一種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件的製作方法

2023-11-30 19:45:01 2

專利名稱：一種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及厚膜電路電熱元件技術領域，更具體的是涉及ー種印刷在曲面基板上的PTC稀土厚膜電路電熱元件。
背景技術：
隨著電熱產品在家電、エ業電器、電子設備、汽車行業等諸多領域的日益普及，電熱元件的應用變得越來越廣泛，所以人們對電熱元件各方面的性能要求也越來越高。現有技術中的電熱元件(以鎳鉻絲為主)存在以下缺點功率密度較小，一般為15瓦/釐米2左右，不能很好的滿足人們對大功率低電壓的要求；啟動速度也較慢，並且多具有熱惰性；機械強度較低，抗振動、抗熱衝擊能力弱；元件體積較大，佔用較大空間，並且安裝也不方便；不易實現控溫材料與電熱材料共平面、共曲面化設計；溫控效果不顯著、節能效果不理想；它們的壽命一般較短，而且具有副作用，不利於身體健康；耐腐蝕方面也不理想；エ藝性較差。傳統的PTC (即Postitive Temperatare Coefficient的簡稱)加熱器存在著如下問題統的PTC加熱器是把若干個圓盤式、蜂窩式PTC元件用粘接或夾持的方法和散熱器一起連接起來，弓I出電極，形成發熱器組件。粘接式PTC發熱器組件是由波紋式散熱條利用矽膠粘接而成。這種結構致使功率不穩和元件容易老化，功率衰竭嚴重，且本體帶電，還可能引起電器短路，甚至會導致火災。用機械夾持方式代替粘接，選用整體翅片式散熱，提高了散熱效果，解決了粘接式PTC存在的開膠、老化、本體帶電等安全問題。但PTC電熱元件的表面溫度多在250°C左右，裝夾和電極的引出卻顯得十分重要。除防止接觸不良、短路、電場分布不均避免電擊穿外，還必須防止機械接觸不良而引起的局部過熱而擊穿。多個元件串聯使用吋，由於元件特性難以一致，元件升溫不同，電壓降分布迅速變化，並產生惡性循環，壓降越大，溫度升高的元件有可能發生擊穿，且會連鎖發生。因此，串聯時元件嚴格挑選很重要。多個元件並聯使用時，在一定限度內能夠增大系統功率，但系統確定後，多個元件的發熱功率，並非單個元件發熱的總和，而實際上要小的多。並聯時，通電後幾秒內將出現較大的衝擊電流，由於元件的離散性，各元件的升溫的速度不同，因此，衝擊電流並不是單個元件衝擊電流的疊加，一般要比疊加之和小些。儘管如此，並聯時應選用衝擊電流較小的元件。按國際要求，PTC發熱器信賴性實驗是在無風狀態下，施加額定電壓運行1000小時功率衰減小於8% ;實際測試目前多數廠家產品功率衰減都大於15%。由於以上問題的存在，串聯或並聯式PTC加熱器的應用受到很大限制。另外，現有的厚膜電路的發熱元件是電阻元件，本身不具有溫度的可控性，所用基片為兩類，ー類為高溫共燒陶瓷電熱元件是直接在氧化鋁陶瓷生坯上印刷電阻漿料，經疊片、排膠後，在1600°C左右的高溫下共燒成為一體的新一代中低溫發熱元件，是繼合金電熱絲、電熱管、PTC加熱元件之後的又ー個換代產品。這類以96AI203陶瓷為基片的發熱元件是粵科清華的最新成果，但陶瓷基片的公有缺點是脆性大，抗機械與熱衝擊能力差，外型尺寸只能作到長彡120mm寬彡IOOmm厚O. 5 — I. 5，受エ藝限制目前產品規格只有70X20、70X15、70X10三種。實測熱平面功率都彡25w/cm2。陶瓷基片尺寸有限，且機械加工性能差，不利於大面積印刷、切割與安裝；陶瓷基片作用単一，不能解決諸如抗電磁幹擾等功能多元化問題。應用範圍受到很大限制。至今不能引導潮流，推廣使用。