣，絕緣層對(duì)底材或電熱膜或電熱塊的附著，主要也是依靠絕緣復(fù)合體材料中無(wú)機(jī)粘合劑的粘合力，因而本發(fā)明所采用的絕緣層以及電熱膜或電熱塊均屬于粘合型。
本發(fā)明的導(dǎo)電電極可用導(dǎo)電復(fù)合體材料作為粘結(jié)劑直接粘結(jié)在電熱膜或電熱塊上，由于該粘結(jié)劑與電熱膜或電熱塊是同一種材料，有利于使導(dǎo)電電極和電熱膜或電熱塊形成一體化。
本發(fā)明采用硅酸鹽類粘合劑或(和)磷酸鹽類粘合劑作為導(dǎo)電復(fù)合體材料以及絕緣復(fù)合體材料的無(wú)機(jī)粘合劑載體。所說(shuō)的硅酸鹽類粘合劑可為堿金屬硅酸鹽，可用中性水玻璃、鈉水玻璃、鉀水玻璃、銣水玻璃、鋰水玻璃的單組分或多組分復(fù)合物。所說(shuō)的磷酸鹽類粘合劑可為酸式磷酸鹽、偏磷酸鹽、焦磷酸鹽或直接由磷酸與金屬氧化物、鹵化物、氫氧化物、堿性鹽類、硅酸鹽、硼酸鹽的反應(yīng)物，可以采用上述材料的單組分或多組分的復(fù)合物。
本發(fā)明導(dǎo)電復(fù)合體材料中的導(dǎo)電粒子組分可采用合金粉，導(dǎo)電有機(jī)金屬化合物粉、金屬?gòu)?fù)合物粉、金屬與非金屬?gòu)?fù)合物粉、金屬與化合物復(fù)合物粉、導(dǎo)電非金屬粉、導(dǎo)電非金屬化合物粉、導(dǎo)電金屬化合物粉的單組分或多組分的混合物。導(dǎo)電粒子的顆粒直徑可為2μ～0.5mm，最適宜的顆粒直徑為3μ～0.05mm。所說(shuō)的合金粉可為鎳鋁合金粉，所說(shuō)的導(dǎo)電有機(jī)金屬化合物粉可為羰基鎳粉，所說(shuō)的金屬與非金屬?gòu)?fù)合物粉可為鎳包石墨粉，所說(shuō)的金屬與化合物復(fù)合物粉可為鎳包氧化鋁粉、鎳包硅藻土粉、鎳包氧化鋯粉、鎳包碳化鎢粉、鎳包氟化鈣粉、鎳包二硫化鉬粉，所說(shuō)的導(dǎo)電非金屬粉為碳黑粉、石墨粉、重?fù)桨雽?dǎo)體硅粉，所說(shuō)的導(dǎo)電非金屬化合物粉為碳化硅粉，所說(shuō)的導(dǎo)電金屬化合物粉為碳化鎢粉。
所說(shuō)的導(dǎo)電粒子也可采用導(dǎo)電短纖維，包括碳短纖維或(和)石墨短纖維或(和)碳化硅短纖維，短纖維的長(zhǎng)度可為0.2～20mm，直徑可為5～200μ，最好采用長(zhǎng)度為3～5mm，直徑為7～20μ的導(dǎo)電短纖維。
導(dǎo)電復(fù)合體材料的固化劑可采用氧化物粉，包括二氧化硅粉、氧化鎂粉、氧化鈣粉、氧化鐵粉、氧化鋅粉、氧化鈦粉、氧化鉻粉、氧化鋁粉等，還可采用氫氧化鋁粉、氟硅酸鹽粉、硼酸鹽粉、磷酸鹽粉等，可采用上述材料的單組分或多組分混合物。導(dǎo)電復(fù)合體材料的填料可采用云母粉、莫來(lái)石粉、硅灰石粉、滑石粉、硫酸鋇粉等的單組分或多組分混合物。
本發(fā)明的絕緣復(fù)合體材料的絕緣粒子可采用絕緣氧化物粉、包括氧化鉛粉、氧化鐵粉、氧化鋯粉、氧化鎂粉、氧化鈣粉、氧化鈦粉、氧化鋇粉、氧化鋁粉、氧化鉻粉、二氧化硅粉等，還可采用云母粉、硅灰石粉、滑石粉、莫來(lái)石粉、粘土粉、硫酸鋇粉、可采用上述材料的單組分或多組分混合物。
導(dǎo)電復(fù)合體材料各成分含量的確定，主要考慮材料的導(dǎo)電率，粘結(jié)強(qiáng)度，固化速度緒因素，根據(jù)產(chǎn)品功率要求和選用的材料，各組份的組成比例可在較大范圍內(nèi)選擇，一般的含量比例范圍如下(重量百分比、組分總量為100％)無(wú)機(jī)粘合劑載體15～70％；
導(dǎo)電粒子8～75％；余量為固化劑或(和)填料。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)電粒子最適宜的含量為12～35％(重量百分比)。
在絕緣復(fù)合體材料中，無(wú)機(jī)粘合劑載體含量可占10～90％，最適宜的含量為20～45％，余量為絕緣粒子(重量百分比)。
