专利名称：利用陶瓷玻璃的平面状发热体的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用陶瓷玻璃的平面状发热体，更详细说是涉及一种利用在陶瓷玻璃上涂覆含有Ag粉末和Ag-Pd系粉末及玻璃粉的发热糊剂，并用玻璃粉进行涂层处理而构成的陶瓷玻璃的平面状发热体。
背景技术：
利用以往的平面状发热体的加热器，在形成作为基本结构的支撑层时，主要使用钢或石英玻璃、氧化铝等。但是，在利用上述钢形成支撑层的情况下，在300°C以上使用时，会发生热变形而无法直接作为托盘热板，而是主要作为与水接触的加热板使用，从而主要使用在不会发生热变形问题的位置。此外，虽然氧化铝可在300°C以上的高温下使用，但其热冲击性差，以使与时间对应的温度变化速度非常慢，从而无法使用在需要急速升温的位置上。并且，石英玻璃为不纯物含量非常低的高纯度氧化硅玻璃，其为几乎由100%的SiO2组成的玻璃，对光线的透射性较好，因此使用在以透明状态使用加热器也无碍的位置上。即，如果是加热器为透明而不方便使用的情况下，就不会使用该石英玻璃。与此不同，以锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)为代表的陶瓷玻璃具有半透明性的特性，利用该特性可使用在透明则不方便的位置，因此，在外观方面较多地仅作为N1-Cr加热器的上盖使用。由此，以往任何人都未将该陶瓷玻璃作为平面状发热体的支撑层使用。以往由钢或石英玻璃、氧化铝等构成的支撑层所使用的发热糊剂或绝缘糊剂，如果将其适用在本发明中使用的以锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)为代表的陶瓷玻璃，由于存在有热膨胀系数差及收缩率差，在塑化后会发生裂痕而无法使用。因此，急需开发出适合于该以锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)为代表的陶瓷玻璃的发热糊剂和绝缘糊剂及利用其的陶瓷玻璃和平面状发热体。
发明内容
技术问题为了解决如上所述的现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种利用陶瓷玻璃的平面状发热体，该陶瓷玻璃具有对玻璃基板的优秀的粘结强度，可实现短时间内上升至目标温度，从而能够作为多种电气电子产品领域中的丝印(screen print)形成法利用。并且，本发明的目的在于提供一种利用陶瓷玻璃的平面状发热体，由在以锂铝硅酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)为代表的陶瓷玻璃上涂覆本发明中的发热糊剂及面釉(Overglazer)而制成的陶瓷玻璃加热器，其作为生活家电及工业用加热器，不存在因透明而引起的不便，并在需要快速升温的用途上多样地被使用。技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种利用陶瓷玻璃的平面状发热体，该平面状发热体通过接收电源来发热，其特点在于，包括:支撑层，其由陶瓷玻璃形成；发热层，其将由10至50重量％的银粉末、2至30重量％的银-钯系粉末、10至25重量％的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的发热糊剂印刷在所述支撑层的上面，并进行干燥、塑化而形成，通过接收预定电源并发热；绝缘层，其将由60至70重量％的转位点为370至500°C范围的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的绝缘糊剂涂覆在所述发热层上面，并进行干燥、塑化而形成，用于所述发热层的绝缘和防氧化。有益效果根据本发明的利用陶瓷玻璃的平面状发热体，具有如下优点，S卩，具有对玻璃基板的优秀的粘结强度，可实现短时间内上升至目标温度，从而能够在多种电气电子产品领域中作为丝印形成法利用。并且,在本发明中，由以锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)为代表的陶瓷玻璃上涂覆本发明中的发热糊剂及釉面(Overglazer)而制造的陶瓷玻璃加热器，其作为生活家电及工业用加热器，不存在透明而引起的不便，并作为需要快速升温的用途多样地使用。