另ー類是430不鏽鋼(國標號為lCrl7)基片，目前,美國的Dupont、Est以及德國的Heraeus等極少數公司已經掌握了以美國牌號430 (既不鏽鋼lCrl7)作厚膜電路基板的系列漿料製備技木。國內德利公司依託國防大學力量開發的基於不鏽鋼lCrl7基片的厚膜電路系列漿料已申請了專利，其申請號分別為CN02139894、CN02139895、CN02139896，發明名稱分別為基於不鏽鋼基板的大功率厚膜電路用電阻漿料及其製備エ藝、基於不鏽鋼基板的大功率厚膜電路用導電漿料及其製備エ藝、基於不鏽鋼基板的大功率厚膜電路用介質漿料及其製備エ藝的專利，採用的也是以不鏽鋼lCrl7作厚膜電路基板的系列漿料。並且上述系列漿料均未涉及PTC電子漿料，所製成的電熱元件為電阻式電熱元件，因此自身不具有溫度可控制性。由於lCrl7隻是普通純度高烙鐵素體(F)型不鏽鋼，其碳的質量分數為O. 1%左右 並含少量的氮，它與常用的奧氏體型不鏽鋼相比，缺點是材質較脆，機械加工エ藝及焊接エ藝性均較差，極大地限制了它的應用。而奧氏體型lCrl8Ni9系列不鏽鋼，具有非常好的塑性和韌性，從而具有良好的彎折、捲曲和衝壓成形性，機械加工性能優良，便於製成各種形狀的構件、容器或管道，因此以lCrl8M9系列不鏽鋼為基板的厚膜電路可控電熱元件無疑已經是該技術發展的必然趨勢。隨著電子技術的迅猛發展，熱敏電阻的應用領域日益增多。PTC厚膜電路熱敏電阻即採用厚膜電路製作エ藝融合熱敏電阻獨特控制性質結合厚膜電阻電路而製作的厚膜電路智能電熱元件。這一理論概念《PTC厚膜電路可控電熱元件》國家專利(已獲得PCT授權)，早在2004年以前已經提出，並且得以推廣應用。PTC熱敏電阻厚膜電路，不但具有熱敏電阻一般特性，而且由於其材料的組成及エ藝的獨特性，又使其具有一般熱敏電阻所沒有的獨特優良性能。它可以厚膜電路的形式和厚膜電阻電路疊加或處於同一平面內，來控制厚月旲電路電熱兀件的溫度，使控制精度和靈敏度得以大幅度提聞。又可單獨以厚I旲電路形式做成可控電熱元件。因而在很多領域尤其在軍エ領域有著重要的應用。迄今為止，國內外絕大部分具有(PTC)效應的熱敏電阻仍是BaTi03陶瓷摻雜製備而成，由於其室溫電阻率高，因而在大電流容量下的應用受到了限制，同時由於其材料本身和エ藝缺陷，導致功率衰竭等先天問題，目前應用範圍受限。正溫係數PTC熱敏電阻元件因其製作エ藝性差，元件靈敏度低，大多在微電子領域使用，難以在電熱領域大面積推廣。
發明內容本實用新型的目的就是為了解決現有技術之不足而提供的一種加熱溫度場均勻可分級自控、熱響應快、功率密度大、設計靈活、結構緊湊、節能環保、安全可靠外，還具有高溫遠紅外功能的曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件。本實用新型是採用如下技術解決方案來實現上述目的ー種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，它包括基板形狀是曲面，基板材質為金屬(包括不鏽鋼基材及鋁基材)材質、玻璃材質或陶瓷材質，基板上設置有稀土厚膜介質層和彎曲盤繞的稀土厚膜電阻電路、PTC厚膜電路熱敏電阻，PTC厚膜電路熱敏電阻連接有稀土厚膜電極。[0012]所述金屬基板為鐵素體lCrl5\lCrl7\00Crl8Mo2系列不鏽鋼圓柱狀基板，所述玻璃基板為微晶玻璃管，陶瓷基板為氮化鋁及功能陶瓷基板。所述PTC厚膜電路熱敏電阻由PTC厚膜電路熱敏電阻漿料製成，稀土厚膜電阻電路由稀土介質漿料和稀土電極漿料製成。所述PTC厚膜電路 熱敏電阻由PTC厚膜電路熱敏電阻漿料製成，稀土厚膜電阻電路由稀土介質漿料和稀土電極漿料製成。本實用新型採用上述技術解決方案所能達到的有益效果是本實用新型採用在金屬或非金屬曲面基板上設置稀土厚膜介質層和彎曲盤繞的稀土厚膜電阻電路、PTC厚膜電路熱敏電阻，是對現有技術的進一歩升級和提高，除加熱溫度場均勻可分級自控、熱響應快、功率密度大、設計靈活、結構緊湊、節能環保、安全可靠夕卜，還具有高溫遠紅外功能，該智能電熱元件溫度適應範圍廣25--400°C .高低壓(3—380V)、交直流Ac、Dc均能啟動使用，廣泛適用於太陽能、風能、鋰離子電池等各類新能源領域。