本發(fā)明可按下列工藝流程制造(1)配制導(dǎo)電復(fù)合體材料和絕緣復(fù)合體材料；(2)用絕緣復(fù)合體材料在底材表面或電熱膜或電熱塊上以噴涂或刷涂或刮涂或滾涂或印刷等方法形成絕緣層后將其涼干或烘干固化；(3)用導(dǎo)電復(fù)合體材料在絕緣底材或絕緣層上用噴涂或刷涂或刮涂或滾涂或絲網(wǎng)印刷等方法形成電熱膜或電熱塊，然后將其涼干或烘干固化；(4)用導(dǎo)電復(fù)合體材料把導(dǎo)電電極粘結(jié)或包埋在電熱膜或電熱塊上；(5)將最后的制成的半成品烘干固化，每道工序及最后工序?qū)χ瞥晌锝^緣層或電熱膜或電熱塊的烘干固化可在50℃～450℃的范圍內(nèi)進(jìn)行，烘干時(shí)間為30分鐘至10小時(shí)，從提高效率及節(jié)省能源等角度考慮，最合適的固化條件為固化溫度100℃～300℃，固化時(shí)間為30分鐘～120分鐘。
本發(fā)明的功率設(shè)計(jì)可由電熱膜或電熱塊的厚度、面積，本身的阻值及兩電極距離決定。
本發(fā)明由于采用了新型材料制備絕緣層以及電熱膜或電熱塊，產(chǎn)品可以在較低溫度下烘干固化制成，不必經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)工序，因而工藝簡(jiǎn)化，而且產(chǎn)品成品率高，質(zhì)量穩(wěn)定。電發(fā)熱體在半成品階段(固化之前)即可檢測(cè)阻值，使產(chǎn)品的電氣參數(shù)易于控制。由于粘合電極的粘合劑材料與電熱膜或電熱塊材料性質(zhì)一致，可有效地消除電極與電熱膜或電熱塊接觸邊界“跳火”現(xiàn)象。絕緣復(fù)合體材料可在電發(fā)熱體的外表面構(gòu)成一層絕緣密封層而使電發(fā)熱體更符合使用環(huán)境要求。
本發(fā)明的電發(fā)熱體產(chǎn)品具有可耐600℃高溫而性能不劣化，能長(zhǎng)時(shí)間在250℃下工作(經(jīng)試驗(yàn)在240～260℃下工作3000小時(shí)性能不劣化)，能產(chǎn)生和承受高達(dá)30瓦／厘米2的功率密度，能耐急熱－急冷反復(fù)沖擊、耐通電－斷電反復(fù)沖擊的良好電氣性能。
本發(fā)明可適應(yīng)并根據(jù)底材的形式制成各種整體式的電熱電器，包括家用、工農(nóng)業(yè)、科研、國(guó)防等領(lǐng)域應(yīng)用的電熱電器及電熱設(shè)備與裝置，也可制成各種型式用于裝配電熱電器，設(shè)備、裝置的電熱元件。
圖1至圖4為不同型式的電發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中〔1〕為一般底材，〔2〕為絕緣底材，〔3〕為絕緣底層，〔4〕為電熱膜或電熱塊，〔5〕為表面絕緣密封層，〔6〕為導(dǎo)電電極。
實(shí)施例一搪瓷類電熱電器的制作在搪瓷加熱容器的加熱部位，用配制的絕緣復(fù)合體材料滾涂絕緣底層，厚度為1mm，烘干后，在絕緣底層上用導(dǎo)電復(fù)合體材料印制(絲網(wǎng)印刷)電熱膜，厚度為0.08mm，然后在電熱膜上用相同的導(dǎo)電復(fù)合體材料粘合包埋導(dǎo)電電極(可用銅薄帶)，檢測(cè)半成品電熱膜阻值合格后，將其烘干，再用絕緣復(fù)合體材料在電熱膜上刷涂絕緣密封層，厚度為0.3mm，再予烘干固化。所用的導(dǎo)電復(fù)合體材料的配方為(重量百分比)鈉水玻璃(40·Be′)43％，鎳包氧化鋁粉34％，二氧化硅粉4％，氧化鋯粉9％，氧化鎂粉10％。絕緣復(fù)合體材料的配方為(重量百分比)酸式磷酸鋁(濃度48％)42％，氧化鎂粉7.5％，氧化鋁粉15％，二氧化硅粉21％，三氧化鉻粉5.3％，氧化鈦粉9.2％。烘干固化條件溫度為150℃，烘干時(shí)間為60分鐘。