图1为根据本发明的利用陶瓷玻璃的平面状发热体的平面示意图；图2为根据本发明的利用陶瓷玻璃的平面状发热体的剖面图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的利用陶瓷玻璃的平面状发热体的结构及作用进行更为详细的说明。图1为根据本发明的利用陶瓷玻璃的平面状发热体的平面示意图，图2为根据本发明的利用陶瓷玻璃的平面状发热体的剖面图。本发明提供被施加电源而发热的平面状发热体，其包括:支撑层100，其由陶瓷玻璃形成；发热层200，其将由10至50重量％的Ag(银)粉末、2至30重量％的Ag-Pd(银-钯)系粉末、10至25重量％的玻璃粉(glass frit)、有机粘结剂及溶剂组成的发热糊剂印刷在上述支撑层100的上面而进行干燥、塑化而形成，并接收预定的电源而发热；绝缘层300，其将由60至70重量％的转位点为370至500°C范围的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的绝缘糊剂涂覆在上述发热层200上面，并进行干燥、塑化而形成，用于上述发热层200的绝缘和防氧化。支撑层100由陶瓷玻璃形成。发热层200用以接收规定的电源并发热，其将由10至50重量％的Ag粉末、2至30重量％的Ag-Pd系粉末、10至25重量％的玻璃粉(glass frit)、有机粘结剂及溶剂组成的发热糊剂印刷在上述支撑层100的上面，进行干燥、塑化而形成。本发明的发热糊剂中适用的Ag及Ag/Pd系粉末对电特性及最终机械特性产生影响，玻璃粉起到无机结合剂的作用及用以调节电阻调节特性的作用。绝缘糊剂中适用的玻璃粉带来电极保护及绝缘特性，各个糊剂中适用的有机粘结剂起到将导电物质、玻璃粉进行混合分散的作用，并在丝印时对糊剂的流动性产生影响。另外，上述有机粘结剂可具备热可塑性及热硬化性。作为热可塑性粘结剂，可使用丙烯酸(acrylic)、乙基纤维素(Ethyl cellulose)、聚酯(polyester)、聚砜(polysulfone)、苯氧基(phenoxy)、聚酰胺(polyamide)系粘结剂等。作为热硬化性粘结剂可使用氨基(amino)、环氧基(epoxy)、苯酹(phenol)粘结剂等。并且，上述有机粘结剂可单独使用，或是并用两种以上使用。特别是，作为上述有机粘结剂，优选地使用有机粘结剂成分或其分解生成物的残存量较少的热可塑性树脂。上述溶剂根据有机粘结剂的种类而选择并使用。作为溶剂可使用芳香族碳化氢类、醚类、酮类、内酯类、醚醇类、酯类及二酯类。溶剂可单独使用，或是并用两种以上使用。对于上述发热糊剂的组成比例的理由说明如下。首先，如果上述Ag粉末小于10重量％，电阻将变大，如果超过50重量％，则在270°C以上时发热并导致电阻体特性受损。并且，如果Ag-Pd系粉末的含量为小于2重量％，则在印刷时电阻变化率将变大，使得很难保持一定的温度，如果超过30重量％，发热温度将达到300°C以上，导致可能发生电极损伤。并且，如果玻璃粉(glass frit)小于10重量％，则粘结力将变弱，如果超过25重量％，导电率将变高而引起发热问题。因此，在组成发热糊剂时，混合10至50重量％的Ag粉末、2至30重量％的Ag-Pd系粉末、10至25重量％的玻璃粉(glass frit)，其余则由有机粘结剂及溶剂组成。绝缘层300将由60至70重量％的转位点为370至500°C范围的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的绝缘糊剂涂覆在上述发热层200上面，并进行干燥、塑化而形成，其用于上述发热层200的绝缘和防氧化。上述糊剂组合物中添加的添加剂，可包含:用以提高糊剂组合物的储存稳定性的防聚合剂及防氧化剂、用以去除组合物内的气泡的去泡剂、用以提高糊剂分散性的分散剂，以及在印刷涂覆作业时用以提高电极膜的平坦性的流平剂(leveling agents)。上述添加剂并非必须使用，而是可根据糊剂特性而使用，在使用时优选地以最少量使用。根据本发明的优选实施例，其特征是，上述发热糊剂的Ag粉末的平均粒径为0.1至6 ii m, Ag-Pd系粉末的平均粒径为0.5至2 ii m。作为上述导电粉末使用的Ag粉末的形状可采用包括球形粒子、扁状或无定型粒子的多种形状。平均粒子的大小将在印刷或涂覆后赋予优秀的表面状态，并且，对形成的电极赋予导电性，因此，其一般为0.1 30iim，优选为0.1 2iim。如果平均粒径超过
6.0 u m，将使烧结性降低，导致涂膜的致密度降低，产生电阻变高的缺点。如果小于0.1 u m,则在烧结时收缩率将变大，可能会导致与玻璃基板的热膨胀系数差所引起的内部裂痕，从而无法实现均匀的电阻特性而不适合。并且，本发明的用以电阻稳定化的Ag-Pd系粉末的平均粒径为I lOym，一般优选为0.5 2pm。如果平均粒径为2 以上，糊剂的涂膜表面将变得粗糙，导致印刷线的特性降低，从而在丝印工程时很难确保均匀的印刷而不适合。根据本发明的优选实施例，上述玻璃粉在用氧化物换算标记表示时，其特征是，含有35至80重量％的氧化铋(Bismuth (III) oxibe (Bi203))、5至20重量％的氧化硼(Borontrioxide (B203))及氧化娃(Silicon dioxide (Si02))、2 至 30 重量 的氧化锋(Zincoxide (ZnO))、3 至 10 重量的氧化招(Aluminium oxide (A1203))。