圖I為本實用新型的曲面稀土厚膜介質層結構示意圖；圖2為本實用新型的曲面PTC厚I旲電路熱敏電阻結構不意圖；圖3為圖2的展開示意圖；圖4為本實用新型的曲面稀土厚膜電阻電路結構示意圖；圖5為圖4的展開示意圖；圖6為本實用新型電熱元件結構示意圖；圖7為圖6的展開示意圖。附圖標記說明I、曲面圓筒基板2、稀土厚膜介質層3、稀土厚膜電阻電路4、PTC厚膜電路熱敏電阻5、稀土厚膜電極。
具體實施方式
如圖I-圖7所示，本實用新型ー種曲面PTC稀土厚膜電路智能電熱元件，它包括以曲面基板I及其上設置的稀土厚膜介質層2和彎曲盤繞的稀土厚膜電阻電路3、PTC厚膜電路熱敏電阻4，PTC厚膜電路熱敏電阻連接有稀土厚膜電極5。其中，PTC厚膜電路熱敏電阻，是以厚膜電路的形式和稀土厚膜電阻電路疊加或處於同一平面內，來控制厚膜電路電熱元件的溫度，使控制精度和靈敏度得以大幅度提高；也可不設此PTC厚膜電路熱敏電阻，以普通熱敏電阻形式亦可；或是以厚膜電路形式做成可控電熱元件。金屬基板為鐵素體lCrl5\lCrl7\00Crl8Mo2系列不鏽鋼管或鋁質圓筒基板或不規則曲面基板；玻璃基板為微晶玻璃管的圓筒基板或不規則曲面基板；陶瓷基板為氮化鋁及功能陶瓷規製成的則圓管或不規則曲面基板。所述PTC厚膜電路熱敏電阻由PTC厚膜電路熱敏電阻漿料製成，稀土厚膜電阻電路由稀土介質漿料和稀土電極漿料製成。所述稀土介質漿料由固相成分與有機溶劑載體組成，其重量比為65 : 35 ^ 8515 ;固相成分為SiO2 Al2OfCaCTB2O3 La2O3稀土氧化物系微晶玻璃，重量配比為SiO2 30 65 %、Al2O3 5 26 %、CaO 15 38 B2O3 2 16 %、La2O3 O . 3 15 %。Co2O3 O . 05 6 % ;晶核劑為TiO2 I 10 %、ZrO : I "10 % ;溶劑載體配比為丁基卡必醇66 89 %、檸檬酸三丁醋5 15%、こ基纖維素0.5 10 %、氫化蓖麻油O. I 5%、卵磷脂O. 1飛% ;稀土氧化物為鑭、鈰、釹、鉕、釓、鉺、鈧、釔和氧化鋱中的ー種或多種；所述PTC·厚膜電路熱敏電阻漿料，由ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔複合粉和微晶玻璃粉及有機載體組成，ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔與有機載體的重量比為65 85 : 35 15;ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔複合粉與微晶玻璃粉組成固相成分，固相成分中二氧化釕、氧化銅、氧化釔複合粉與微晶玻璃的重量比為75 55 : 25 45 ;ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔複合粉中的ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔粉的重量比為75 59:15 40. 5 : 10 O. 5, ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔複合粉的粒徑為0. 