专利名称：一种高温高效多功能无机电热膜及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电热膜，特别是一种高温高效多功能无机电热膜及其制作方法。
背景技术：
早在20世纪50年代，国外就有关于SnO2·Sb半导体电热涂层的报导。70-80年代我国加强了这方面的研究，例如中国专利申请号88108194、89107751、92106609等的公开文件中，记载了有关的论述。上述的电热涂层的组分中，均包括以含有结晶水的氯化亚锡(SnCl2·2H2O)或含有结晶水的四氯化锡(SnCl4·5H2O)的水溶液为主要原料，以三氯化锑(SbCl3)为掺杂物质，经高温水解，被水氧化，得到一层SnO2·Sb半导体电热膜。但上述的半导体电热膜由于具有不耐高温、不宜干烧、不抗氧化、电导率不稳定、使用寿命短等缺点，在实用上受到很大的限制，难以推广应用。
申请人经多年的研究实验，认为产生上述缺点的主要原因是由于半导体电热膜的化学反应，是用水作为氧化剂，反应过程复杂，质量难以控制。其化学反应式为在其反应过程中，当高温喷涂施膜液制膜时，雾状的水蒸气和分解出来的H2和O2大量飘离现场，只有其中一小部分参加了反应，使处于高温雾状的SnCl4被从水中分解出来的O2所氧化，形成SnO2半导体膜；而大部是不完全反应的，在膜中保留一定数量的未饱和价态的金属离子和氧空位。这样，使半导体电热膜具有导电性能。由于制成的半导体电热膜中存在大量不饱和价态的金属离子和氧空位，它们的化学结构不稳定，都有继续被氧化的趋势和可能，所以制成的半导体电热膜在使用时，这些大量不饱和价态的离子，在高温状态下，逐渐地会被继续氧化，使半导体电热膜的化学结构发生变化，因经受不住高温而产生热击穿，电热膜因而报废；或这些不饱和价态的离子逐渐被氧化，使电热膜的电导率逐渐下降，功率密度大幅降低，从而失去加热功能。
在组分的匹配上，也存在着“掺杂”过多，或组分纯度差，杂质增加，致使化学反应难以控制，影响了电热膜的质量。
因此，用现有技术制作的电热膜，其化学稳定性差，不耐高温，不宜干烧，电导率不稳定，使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温高效多功能无机电热膜及其制作方法，以解决现有技术中存在的缺点。本发明的电热膜与现有技术比，具有热效率高，耐高温，可干烧，抗氧化，电导率稳定，寿命长和用途多的优点。
本发明的目的是按如下的技术方案实现的。本发明为高温高效多功能无机电热膜，其特征是它由以下组分按重量比例组成SnCl4400-500InCl360-100SbCl310-30 MnCl21-5BiCl31-5NiCl21-5C2H5OH 400-600 C3H5(OH)360-120
所述的各组分中均不含有水分及结晶水，亦不得加入去离子水作为溶剂稀释。
所述的各组分均为化学试剂分析纯。
所述的高温高效多功能无机电热膜的制作方法包括以下步骤；(1).备料，按组方准备所述电热膜的各组分，并准备电热膜载体；(2).制作施膜液，将所述的各组分混合，搅拌均匀制成施膜液，待用；(3).清洗载体，将所述的载体加以清洗和烘干，待用；(4).制膜，将所述的施膜液用压缩空气喷涂在所述的载体上，烧结成膜；所述的压缩气空气在使用前需经除湿处理；所述的压缩空气和载体在使用前需经预热。
在所述的步骤(1)中，所述的载体材料为绝缘材料，包括石英玻璃或硼硅玻璃或微晶玻璃或普通玻璃。
在所述的步骤(3)中，所述的清洗载体为将所述的载体加以酸洗、水洗、去离子水洗、无水乙醇洗；在所述的步骤(4)制膜中，所述的除湿处理包括分水、过滤、精滤、加热；在喷涂时，所述的压缩空气的预热温度为30-50℃，气压为0.02-0.05Mpa；载体的预热温度为600-800℃。
