一种薄厚膜复合电热涂层制造技术

一种薄厚膜复合电热涂层，由薄膜电阻涂层和厚膜导电涂层复合而成。采用化学气相生长工艺和厚膜工艺制备在耐温绝缘底材的加热面，可制成超轻、超薄、超小型电热元件、快速升温远红外电热元件、耐高温薄膜电阻等。具有成本低、寿命长、升温快、效率高、耐温、耐湿、耐磨、耐腐蚀、耐老化、工作温度高达６００℃等突出优点，在工业、农业、国防、科研和民用电器等领域可替代传统的电热丝，具有广阔的应用前景。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本项专利技术属于掺合型无机厚膜导电涂层与半导体氧化物本征型薄膜电阻涂层复合而成的电热涂层。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涂层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，但至今由于涂层材料大多使用金、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材料，工艺要求高、设备复杂，成本太贵，使电热涂层加热方式的应用仅限于航天，航空等少数高消费领域。本项专利技术的目的在于提出一种厚膜导电涂层与薄膜电阻涂层复合而成的新型电热涂层，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(每平方分米涂层材料仅为0.2克-0.3克，材料成本仅为0.1-0.2元/平方分米);(3)使用寿命长(可达10000小时以上)。与现有的其他电热涂层相比，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。本项专利技术最突出的优点是在厚膜导电涂层和薄膜电阻涂层的组份及配比上有突破性的改进，使电热涂层工作温度提高到600℃，为在电加热领域推广应用电热涂层加热方式提供了一整套先进、新颖、实用的技术方案。本项专利技术由厚膜导电涂层与薄膜电阻涂层复合而成。厚膜导电涂层是导电电极，薄膜电阻涂层是电热涂层。薄膜电阻涂层采用化学气相生长工艺直接制备在绝缘底材的加热面。(绝缘底材必须由耐温绝缘材料所制成，如陶瓷、普通玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、人工云母、天然云母、搪瓷等)，厚膜导电涂层采用厚膜工艺(如喷涂、刷涂、刮涂、浸涂、丝网印刷等厚膜工艺)涂制在薄膜电阻涂层的适当部位作为导电电极，经烘干、烧结与薄膜电阻涂层和绝缘底材永久地结成一体。通过调整涂层配方、涂层工艺、涂层厚度和涂层几何图形，可准确地控制涂层功率密度(瓦/平方厘米)和涂层总功率(瓦)，在平面、曲面或任意凹凸面上可一次制成任何复杂形状的涂层，对于非均匀加热或局部加热的特殊情况尤为方便。涂层的功率密度可根据需要在0-10瓦/平方厘米范围内选择，散热条件较好的环境中加热时，涂层功率密度可达60瓦/平方厘米以上，电热涂层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，可设计几块独立的电热涂层，通过转换开关，改变其串联方式，可以方便地调节涂层功率密度和涂层总功率。本项专利技术所使用的全部原材料都是普通工业原料，涂层材料成本极低，每平方分米涂层材料仅为0.2-0.3克，材料成本仅为0.1-0.2元/平方分米，薄厚膜复合电热涂层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。本项专利技术的导电机理薄膜电阻涂层是一种含有多种氧化物的正温度系数的半导体氧化物电阻涂层，它含有氧化物(SnO2)、氧化硼(B2O3)、氧化锑(Sb2O3)，这三种氧化物处于单一组份状态时，不具有导电性，只有按照一定的配比，采用适当的工艺，使三种氧化物一次生长成半导体本征型薄膜涂层时，(涂层内部为单相材料，三种氧化物以化学键结合，分布均匀无法将三种氧化物再行分开)，才具有导电性。厚膜导电涂层由银(Ag)、氧化铅(PbO)、氧化磷(P2O5)、氧化硼(B2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化铜(CuO)混均后经烧熔、球磨、过筛制成粉末状厚膜交联剂，银粉是导电填料，在银粉中加入适量的交联剂经烘干、烧结，厚膜交联剂软化流动与银粉浸润粘合，使银粉颗粒之间互相搭接而形成微观网络式导电通道。本项专利技术提出的薄膜电阻涂层的组份重量百分含量是氧化锡(SnO)75%-97%、氧化硼(B2O3)1.0%-7.0%、氧化锑(Sb2O3)3.0%-23%。本项专利技术提出的厚膜导电涂层的组份重量百分含量是银(Ag)97.1%-99.0%、氧化铅(PbO)1.00%-2.00%、氧化硼(B2O3)0.30%-0.40%、氧化磷(P2O5)0.10%-0.20%、氧化硅(SiO2)0.10%-0.20%、氧化铜(CuO)0.01%-0.10%。