首先，氧化铋(Bismuth (III) oxide (Bi203))作为玻璃形成剂，如果含有小于35重量％的量，玻璃软化点将变高而发生附着力问题，如果超过80重量％，可能会发生热膨胀系数增加引起的电极裂痕。并且，氧化硼(Boron trioxide (B203))作为玻璃形成剂，如果含有小于5重量％的量，将很难形成玻璃，如果含有超过20重量％的范围，将可能会引起电极的电特性降低。并且，Si02作为玻璃网络形成氧化物，其具有Si原子在其周围隔着4个氧原子与相邻的4个Si原子结合的结构。其为决定转位温度及耐久性的因子，如果小于5重量％，将会使耐久性降低，如果超过20重量％，则可能会带来未塑性的结果。氧化锌(ZnO)作为玻璃改性剂(modifier)，用以对玻璃进行化学性稳定，并降低玻璃转位点、热膨胀系数的作用，如果超过30重量％，在电极塑化时会引起电极变色，因此2 30重量％为适宜。氧化铝(A1203)在本发明组合中起到稳定化玻璃的作用，如果其含量太多，会导致转位点及软化点变高，如果其含量太少，玻璃稳定性的降低会引起结晶化，因此3 10重
量％为适宜。根据本发明的优选实施例，印刷于上述支撑层100的上面的发热糊剂在130至150°C的温度下得到干燥，在700至850°C下得到塑化，涂覆于上述发热层200上面的绝缘糊剂在370至500°C下得到塑化。发热体糊剂的塑化温度高于绝缘糊剂的塑化温度，因此，对发热体电极没有损伤，如果与此相反，将会产生发热体糊剂和绝缘糊剂的热膨胀系数及收缩率差所引起的电极裂痕。如果发热体糊剂的塑化温度低于700°C，将可能会带来附着力及高的电阻发热温度所引起的电极损伤。然而，如果塑化温度超过850°C，则会产生过烧结导致无法进行电极发热的问题。并且，本发明的面釉(over-glaze)糊剂中使用的玻璃粉用以保护发热糊剂及使外部和电极绝缘。上述玻璃粉的转位点优选为370 500°C范围，更优选为400 470°C范围。如果转位点低于370°C，玻璃粉的热膨胀系数会变大，从而导致与基板的应力差所引起的裂痕及粘结力降低。另外，如果转位点超过500°C，玻璃粉的流动性会降低，使得与基板的粘结强度降低。根据本发明的优选实施例,上述支撑层100由锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminumsilicate glass)形成。以往的平面状发热体作为基板主要使用钢(Steel)或石英玻璃、氧化铝等，而在本发明中，使用符合外观和高温用加热器的特性的以锂铝硅酸盐玻璃(Lithium aluminumsilicate glass)为代表的陶瓷玻璃(Si02、A1203、Li20、Ti02等混合组合物)。钢(Steel)板在300°C以上的高温下使用时，会发生热变形而无法直接作为托盘热板，而是主要作为与水接触的加热板使用，从而主要使用在不会发生热变形问题的位置。
此外，虽然氧化铝可在300°C以上的高温下使用，但其热冲击性差，以使与时间对应的温度变化速度非常慢，从而无法使用在需要急速升温的位置。石英玻璃为不纯物含量非常低的高纯度氧化硅玻璃，其为几乎由100%的Si02组成的玻璃，对光线的透射性较好，因此，使用在以透明状态使用加热器也无碍的位置。即，如果是加热器为透明时不方便使用的位置，则不会使用该石英玻璃。如果使石英玻璃要具有某种颜色，需要在表面进行丝印或喷涂，在此情况下，存在有不透明且颜色不美观的缺点。此外，用以着色的颜料在平面状发热体的塑化过程(850°C左右)中会燃烧，实际上存在有后续的印刷或喷涂上的问题。因此，在印刷平面状发热体的面上不能进行颜色处理，而是需要在相反面进行处理，但背面由于是用以放置烹饪器具的位置，表面会被刮蹭而受到损伤，在外观方面或产品的品质上存在有问题。并且，石英的价格过于昂贵，作为大量的一般生活用品的材料基板使用不太适合。再者，由于石英玻璃平面状发热体主要使用在非露出部位，石英玻璃平面状发热体上未设置有用以保护发热体的绝缘涂覆层。与此不同，以锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)为代表的陶瓷玻璃，根据构成该陶瓷玻璃的物质的特性而自然地具有半透明性的特性，从而可使用在透明则不方便的位置上，在外观方面较多地仅作为N1-Cr加热器的上部盖使用。此外，由于其为由多种物质配合的合成产品，这里还存在有相较于石英玻璃价格低廉的商业上的原因。但是，陶瓷玻璃与几乎由100 %的Si02构成的石英玻璃不同，其由于是多种物质所配合的产品，与石英玻璃相比具有不同的热特性。