[发明专利]氮化铝加热器及其制造方法

说明书

一种加热器及制造方法，该加热器包括氮化铝基底，该氮化铝基底具有等于或小于1％的杂质，特别是不含多溴联苯、多溴二苯醚、六溴环十二烷、聚氯乙烯、氯化石蜡、邻苯二甲酸盐、镉、六价铬、铅和汞。银和钯的至少一个电阻迹线覆盖基底，银和铂或钯的导体也覆盖基底，该导体电连接到电阻迹线，以向电阻迹线施加外部电压来加热电阻迹线。至少四个玻璃层，但任选地五个玻璃层，覆盖电阻迹线以及导体的一部分。玻璃层的前两个连续层界定第一玻璃，该第一玻璃具有大于65％的固体含量和100Pa·s或更低的粘度。五个层中的后两个或三个连续层界定不同于第一玻璃的第二玻璃。

发明领域

本公开内容涉及用于多种用途的加热器。加热器界定了具有厚膜印刷(thickfilm printing)，包括电阻层和导电层以及玻璃覆盖层的基本上纯的氮化铝基底。

背景

加热器在机动车辆、电器和消费品(仅举几例)行业中有许多和不同的应用。加热器用作电动车辆和混合动力车辆的座舱加热器、洗碗机和洗衣机的热水器，以及吹风机/直发器、烹饪设备和空间加热器等的热源。在例如打印机和复印机的成像设备中，加热器存在于定影器(fuser)中，以熔化和固定介质上的墨粉。然而，当窄介质(narrow media)(例如，信封(envelope))被成像时，由于可能被损坏的低热质量部件，延伸超过介质的定影器的部分迅速过热。具有由氧化铝、厚膜印刷、陶瓷加热器加热的带式定影器的一些打印机将全尺寸介质的印刷速度从每分钟70页降低到窄介质的7ppm，以通过更好地控制温度来防止定影器损坏，但是以牺牲印刷速度为代价。

正温度系数(PTC)加热器已被测试作为防止在印刷窄介质期间损坏定影器的装置。一些人认为PTC加热器由于两个主要原因是合意的：1)PTC材料在温度范围内具有可以消除对其他部件的损坏的居里点(Curie point)，理论上允许窄介质以比用氧化铝加热器进行的速度更高的速度印刷；和2)PTC材料的较低居里点用作安全特征。然而，发明人注意到，单独的PTC材料并不有利，因为单独的PTC材料具有相对低的导热率。为了使PTC材料更有效，热量必须从PTC材料快速消散。此外，当冷时，PTC材料具有非常低的电阻，产生极高的浪涌电流(in-rush current)。

还提到了一种氮化铝衬底(厚膜加热器)，用于防止在窄介质的印刷期间对定影器的损坏。然而，迄今为止，氮化铝加热器局限于由约80％氮化铝和约20％氧化铝组成的混合物。与具有约23W/mK的导热率的氧化铝相比，这样的材料具有约80W/mK的导热率。因此，本发明人提出了一种基本上纯的氮化铝衬底(厚膜加热器)，其具有显著较高的导热率，导热率约为200W/mK。然而，到目前为止，还没有人能够在这样的衬底上成功地厚膜印刷大面积电阻体加热器而没有柯肯达尔空洞(例如，衬底上厚膜印刷的导体和电阻体层之间的空洞或间隙)。进而，诸如这些的空洞导致极高的电阻，从而导致加热器故障。此外，由于玻璃中的大空洞，现有的玻璃浆料不能用于厚膜印刷介电玻璃或用作导体层和电阻体层上的电绝缘层的盖板玻璃(cover glass)。发明人辨认出其中的一个原因，因为目前的制造工艺难以在具有导体、电阻体和玻璃浆料材料的衬底的高温烧制/加热(通常为850℃)期间使氮气脱气。

需要克服上述问题。发明人还注意到，加热器技术中的任何解决方案应进一步考虑在功耗、安全特征、升温特性、操作温度、加热速度、导热率、材料、成本、电气要求、构造、待加热材料、温度控制、与其他部件的安装/集成、大小、形状和尺寸等方面中存在的竞争性设计约束。

概述