专利名称：用无机复合电阻薄膜加热的电热器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电热元件，具体涉及一种用无机复合电阻薄膜加热的电热器或电热器件。
电热器具自问世以来，有一百多年历史了。通常其电热元件采用电阻丝作为发热体，不仅热效率低，使用寿命短，成本也高。因此，早在50年代，就进行无机电阻薄膜作为电发热体的研制工作，我国在88年也已研制出无机电热膜，这种以无机电阻薄膜作为电发热体，热效率高，使用寿命长，成本也低，但这种无机电阻膜结构比较松散，强度低，由于一般都在裸露状态下使用，因而不仅在使用过程中很容易损坏，而且不耐水和轻度酸和碱，极大地限制了其使用范围。
本实用新型针对上述现有电热器或电热器件的不足，提供一种热效率高、寿命长、便于清洗的用无机复合电阻薄膜加热的电热器或电热器件。
本实用新型所述的用无机复合电阻薄膜加热的电热器，包括电热器或电热器件，其特征在于在电热器的耐温绝缘外表面或在电热器件的耐温绝缘加热面(以下简称绝缘底材)5上涂复一层厚约0.05～1mm的无机导电电阻薄膜，在该无机导电电阻薄膜的周边设厚约0.1～0.3mm导电电极薄膜，在该导电电极薄膜上设厚约0.1～0.6mm的导电焊点3，在无机导电电阻薄膜及电极薄膜的外表面涂复一层厚约0.1～0.6mm的绝缘保护膜。
所述的无机导电电阻薄膜1，其组成范围(重量％)为石墨(C)20～60， 无机导电电阻交联剂 40～80；所述的导电电极薄膜2的组成范围(重量％)为石墨(C) 0.2～1.5， 银粉 60～80，铜粉18～40，无机导电交联剂 0.5～5；所述的无机导电焊点3的组成范围(重量％)为
银粉 95～98， 无机导电交联剂为2％～5％；所述的绝缘保护薄膜4包括(重量％)胶粘剂90％～99％， 石英砂(钛白粉)1％～10％；也可以选用环氧型、聚脂型、环氧聚脂型静电粉沫涂料或任何一种耐高温油漆。
所述的无机导电电阻交联剂组成范围(重量％)为氧化硅(sio2)32～20，氧化铜(CuO) 2～15，氧化硼(B2O3)10～45，氧化铅(Pb2O3)40～70为了增加电阻膜的功率稳定性及其黏结强度，在上述配料中另又加入氧化钴和氧化铝，其组成范围为氧化硅(sio2)3～20，氧化铜(CuO) 2～15，氧化硼(B2O3)10～45，氧化铅(Pb2O3)40～70，氧化钴(CoO)0.2～5，氧化铝(AL2O3)0.2～6其中胶粘剂可以选用应变胶J26、C-2无机胶粉剂、南大703硅胶、C-4无机胶粉剂、JX～18胶粘剂或环氧树脂酚醛树脂组合成的耐200℃以上高温的胶粘剂。
上述构成导电交联剂的组份可以直接采用组份中给出的氧化物，也可以采用化学当量的其它化合物作为交联剂中氧化物的原料。如其中氧化铅(PbO)可以用化学当量的PbO2、PbCO3或Pb3O4为原料；氧化硼(B2O3)也可以用化学当量的H3BCO3为原料；氧化硅可以用纯度在98.5％以上的石英砂为原料；氧化铜可以用化学当量的Cu2O或CuCO3为原料；氧化钴可以用化学当量的Co2O3为原料；氧化铝和氧化硅可以用含氧化硅(SiO2)63％以上，含氧化铝(Al2O3)18.3％以上的长石为原料。
上述的无机导电电阻薄膜、导电电极、导电焊点的组份中，石墨是电阻填料和界面应力缓冲填料；铜和银是导电填料挂锡金属填料。
在无机导电电阻薄膜中，相同厚度的膜，随石墨粉量的增加，膜的功率密度增加，当石墨的含量超过60％后，膜的功率密度的变化逐渐减小，直至恒定，但膜的硬度则随石墨含量的增加而减小，因而，本实用新型的石墨含量控制在20～60为宜。