30—1. Oym;微晶玻璃粉為CaCTSiO2 Al2O3 B2O3 Bi2O3 La2 O3的稀土氧化物系微晶玻璃；各氧化物重量比=SiO2 20 60 %、Al2O35 35 %、CaO 10 350%、Bi2O3IO 30 %、B2O3 Γ 10 La2O3 O. 3 8 % ;晶核劑為TiO2I 8 %、Zr02l 10 %;有機載體各組分的重量比松油醇68 78 %、檸檬酸三丁醋2 18 %、こ基纖維素O .4 9%、硝基纖維素O .4 9%、氫化蓖麻油O . I 6%、卵磷脂O . I 6% ;上述稀土氧化物為；鑭、鈰、釹、鉕、釓、鉺、鈧、釔和氧化鋱中的ー種或幾種。所述稀土電極漿料由固相成分與有機溶劑載體組成，重量比為70 90 30^10;固相成分包括銀鈀釔複合粉與微晶玻璃粉，銀鈀釔複合粉與微晶玻璃粉重量比為99.4 O. 6 :0. 6 6 ;銀鈀釔複合粉重量比為0.6 10 99"82 0. 4 8;粒徑為3レ111;有機溶劑載體重量比為松油醇60 98 %、檸檬酸三丁醋1(Γ30 %、こ基纖維素2 10%、硝基纖維素廣5 %、氫化蓖麻油O.廣5 %、卵磷脂O.廣5 微晶玻璃為SiO2 Al2(CCa(TB203、i203 La2O3的稀土、氧化物系微晶玻璃，各氧化物的成分重量比為=SiO220 60 %、A12035 35 %,CaO 10 35 %、B2031 15 %,La2O3 O. 3 15 Bi2O3 10 30 %。晶核劑為Ti02fl0 %,Ζγ02Γ10 稀土氧化物為鑭、鈰、釹、鉕、釓、鉺、鈧、釔和氧化鋱中的ー種或幾種。按エ藝流程製備成PTC稀土厚膜電路電熱元件，其エ藝流程如下A、曲面基板一CAD\光繪製版一G網印刷一烘乾燒結一檢驗包裝，其中介質層厚度> 65 μ m，PTC厚膜電路熱敏電阻膜厚度> 15 μ m ；B、燒結，升、降溫速率50_70°C / min，峰值溫度800_950で。所述稀土介質漿料的製備エ藝，它包括如下步驟I、製備稀土微晶玻璃粉按重量配比將各氧化物，晶核劑，經混合均勻後熔煉，熔煉溫度為1100 1450で。保溫90 ^180分鐘後，出爐水淬，得到玻璃微渣；球磨玻璃微渣，製備出粒徑I微米的微晶玻璃粉；2、配製有機溶劑載體將各化工原料按配比混合均勻，在80 ^lOO V的水中溶浴數小時；調整こ基纖維素含量，將有機載體的粘度調整在150 280mPaS的範圍內；3、介質漿料調製將固相成分與有機溶劑載體的重量比按65 : 85 35 :15 ;經R-SOl型雙向旋轉+振動機械，混合、攪拌、分散ー小時後，三棍軋製得到成品，粘度值為150 200PaS / RPM。所述PTC厚膜電路熱敏電阻漿料的製備エ藝，它包括如下步驟I、微晶玻璃粉製備按上述氧化物、晶核劑配比在三維混料機中混合均勻後，熔爐熔煉，溫度為1100 1450°C，保溫I 3小時後，將玻璃熔液水淬，得到微渣，經球磨獲得粒徑I. (Γ3. O微米的玻璃微粉；2、ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔複合粉製備ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔重量配比為75 ^ 59 : 15 40.5 : 10 O. 5，經三維攪拌、混合均勻、球磨得到複合粉，粒徑均為