本发明电热膜的主要成膜物质为金属氧化物，故称为无机电热膜。其主要原料为无水SnCl4。为了避免在高温成膜时产生不饱和价态的离子，本发明在组方上去除了在化学反应中有害的水或结晶水，以杜绝在高温成膜时，不饱和价态离子的产生；达到热效率高，耐高温，可干烧，抗氧化，电导率稳定，寿命提高。本发明的成膜原理与半导体电热膜不同，采用原料、方法也不同。本发明采用氧化还原反应制取SnO2无机电热膜，在化学反应中，排除了水分的干扰，去除了在高温成膜时产生不饱和价态的离子的缺欠；本发明利用空气中的氧加热，使空气中的氧与溶于无水乙醇并喷成雾状的SnCl4微粒直接高温反应，使其反应完全，一步到位，反应式为
得到化学结构稳定的、耐高温的具有无机材料明显特征的SnO2无机电热膜，该电热膜具有一定的透明度并具有电热转换功能、红外线辐射功能、光电转换功能、电光显示功能及反射红外线等一系列功能。与其一起成膜的还有一些具有明确作用的金属氧化物，它们也都不含杂质，是纯正的无机物。在组方中，采用SbCl3为阻值调节剂，InCl3为高温稳定剂，BiCl3为阻值稳定剂，以加强其高温时的阻值稳定性；MnCl2和NiCl2为抗老化稳定剂，以加强其长时间工作状态下的抗老化性能；MnCl2和NiCl2也是提高无机电热膜的红外线的辐射和反射功能的添加剂。从组方中保证了产品的高温稳定性。
在工艺上的主要措施为喷雾制膜所用的压缩空气不含水分及杂质，以免电热膜中残存有未饱和价态的离子。另外，在本发明的电热膜制作时，因影响成膜质量的上述主要因素的消除，易于实现规模化生产。
在本发明的各措施下，无机电热膜达到热效率高，耐高温，可干烧，抗氧化，电导率稳定，并提高了寿命。此外，本发明的无机电热膜比半导体电热膜的可见光透过率高、硬度高、表面光洁度高、有金属光泽，且成膜后无需退火处理，一次成功，提高了生产率。
本发明的无机电热膜可作为高温加热电热膜，还可作为太阳能电池的光电转换膜，添加组分后，还可制成红外线辐射电热膜和液晶电光显示器用的导电玻璃，用途广泛。
综上所述，本发明与现有技术比，具有热效率高，耐高温，抗氧化，电导率稳定，寿命长和用途广泛的优点。
图1为本发明的无机电热膜与现有技术半导体电热膜的升温性能曲线图。
具体实施例方式
实施例1、制作高温高效多功能无机电热膜，(1)组方由以下组分按重量(单位克)比例组成SnCl4450 InCl380SbCl320MnCl22BiCl32 NiCl22C2H5OH 500 C3H5(OH)3100所述的各组分中均不含水分及结晶水。采用的SnCl4为无水四氯化锡无色透明液体，其余的各组分中均不含有水分及结晶水，亦不得加入去离子水作为溶剂稀释施膜液。
所述的各组分均为化学试剂分析纯。
(2)制作工艺
本实施例的方法为制作用于干烧加热的无机电热膜的方法，包括以下步骤1.备料，按组方准备所述的无机电热膜的各组分，并准备电热膜载体；所述的电热膜载体采用耐高温、线膨胀系数小的绝缘材料，本实施例中选为石英玻璃管，2.制作施膜液，将所述的各组分混合，搅拌均匀制成施膜液，待用；3.清洗载体，将所述的载体加以清洗和烘干，待用；所述的清洗为将所述的载体加以酸洗、水洗、去离子水洗、无水乙醇洗；4.制膜，将所述的施膜液用压缩空气喷涂在所述的载体即石英玻璃管上，烧结成无机电热膜；然后在所述的电热膜上印刷银电极；烘干；并烧结所述的银电极；制成电热转换器，检测入库；所述的压缩空气在使用前需经除湿处理；所述的除湿处理包括分水、过滤、精滤、加热除湿操作；在喷涂时，压缩空气的压力为0.03Mpa，压缩气体的预热温度为40℃；载体的预热温度为650℃；实施例2、制作太阳能电池的光电转换膜(1)组方由以下组分按重量(单位克)比例组成SnCl4480 InCl380SbCl315MnCl23
BiCl33 NiCl23C2H5OH500 C3H5(OH)3100所述的各组分中均不含水分及结晶水，SnCl4为无水四氯化锡无色透明液体，其余的各组分中均不含有水分及结晶水，亦不得加入去离子水作为溶剂稀释膜液。
所述的各组分均为化学试剂分析纯。