由氧化铅、氧化硼、氧化硅、氧化铜、氧化钴、氧化铝经高温烧结、球磨过筛制作而成的导电交联剂，作为导电材料的骨架在烧结过程中与绝缘底材牢固地结合在一起，从而形成与底材牢固结合的无机导电电阻薄膜和无机导电电极薄膜。其中氧化硅是非晶体结构骨架的主要原料，在高温烧成过程中，体积膨涨，可以补偿膜材的收缩。由于氧化硅的熔点高达1750℃，而交联剂的烧成温度在800℃～1200℃之间，在烧成过程中，藉其它氧化物熔剂而得以混熔。因而，过高的氧化硅的含量，导至难于熔化，未熔化的氧化硅会因晶型转化的体积效应，造成电阻薄膜产生相当大的内应力而形成微裂纹，甚至导致龟裂，影响电阻薄膜的抗震性及机械强度。因此氧化硅的含量控制在3％～20％。
氧化铅既是非晶结构材料，又是熔剂材料，在烧成过程的温度下能与氧化硅反应生成硅酸铅熔体。一般其含量控制在40～70％之间，过少，会造成氧化硅熔融不充分，影响膜的强度；同样，氧化硼既是非晶结构材料，又是熔剂材料，此外，它可减少交联剂的热膨胀，降低交联剂的固化温度。一般控制在10～45％，若含量过高，会影响交联剂结构，凝固后呈硼玻璃状，发脆；在交联剂中一般加入2～15％氧化铜，用于改善交联剂的非晶结构并提高交联剂与石墨和银的相熔性。若氧化铜过多，会降低膜的功率稳定性，在长时间的高温条件下工作，膜的阻值发生很大变化。
为了进一步改善电阻薄膜与其绝缘载体间的黏结强度，在制作交联剂时最好加入适量的熔融温度相对比较低的含有氧化铝的长石以及渗透力强的氧化钴。一般加入0.2～6％的氧化铝、0.2～5％的氧化钴。氧化铝过多，在高温下氧化铝很容易与其它氧化物形成吸潮性很强的分子筛结构，过多的氧化钴，使交联剂的温度敏感性强，使制作而成的电阻膜的阻值受随温度的影响大，导致膜功率不稳定。
本实用新型通过采用如喷涂、刷涂、刮涂、浸涂、丝网印刷等制膜工艺将上述三种薄膜浆料分别涂复在如玻璃、搪瓷、陶瓷、云母片以及表面经过绝缘处理的金属等耐温绝缘加热器皿的外表面或电热元件的加热面，经烘干和烧结而永久地与被加热器皿或电热元件制成一体，通过调整膜配方、膜厚及膜的几何形状，准确控制膜的功率密度及膜的总功率，在平面、曲面任一凹凸面上可一次制成任意复杂形状的电阻薄膜。对于非均匀加热或局部加热的情况尤为方便。
本实用新型的电热器的加热电阻膜，通过在导电粉末材料中加入多种氧化物所构成的厚膜交联剂，经烧结的导电粉末相互搭接而形成微观网络式导电通道；无机导电电阻薄膜与被加热器皿或电热元件制成一体，构成最大限度的导热面，传热热阻小；无机导电电阻薄膜在作为发热体发出热量时，其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状态。例如一块面积为150cm2的900w的无机导电电阻薄直接制备在搪瓷锅的外侧底部，当锅的水温处于100度恒沸状态时，膜温最高只有110～130℃左右，纸张、棉花、香烟直接与膜接触均不会将其引燃，安全可靠；而无机电阻薄膜外侧所附的无机保护薄膜的热阻大，传导率低，这样就大大降低了膜的辐射对流热损失，也解决了在通电加热状态膜材料的氧化问题，使膜的工作寿命长达12000小时以上，热效率高达85％～95％，节能显著；原材料价廉，成本低，膜材料成本以10瓦/cm2计仅为0.45元/千瓦膜，制作工艺也简单，适于大批量工业化生产；由于在电极和无机导电电阻薄膜上面自然涂制一层绝缘保护膜，使