實(shí)施例二絕緣陶瓷質(zhì)底材的電發(fā)熱體的制作在底材上用配制的導(dǎo)電復(fù)合體材料刮涂電熱塊，厚度0.45mm，在電熱塊上用相同的導(dǎo)電復(fù)合體材料粘合包埋導(dǎo)電電極，檢測(cè)電熱塊半成品電阻值合格后進(jìn)行烘干，用配制的絕緣復(fù)合體材料在電熱塊上刷涂絕緣密封層，厚度為1.0mm，最后烘干固化而成。所用導(dǎo)電復(fù)合體材料配方為(重量百分比)中性水玻璃(40·Be′)44％，石墨粉12％，硅酸鋁粉10％，三氧化二鋁粉10％，二氧化硅粉24％。絕緣復(fù)合體材料配方(重量百分比)中性水玻璃(40·Be′)32％，二氧化硅粉19％，三氧化二鐵粉24％，氧化鋯粉13％，氧化鋇粉5％，氧化鉛粉7％。烘干固化條件固化溫度為250℃，固化時(shí)間為80分鐘。
實(shí)施例三具有二層電熱膜的電發(fā)熱體，層次順序?yàn)榈撞?、絕緣底層、電熱膜、絕緣層、電熱膜、表面絕緣密封層，二層電熱膜分別粘結(jié)導(dǎo)電電極，可形成兩組獨(dú)立的發(fā)熱體，導(dǎo)電復(fù)合體材料配方為(重量百分比)酸式磷酸鋁(濃度48％)48％，石墨粉10％，鎳包石墨粉5％，二氧化鈦粉6.7％，二氧化硅粉18％，氧化鎂粉7.5％，三氧化鉻4.8％。絕緣復(fù)合體材料配方為(重量百分比)鈉水玻璃(39·Be′)30％，三氧化二鐵粉30％，氧化鈣粉5％，氧化鎂粉5％，二氧化鈦粉7％，二氧化硅粉20％，氧化鋇粉3％。厚度電熱膜0.15mm，絕緣層0.25mm，固化溫度120℃，固化時(shí)間70分鐘。
權(quán)利要求1.一種電發(fā)熱體，包括底材、一層或多層絕緣層、一層或多層電熱膜或電熱塊、導(dǎo)電電極，其特征在于絕緣層是底材表面的絕緣底層或(和)多層電熱膜或電熱塊的層間絕緣層或(和)電熱膜或電熱塊表面絕緣密封層，絕緣層由無(wú)機(jī)粘合劑載體與絕緣粒子復(fù)合組成的絕緣復(fù)合體材料經(jīng)固化構(gòu)成，電熱膜或電熱塊則由導(dǎo)電復(fù)合體材料經(jīng)固化構(gòu)成，所說(shuō)的導(dǎo)電復(fù)合體材料由無(wú)機(jī)粘合劑載體與導(dǎo)電粒子復(fù)合組成，其中可添加適量固化劑或(和)填料。
2.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于導(dǎo)電電極用所說(shuō)的導(dǎo)電復(fù)合體材料直接粘結(jié)在電熱膜或電熱塊上。
3.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于每層電熱膜的厚度為0.04～0.45mm，每層電熱塊的厚度為0.45～4.0mm，每層絕緣層為0.05～5mm。
4.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的導(dǎo)電復(fù)合體材料和絕緣復(fù)合體材料的無(wú)機(jī)粘合劑載體均為硅酸鹽類粘合劑或(和)磷酸鹽類粘合劑。
5.按權(quán)利要求3所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的硅酸鹽類粘合劑為堿金屬硅酸鹽。
6.按權(quán)利要求4所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的堿金屬硅酸鹽為中性水玻璃、鈉水玻璃、鉀水玻璃、銣水玻璃、鋰水玻璃的單組分或多組分復(fù)合物。
7.按權(quán)利要求3所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的磷酸鹽類粘合劑為酸式磷酸鹽、偏磷酸鹽、焦磷酸鹽或直接由磷酸與金屬氧化物、鹵化物、氫氧化物、堿性鹽類、硅酸鹽、硼酸鹽的反應(yīng)物，可以是上述材料單組分或多組分的復(fù)合物。
8.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的導(dǎo)電粒子為合金粉、導(dǎo)電有機(jī)金屬化合物粉、金屬?gòu)?fù)合物粉、金屬與非金屬?gòu)?fù)合物粉、金屬與化合物復(fù)合物粉、導(dǎo)電非金屬粉、導(dǎo)電非金屬化合物粉、導(dǎo)點(diǎn)金屬化合物粉的單組分或多組分的混合物，導(dǎo)電粒子的顆粒直徑為2μ～0.5mm，最適宜的顆粒直徑為3μ～0.05mm。