O.30—I. Oum ；3、有機載體製備將上述化工原料按比例，經高效攪拌、混合均勻，在80 1000C的水中溶解數小時，調整增稠劑含量，將有機載體溶劑的粘度調整在18(T280mPaS的範圍內即可；4、PTC厚膜電路熱敏電阻漿料綜合調製固相成分由ニ氧化釕、氧化銅、氧化釔 複合粉和微晶玻璃粉組成，重量比為75 55 : 25 ^ 45;固相成分和有機載體重量比65^85 : 35 15，將固相粉體、有機載體溶劑經R-SOl型雙向旋轉+振動機械，攪拌、混合均勻後，進行三輥反覆軋製得到成品，粘度值為150 200PaS / RPM。所述稀土電極漿料的製備エ藝，它包括如下步驟I、微晶玻璃粉製備按原料重量比將各氧化物、晶核劑混合均勻後熔煉，溫度為1100 1450°C，保溫廣3小時，水淬得到玻璃微渣，球磨獲得3微米玻璃微粉；2、製備銀鈀釔複合粉；銀鈀釔複合粉，粒徑為3μπι，在三維混料機中按重量比為；99 82 :0. 6 10 :0. 4 8調製混合均勻；3、有機載體製備；按原料重量比混合後在8(Tl00°C水中溶解數小時，調整こ基纖維素含量，粘度控制在15(T280mPas範圍；4、製備稀土電極漿料按比例將微晶玻璃粉、銀鈀釔複合粉、有機溶劑載體置於三維混料機中攪拌混合均勻後入三輥軋機反覆軋制，得到稀土電極漿料，粘度值為150 200PaS / RPM。本實用新型上述實施例和附圖所示僅為本實用新型較佳實施例之一，並不能以此局限本實用新型，如厚膜電路加熱元件在基片上的電路軌跡還可為同心圓狀或阿基米德螺旋線狀，厚膜電路加熱元件的基片也可以為不同形狀及不同材質的基板等，在不脫離本發明精髄的條件下，本領域技術人員所做的任何變動，都屬本實用新型的保護範圍。
權利要求1.ー種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，它包括曲面基板及其上設置的稀土厚膜介質層和彎曲盤繞的稀土厚膜電阻電路、PTC厚膜電路熱敏電阻，PTC厚膜電路熱敏電阻連接有稀土厚膜電極。
2.根據權利要求I所述的ー種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，所述金屬基板為鐵素體lCrl5\lCrl7\00Crl8Mo2系列不鏽鋼管或鋁質的圓筒狀基板，或為不規則曲面基板。
3.根據權利要求I所述的ー種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，所述玻璃基板為微晶玻璃管或為不規則曲面基板。
4.根據權利要求I所述的ー種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，所述陶瓷基板為氮化鋁及功能陶瓷製成的圓管或為不規則曲面基板。
5.根據權利要求I所述的ー種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，所述PTC厚膜電路熱敏電阻，是以厚膜電路的形式和稀土厚膜電阻電路疊加或處於同一平面內。
6.根據權利要求I所述的ー種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，所述PTC厚膜電路熱敏電阻單獨以厚膜電路形式做成可控電熱元件。
專利摘要本實用新型公開了一種曲面印刷稀土厚膜電路智能電熱元件，其特徵在於，它包括曲面基板及其上設置的稀土厚膜介質層和彎曲盤繞的稀土厚膜電阻電路、PTC厚膜電路熱敏電阻，PTC厚膜電路熱敏電阻連接有稀土厚膜電極。本實用新型目前高低壓、交直流均能啟動、體積小，表面熱負荷大，熱效率高，熱啟動快，溫度場均勻可分級自控，導熱性能優良、抗熱衝擊能力強，具有遠紅外功能，易於加工，綠色、低碳環保、安全可靠，廣泛適應太陽能、風能、鋰離子電池等新能源要求的新型智能電加熱元件系列產品。
文檔編號H05B3/10GK202652562SQ201220272750
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者王晨, 謝軒 申請人:佛山市海辰科技有限公司