本项专利技术的制备方法根据薄膜电阻涂层的组份重量百分含量，称取化学当量的四氯化锡(SnCl4)、三氯化锑(SbCl3)和三氯化硼(BCl3)溶于乙醇，配制成乙醇溶液，取少量溶液(例如10毫升)注入瓷蒸发皿内，放在化学气相生长炉的气源加热台上蒸发，炉内放入预先处理过的底材(如陶瓷、普通玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、人工云母、天然云母、搪瓷等)，当气源加热台上的蒸发皿有蒸汽产生时，转动底材固定架，使底材在炉内转动以便生长厚度均匀的薄膜电阻涂层，直到蒸发器内的溶液全部蒸发干净为止，在化学气相生长过程中，气源加热台的温度应控制在100℃-300℃，炉内温度为400℃-650℃，薄膜电阻涂层的厚度为0.05μ-1.00μ，涂层方块电阻为5Ω/□-1000Ω/□，一次消耗的溶液越多，则涂层越厚，涂层方块电阻越小。根据厚膜导电涂层的组份重量百分含量称取氧化铅、氧化磷、氧化硼、氧化硅、氧化铜，混匀后于高温下烧熔，烧熔温度为800℃-1200℃，烧熔时间均为15分钟-75分钟，烧熔好的料块，须经40小时-50小时球磨，过250目-300目标准筛，制成粉末状厚膜交联剂，其粉末颗粒直径≤50μ。然后根据厚膜导电涂层的组份重量百分含量称取银粉(也可以用化学当量Ag20或Ag2CO3作为银的原料)与制成的厚膜交联剂混均，加入适量的松油醇调成粘度适当的浆料，采用厚膜工艺在薄膜电阻涂层的适当部位涂制所需图形的厚膜导电涂层作为导电电极于100℃-200℃下，烘干10分钟-20分钟，于400℃-650℃下烧结6-30分钟即成。厚膜导电涂层的厚度为0.05毫米-0.30毫米，其表面可直接焊锡，松油醇是用来调整浆料粘度的稀释剂，在烘干烧结过程中，稀释剂完全挥发干净，稀释剂的加入量(重量%)为25%-65%，以浆料粘度适于采用厚膜工艺制膜为准，可选用的稀释剂还有甘油、丙二醇、二丁脂、松节油、樟脑油、食用油、润滑油等，可以任选其中一种，也可以混合使用。本项专利技术的技术参数表一技术参数表 本项专利技术的用途①制备超轻、超薄、超小型电热元件(如电热板、电热片、电热条带、电热管);②制备电热玻璃器具;③制备电热陶瓷器具;④制备快速升温远红外电热元件;⑤制备局部加热电热涂层;⑥制备耐高温薄膜电阻。本项专利技术与现有技术相比具有显著的优点是①本项专利技术在薄膜电阻涂层和厚膜导电涂层的组份及组份配比上有创新，使涂层工作温度高达600℃。②薄膜电阻涂层作为电热涂层，厚膜导电涂层作为导电电极，构成完整的电发热体，在技术上配套，便于推广应用。③全部组份均属无机材料，耐温、耐湿、耐磨、不老化、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄厚膜复合电热涂层，其特征是：ａ．薄膜电阻涂层含有（重量％）：氧化锡（ＳｎＯ２）７５．０％－９７．０％；氧化硼（Ｂ２Ｏ３）１．０％－７．０％；氧化锑（Ｓｂ２Ｏ３）３．０％－２３．０％；ｂ．厚膜导电涂层含有（重量％）：银（Ａｇ）：９７．１０％－９９．００％；氧化铅（ｐｂｏ）：１．００％－２．００％；氧化磷（Ｐ２Ｏ５）：０．１０％－０．２０％；氧化硼（Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］）：０．３０％－０．４０％；氧化硅（ＳｉＯ２）：０．１０－０．２０；氧化铜（ＣｕＯ）：０．０１％－０．１０％。

【技术特征摘要】
1.一种薄厚膜复合电热涂层，其特征是a.薄膜电阻涂层含有(重量%)氧化锡(SnO2) 75.0%-97.0%；氧化硼(B2O3) 1.0%-7.0%；氧化锑(Sb2O3) 3.0%-23.0%；b.厚膜导电涂层含有(重量%)银(Ag)97.10%-99.00%；氧化铅(PbO) 1.00%-2.00%；氧化磷(P2O5) 0.10%-0.20%；氧化硼(B2O3) 0.30%-0.40%；氧化硅(SiO2) 0.10%-0.20%；氧化铜(CuO) 0.01%-0.10%2.根据权力要求1所述的薄膜电阻涂层的制备方法，其特征是按照薄膜电阻涂层的组份重量百分含量称取化学当量的锡的氯化物、硼的氯化物、锑的氯化物溶于乙醇，配制成乙醇溶液，注入瓷蒸发皿中，放在化学气相生长炉的汽源加热台上，汽源加热台的温度应控制在100℃-300℃，炉内有预先处理好的底材，炉内温度应控制在400℃-650℃，当蒸发皿有蒸汽产生时，转动炉内的底材直到蒸发皿内的溶液全部蒸发干净，此时在底材表面已生长成一层均...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹维平，
申请(专利权)人：尹维平，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]