9.按權(quán)利要求7所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的合金粉為鎳鋁合金粉，所說(shuō)的導(dǎo)電有機(jī)金屬化合物粉為羰基鎳粉，所說(shuō)的金屬?gòu)?fù)合物粉為鎳包鋁粉，所說(shuō)的金屬與非金屬?gòu)?fù)合物粉為鎳包石墨粉，所說(shuō)的金屬與化合物復(fù)合物粉為鎳包氧化鋁粉、鎳包硅藻土粉、鎳包氧化鋯粉、鎳包碳化鎢粉、鎳包氟化鈣粉、鎳包二硫化鉬粉，所說(shuō)的導(dǎo)電非金屬粉為碳黑粉、石墨粉、重?fù)桨雽?dǎo)體硅粉，所說(shuō)的導(dǎo)電非金屬化合物粉為碳化硅粉，所說(shuō)的導(dǎo)電金屬化合物粉為碳化鎢粉。
10.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的導(dǎo)電粒子也可為導(dǎo)電短纖維，包括碳短纖維或(和)石墨短纖維或(和)碳化硅短纖維，短纖維的長(zhǎng)度可為0.2～20mm，直徑可為5～200μ，最好采用長(zhǎng)度為3～5mm，直徑為7～20μ的導(dǎo)電短纖維。
11.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的導(dǎo)電復(fù)合體材料的固化劑可為氧化物粉，包括二氧化硅粉、氧化鎂粉、氧化鈣粉、氧化鐵粉、氧化鋅粉、氧化鈦粉、氧化鉻粉、氧化鋁粉，還可為氫氧化鋁粉，氟硅酸鹽粉、硼酸鹽粉、磷酸鹽粉，可為上述物質(zhì)單組分或多組分混合物；所說(shuō)的填料可為云母粉、莫來(lái)石粉、硅灰石粉、滑石粉、硫酸鋇粉的單組分或多組分混合物。
12.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的絕緣復(fù)合體材料的絕緣粒子為絕緣氧化物粉，包括氧化鉛粉、氧化鐵粉、氧化鋯粉、氧化鎂粉、氧化鈣粉、氧化鈦粉、氧化鋇粉、氧化鋁粉、氧化鉻粉、二氧化硅粉以及云母粉、硅灰石粉、滑石粉、莫來(lái)石粉、粘土粉、硫酸鋇粉的單組分或多組分混合物。
13.按權(quán)利要求1所述的電發(fā)熱體，其特征在于所說(shuō)的導(dǎo)電復(fù)合體材料各成分含量(重量百分比，復(fù)合體總量為100％)為無(wú)機(jī)粘合劑載體15～70％，導(dǎo)電粒子8～75％，余量為固化劑或(和)填料，導(dǎo)電粒子最適宜的含量為12～35％；所說(shuō)的絕緣復(fù)合體材料中，無(wú)機(jī)粘合劑載體含量可占10～90％，最適宜含量為20～45％(重量百分比)，余量為絕緣粒子。
專利摘要一種粘合型電發(fā)熱體，涉及電熱膜、電熱塊、絕緣層制造技術(shù)的改進(jìn)，本裝置由底材、一層或多層絕緣層、一層或多層電熱膜或電熱塊以及導(dǎo)電電極構(gòu)成，其特點(diǎn)在于絕緣層由粘合型絕緣復(fù)合體材料制成，電熱膜或電熱塊由粘合型導(dǎo)電復(fù)合體材料制成，該電發(fā)熱體可在較低溫度下烘干固化，避免燒結(jié)工序，大大簡(jiǎn)化了工藝，并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)品率高，電氣性能優(yōu)異，能耗低。適于制造各種類型的電熱電器、電熱裝備及裝置。
文檔編號(hào)H05B3/20GK2053418SQ8920155
公開(kāi)日1990年2月21日 申請(qǐng)日期1989年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月3日
發(fā)明者曾憲富, 霍玉云 申請(qǐng)人:廣州市華遠(yuǎn)電熱電器廠