其免受水和酸碱的浸蚀，完全可以浸泡在水和略带酸、碱性的溶液中，不仅有效保护了导电膜免受外力所损，而且能经受水及各种洗洁溶液的浸泡，因而清洗十方便，这种用电阻膜加热的如电热杯、电热水瓶、电热饮水桶、电火锅、电饭煲等电热器皿，如电热淋浴器、电暖器电暖风机、电热玻璃仪器、电热医疗器具、电热台板等电热器具以及电热板非金属电热管电热条带、特种微小体积电热元件、各种形状的远红外元件等电热元件，特别对于一些特殊形状的加热面、非均匀加热或局部加热的情况，其优点尤为突出。
以下结合附图对本实用新型的电热器作进一步说明
图1是本实用新型的电热器的无机复合电阻薄膜的结构示意图。
图2是图1的俯视示意图。
图3是本实用新型的电热器实例示意图。
如图1、图2和图3所示，本实用新型无机复合电阻薄膜，在加热器皿的耐温绝缘外表面或电热元件的耐温绝缘加热面5上涂复一层厚约0.05～1mm的无机导电电阻薄膜1，在该无机导电电阻薄膜1的周边设厚约0.1～0.3mm导电电极薄膜2，在该导电电极薄膜2上设厚约0.1～0.6mm的导电焊点3，在无机导电电阻薄膜1及电极薄膜的外表面涂复一层厚约0.2～0.6mm的绝缘保护膜4。
权利要求1.一种用无机复合电阻薄膜加热的电热器，其特征在于在电热器的耐温绝缘外表面或在电热器件的耐温绝缘加热面(以下简称绝缘底材)5上涂复一层厚约0.05～1mm的无机导电电阻薄膜1，在该无机导电电阻薄膜1的周边设厚约0.1～0.3mm导电电极薄膜2，在该导电电极薄膜2上设厚约0.1～0.6mm的导电焊点3，在无机导电电阻薄膜1及电极薄膜2的外表面涂复一层厚约0.1～0.6mm的绝缘保护膜4。
2.如权利要求1所述的电热器，其特征在于所述的无机复合电阻薄膜的组成范围(重量％)为石墨(C)20～60， 无机导电电阻交联剂 40～80；所述的导电电极薄膜2的组成范围(重量％)为石墨(C) 0.2～1.5，银粉 60～80， 铜粉18～40，无机导电交联剂0.5～5；所述的无机导电焊点3的组成范围(重量％)为银粉 95～98，无机导电交联剂为2％～5％；所述的绝缘保护薄膜4包括(重量％)胶粘剂90％～99％，石英砂(钛白粉)1％～10％；上述无机导电电阻交联剂组成范围(重量％)为氧化硅(sio2)3～20，氧化铜(CuO)2～15，氧化硼(B2O3)10～45，氧化铅(Pb2O3) 40～70。
3.如权利要求2所述的电热器，其特征在于所述的无机导电电阻交联剂的组成范围(重量％)为氧化硅(sio2)3～20，氧化铜(CuO) 2～15，氧化硼(B2O3)10～45，氧化铅(Pb2O3)40～70，氧化钴(CoO) 0.2～5，氧化铝(AL2O3)0.2～6。
专利摘要一种用无机复合电阻薄膜加热的电热器,在电热器的耐温绝缘外表面或在电热器件的耐温绝缘加热面5上涂覆一层无机导电电阻薄膜1,在该无机导电电阻薄膜1的周边设导电电极薄膜2,在该导电电极薄膜2上设导电焊点3,在无机导电电阻薄膜1及电极薄膜2的外表面涂覆一层绝缘保护膜4。这种用电阻薄膜加热的电热器,如电热杯、电饭煲、电热淋浴器以及各种电热元件,不仅结构简单、成本低、热效率高、寿命长,安全可靠;特别对于特殊形状加热面、非均匀加热或局部加热的情况尤为方便,更由于其耐水、耐轻度的酸碱,因而清洗十分方便。
文档编号H05B3/20GK2278325SQ96247588
公开日1998年4月8日 申请日期1996年12月12日 优先权日1996年12月12日
发明者聂伟良 申请人:聂伟良