相较于石英玻璃的热导率为1.4W/mK，锂铝硅酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)的热导率为高于石英玻璃的热导率20%的1.7W/mK，因此具有作为平面状发热体的基板使用有利的方面。但是任何人都未将称为锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)的陶瓷玻璃作为平面状发热体的基板使用。以往的石英玻璃中适用的平面状发热体无法适用在锂铝硅酸盐玻璃(Lithiumaluminum silicate glass)的陶瓷玻璃。这是因为石英玻璃(0.4um/mK)和锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass) (lum/mK)的热膨胀率相互不同。本发明中开发出仅适合于以锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)为代表的合成陶瓷玻璃的平面状发热体。此外，本发明在锂招娃酸盐玻璃(Lithium aluminum silicate glass)中印刷塑化平面状发热体后，为了保护发热体，兼顾锂铝硅酸盐玻璃(Lithium aluminumsilicate glass)和平面状发热体的特性的情况下，新开发出了绝缘层。以下，通过实施例对本发明的平面状发热体进行具体的说明。实施例1)通过混合上述组成的组成成分来取得陶瓷玻璃加热器用电极糊剂。组合物的制备过程如下，首先，将有机粘结剂、溶剂一同放入混合器，通过搅拌较好地溶解而制备出载体(vehicle)。接着,将金属粉末、无机质系粘结剂、添加剂及载体投放到搅拌器(Planetarymixer)中进行混合、搅拌。混合的糊剂利用三棍式滚轧机(3_roll mill)进行机械混合。接着，通过过滤去除粒径大的粒子及尘埃等不纯物，通过去泡装置进行去泡以去除糊剂内的气泡，从而制备出使用银涂层玻璃粉末的导电糊剂组合物。表I[Table I]
权利要求
1.一种利用陶瓷玻璃的平面状发热体，该平面状发热体通过接收电源来发热，其特征在于，包括: 支撑层，其由陶瓷玻璃形成； 发热层，其将由10至50重量％的银粉末、2至30重量％的银-钯系粉末、10至25重量％的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的发热糊剂印刷在所述支撑层的上面，并进行干燥、塑化而形成，通过接收预定电源并发热； 绝缘层，其将由60至70重量％的转位点为370至500°C范围的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的绝缘糊剂涂覆在所述发热层上面，并进行干燥、塑化而形成，用于所述发热层的绝缘和防氧化。
2.根据权利要求1所述的利用陶瓷玻璃的平面状发热体，其特征在于，所述发热糊剂的银粉末的平均粒径为0.1至6 y m，银-钯系粉末的平均粒径为0.5至2 y m。
3.根据权利要求1所述的利用陶瓷玻璃的平面状发热体，其特征在于，所述玻璃粉在用氧化物换算标记表示时，含有35至80重量％的氧化铋、5至20重量％的氧化硼及氧化硅、2至30重量％的氧化锌、3至10重量％的氧化铝。
4.根据权利要求1所述的利用陶瓷玻璃的平面状发热体，其特征在于，印刷于所述支撑层的上面的发热糊剂在130至150°C的温度下得到干燥，在700至850°C下得到塑化，涂覆于所述发热层上面的绝缘糊剂在370至500°C下得到塑化。
5.根据权利要求1所述的利用陶瓷玻璃的平面状发热体，其特征在于，所述支撑层由锂铝硅酸盐玻璃形成。
全文摘要
本发明提供一种利用陶瓷玻璃的平面状发热体，该平面状发热体通过接收电源来发热，包括支撑层，其由陶瓷玻璃形成；发热层，其将由10至50重量％的银粉末、2至30重量％的银-钯系粉末、10至25重量％的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的发热糊剂印刷在支撑层的上面，并进行干燥、塑化而形成，通过接收预定电源并发热；绝缘层，其将由60至70重量％的转位点为370至500℃范围的玻璃粉、有机粘结剂及溶剂组成的绝缘糊剂涂覆在发热层上面，并进行干燥、塑化而形成，用于发热层的绝缘和防氧化。根据如上所述的本发明，具有对玻璃基板的优秀的粘结强度，可短时间内上升至目标温度，从而能够在多种电气电子产品领域中作为丝印形成法利用。
文档编号H05B3/28GK103168503SQ201180050320
公开日2013年6月19日 申请日期2011年9月8日 优先权日2010年9月14日
发明者李元培, 朴起范, 朴成容, 李正雄, 都相吉, 郑仁范 申请人:株式会社昌星, 李元培