[发明专利]一种新型厚膜电发热体及制备方法

说明书

本发明属于掺合型无机厚膜电加热技术，与硅酸盐技术、印刷电路技术，锡焊技术有关。

电热器具自问世以来有一百多年历史了，电热器具的电热元件通常采用电热丝作为电发热体。其主要缺点是：（1）热效率低（敞开式电炉的热效率只有42%-50%;电饭煲的热效率为70%-72%）;（2）成本高（镍络电热丝每公斤300-380元，必须配有电炉盘、云母片、石棉板及其他耐高温部件，电热系统结构复杂，成本较高）;（3）使用寿命短（电热丝通电加热时，一般工作在800℃以上的红热状态，直接暴露于空气中极易氧化）。针对电热丝加热方式存在的上述缺点，早在五十年代初，国际上提出采用电热膜作为电发热体的构想，发达国家在这方面的研究工作从未间断，但至今由于成膜材料大多使用金、银、铂及其他贵金属材料或氧化铟、氧化锡以及铟锡氧化物等掺杂的半导体膜材料，制膜工艺要求高、制膜设备复杂，成本太贵，使电热膜加热方式的应用仅限于航天，航空等少数高消费领域。

本发明的目的在于提出一种厚膜电发热体及制备方法，与传统的电热丝加热方式及其他电加热方式（如微波炉和电磁灶，热效率为80%-85%，成本价格高，属于高价电热器具）相比具有显著的优点是：（1）热效率高（热效率可达93%）;（2）成本低（膜材料成本以10瓦/平方厘米计仅为0.50元/千瓦膜）;（3）使用寿命长（可达10000小时以上）。与现有的其他电热膜技术相比，具有工艺性好，设备简单，适于大批量工业化生产，原材料都是普通工业原料，价格低廉，来源充足等显著优点，为在电加热领域推广应用电热膜加热方式提供了一整套新颖实用的技术方案。

本发明由厚膜电热膜，厚膜导电电极和可直接锡焊的厚膜导电焊点所构成。采用厚膜工艺（包括喷涂、刷涂、刮涂、浸涂、丝网印刷等厚膜工艺）直接制备在被加热器皿的外表面或电热元件的加热面（被加热器皿和电热元件必须由耐温绝缘材料所制成，如玻璃、搪瓷、陶瓷、云母片、表面经过绝缘处理的金属等），经烘干和烧结而永结地与被加热器皿或电热元件制成一体，通过调整膜配方、膜工艺、膜厚和膜几何图形可准确地控制膜功率密度（瓦/平方厘米）和膜总功率（瓦），在平面、曲面或任意凹凸面上可一次制成任何复杂的膜形，对于非均匀加热或局部加热的特殊情况尤为方便。膜的功率密度可根据需要在0-15瓦/平方厘米范围内选择，强制冷却时，膜功率密度可达80瓦/平方厘米以上，膜供电电源根据需要可设计成高压、低压、交流或直流，在一个电热产品上，可设计几块独立的膜形，通过转换开关，改变膜的串并联方式，可以方便地调节膜功率密度和膜总功率，膜受到划伤、刮伤等机械损伤时，可以方便地采用涂敷方法加以修复。本发明所使用的全部原材料都是普通工业原料，每千瓦膜仅为3-5克左右（以10瓦/平方厘米计）膜材料耗量极省，膜材料成本极低，仅为0.50元/千瓦膜。厚膜电发热体取代了传统的电热丝、电热管，电热盘等电热元件，省去了云母片、石棉板，炉盘等辅助部件，使电热系统结构大为简化，成本大幅度降低。

本发明的导电机理：在导电粉末材料中加入由多种氧化物所构成的厚膜交联剂，经烧结使导电粉末相互搭接而形成微观网络式导电通道。

本发明的高效节能强化传热机理：

①厚膜电发热体与被加热器皿或电热元件制成一体，发热面与受热面之间的接触面大于其几何面积（接触面有微小凹凸，展平后，真实接触面大于几何接触面）构成了最大限度的导热面，传热热阻较小。

②1000瓦厚膜电发热体自重仅3-5克左右（以10瓦/平方厘米计）自身热容能耗可忽略不计。

③厚膜电发热体发出的热量以热传导方式直接为受热体（即被加热器皿或电热元件）所吸收，与受热体始终处于平衡加热状态。例如：一块面积为100平方厘米1000瓦的厚膜电发热体制备在搪瓷火锅底面外侧，当锅内水处于100℃恒沸状态时，膜温最高只有150℃-180℃左右，纸张或棉花直接与膜接触也不会将其引燃，如此低的膜工作温度，大大降低了辐射对流热损失，解决了在通电加热状态下，膜材料氧化的问题，使膜工作寿命长达10000小时以上。这就是厚膜电热产品的热效率高达85%-93%;比电热丝加热方式具有显著的节能效果的机理。