(2)制作方法，包括以下步骤1.备料，按组方准备所述的无机电热膜的各组分，并准备电热膜载体；本实施例中，所述的电热膜载体选为石英玻璃板；2.制作施膜液，将所述的各组分混合，搅拌均匀制成施膜液，待用；3.清洗载体，将所述的载体加以清洗和烘干，待用；所述的清洗为将所述的载体加以酸洗、水洗、去离子水洗、无水乙醇洗；4.制膜，将所述的施膜液用压缩空气喷涂在所述的载体即石英玻璃板上，烧结，形成无机电热膜；然后在所述的电热膜上印刷银电极；烘干；并烧结所述的银电极；检验，入库；所述的压缩空气在使用前需经除湿处理；所述的除湿处理包括分水、过滤、精滤、加热除湿操作；在喷涂时，压缩空气的压力为0.03Mpa；压缩空气的预热温度为40℃；载体的预热温度为630℃；按本发明实施例1制作的电热膜可用于干烧加热，适于3-220V交流或直流电源，功率密度可为0.1-40W/cm2，升温速度极快，热惰性极小，在600℃干烧时，便用寿命大于8000小时，长时间使用电阻无变化，石英管电热膜的功率在30W/cm2以上时，通电瞬间即可达到800℃，之后很快跃升至1000℃，趋于稳定，处于热平衡状态。
如图1为本发明的无机电热膜与现有技术电热膜的升温性能曲线图。
如图所示，曲线1为本发明的SnO2无机电热膜实测的升温状态，其功率密度为30W/cm2，升温速度极快，最高为1000℃(非工作状态)，其低温段基本测不到。曲线2为本发明SnO2无机电热膜实测的升温状态，其功率密度为10W/cm2，升温速度很快，最高可达800℃以上，工作范围为600-800℃，在600℃使用时，使用寿命大于8000小时。曲线3是功率密度为10W/cm2的现有技术SnO2·Sb半导体电热膜的升温状态，升温速度较快，最高可达600℃，上作温度范围为400-600℃，在400℃使用时，寿命大于3000小时。曲线4为现有技术中PTC无机陶瓷电热膜(0.2mm的厚膜，不透明)的升温状态，功率密度为5W/cm2，是无机厚膜的典型代表工作温度为200-300℃，在工作温度为200℃时，使用寿命大于2000小时。曲线5为质量较好的有机电热膜，最高温度可达200℃，工作温度为80-150℃，在80℃工作时，使用寿命大于2000小时。可以看出，本发明的SnO2无机电热膜的性能显著优于现有技术的电热膜。
权利要求
1.一种高温高效多功能无机电热膜，其特征是它由以下组分按重量比例组成SnCl4400-500 InCl360-100SbCl310-30 MnCl21-5BiCl31-5 NiCl21-5C2H5OH 400-600 C3H5(OH)360-120所述的各组分中均不含有水分及结晶水，亦不得加入去离子水作为溶剂稀释。
2.根据权利要求1所述的高温高效多功能无机电热膜，其特征是所述的各组分均为化学试剂分析纯。
3.根据权利要求1或2所述的高温高效多功能无机电热膜的制作方法，其特征是它包括以下步骤(1).备料，按组方准备所述电热膜的各组分，并准备电热膜载体；(2).制作施膜液，将所述的各组分混合，搅拌均匀制成施膜液，待用；(3).清洗载体，将所述的载体加以清洗和烘干，待用；(4).制膜，将所述的施膜液用压缩空气喷涂在所述的载体上，烧结成膜；所述的压缩空气在使用前需经除湿处理；所述的压缩空气和载体在使用前需经预热。
4.根据权利要求3所述的高温高效多功能无机电热膜的制作方法，其特征是；在所述的步骤(1)中，所述的载体材料为绝缘材料，包括石英玻璃或硼硅玻璃或微晶玻璃或普通玻璃。
5.根据权利要求3所述的高温高效多功能无机电热膜的制作方法，其特征是在所述的步骤(3)中，所述的清洗载体为将所述的载体加以酸洗、水洗、去离子水洗、无水乙醇洗；
6.根据权利要求3所述的高温高效多功能无机电热膜的制作方法，其特征是在所述的步骤(4)制膜中，所述的除湿处理包括分水、过滤、精滤、加热；在喷涂时，所述的压缩空气的预热温度为30-50℃，气压为0.02-0.05Mpa；载体的预热温度为600-800℃。
全文摘要
一种高温高效多功能无机电热膜，其特征是它由以下组分按重量比例组成SnCl
文档编号H05B3/12GK1625305SQ20031011713
公开日2005年6月8日 申请日期2003年12月2日 优先权日2003年12月2日
发明者胡清发, 陈见 申请人:胡清发, 陈见