专利名称：氮化钛电热膜型发热体及技术的制作方法
技术领域：
本发明属于膜状电加热技术领域，特别涉及到氮化钛电热膜技术。
现有的膜式电发热体，有半导体薄膜型电热膜，氧树脂复合电热膜，导电性聚合物复合材料，涂料型电热膜等。中国专利CN86100500A和《北京科技报》87年第18期(87年9月20日出版)，公开了一种涂料型电热膜及技术。所公开的以超细石墨粉为主要导电材料的电热膜涂料，可直接刷涂、喷涂或浸涂在玻璃、陶瓷、搪瓷等材料的外表面，再加上电极和表面绝缘处理，便可制成电热产品。这种电热膜技术的缺点是，要经过制浆、涂复、烘干、烧结等阶段，工艺较烦琐，在复杂形状被加热体上制膜困难，且膜层耐磨度差。最大的缺点是，这种电热膜的电阻值易受原料成份品质，颗粒细度，涂抹厚度等因素的影响，从而影响到产品的一次合格率。
本发明的目的，是提供一种低成本，高效率地制作电热膜的材料氮化钛，利用氮化钛制作电热膜的技术及氮化钛电热膜的具体用途。这种电热膜，制作工艺简单，同基材间的结合力强，且无毒，物理、化学性能稳定，耐磨度强。
本发明的目的是这样实现的在绝缘基材或经绝缘处理的金属表面沉积致密的膜状氮化钛，这种膜状氮化钛具有导电性，膜的几何形状，特别是厚度决定了膜的电阻值。根据需要在不同的基材上沉积不同形状和厚度的氮化钛膜，加上电极，便可制成不同的电热器具。
其沉积工艺如下使用根据异常阴极辉光低压等离子体放电原理所设置的工艺，如磁控溅镀工艺，空心阴极离子镀工艺，多弧离子镀工艺等，用钛制作阴极的表层，在低压辉光放电作用下，阴极上钛原子与充入的氮气被电离。这种电离是不充分的(电离率可控制在20～80%)，因此一部分钛离子与氮离子结合，生成了氮化钛，另一部分钛离子还原成钛原子，这些钛原子与氮化钛共同凝聚，沉积在预先放置在阴极附近的基材表面，形成一层致密的膜层，即氮化钛膜。显然，只要控制住电离度，就可控制住氮化钛与钛原子的比例，也就控制住了氮化钛膜的电阻率。例如，在磁控溅镀工艺中，只要控制输入氮气的分压，或控制磁偏压，便可控制电离度。
以下为几种控制沉积膜几何形状的掩盖法。
1.可将工装夹具制成特定几何形状掩盖在基材上，将氮化钛溅射、沉积在掩盖区以外的区域，从而制成预定形状的电热膜。这种办法可在制造简单膜型时使用。
2.可用耐温(1000℃以上)可水洗涂料涂复在基材上，涂复办法可手描、丝网印刷、喷涂，氮化钛溅镀在涂复区以外的区域。溅镀后用水洗去涂料，便可得到预定形状的电热膜。这种办法可用于制造较复杂的膜型，所使用的最方便的涂料是超细瓷土与熟石膏的调水混合物。
3.对于细致精密膜型，可以在基材上印刷掩膜，如用感光树脂制版印刷。由于在油墨上难以沉积氮化钛膜层，从而可实现掩盖效果。溅镀后可用一般有机溶剂(如氯仿)清洗去油墨。在低压下使用时，由于油墨有较好的绝缘性，也可不必清除。
本发明所述的氮化钛电热膜与成膜技术。有明显的技术优势与经济优势。首先，制作工艺简单，可批量工业化生产。最简单的工装夹具掩盖法仅需溅镀一个工序，最复杂的涂料掩盖法也只需要掩膜、溅镀、洗去掩膜三个工序。其次，用本发明所述的溅镀法形成的氮化钛膜层同基材间有很好的结合力。并且，氮化钛的化学，物理性能稳定，无毒，可用在有酸、碱、盐雾的场合。另外，氮化钛本身还具有黄金般的装饰性色彩，有良好的耐磨度。
上述优点，决定了本发明有着广泛的用途。以下为本发明实施例及附图(除特异形外，常用的还有)1.可制成板状电热器具。这种膜型可用工装夹具掩盖法制成。
(1)它可单独使用，构成热菜板、暖脚板，相片压光板，工业用板式加热器，塑料贴面热压器，烫金热压板等。
图1-1表示了电阻值较小的一种膜型结构;图1-2表示了电阻值较大的一种膜型结构。
(2)它可多块组合，构成大面积加热壁，用各种形式的电极引出网络。即可以通过对各发热单元的串、并联，以达到预定总电阻值。图1-3为叉指状分布电极引出的大面积加热壁。
2.可制成栅状电热器具。这种结构有较大的热交换面积，适用于流体加热，采暖设备等。
(1)可以整体制作栅状基材，在基材上沉积各种图形的膜后，再在两端引出电极。如图2-0所示。
(2)可以用有凸台的单板叠成栅状，单板双面都沉积有相连的膜层，可根据所需功率的大小和电压的高低，叠成串联栅状器具或并联栅状器具。图2-1为串联式单片元件正视图。图2-2为串联式单片元件侧剖视图。图2-3为串联栅状电热器具半剖示意图。图3-1为并联式单片元件正视图。图3-2为并联式单片元件侧剖视图，图3-3为并联栅状电热器具半剖示意图。
3.可制成管柱状电热器具。图4-1所示为整体复膜型。图4-2所示为一端封闭的双螺旋线状复膜型。这种电热器具可采用涂料掩盖法加工。本例可广泛用于电热杯，电热保温杯等容器加热，也可用于工业管道加热。
4.可在纸张、人造革、尼龙丝等柔性材料上沉积氮化钛膜，制成柔性电热器件，如电热布、热疗服装等。
5.可制成兼有装饰效果的电热膜，常见的氮化钛膜为金黄色，若控制加工温度，沉积厚度;或加入其他微量气体(如甲烷)等等可获得银白至紫兰色彩。所以，可利用掩膜多次溅镀工艺，在玻璃、陶瓷面上制作出套色图案，若直接通入安全电压，就构成装饰性电热器件，可广泛用于玻璃窗上除霜，浴室除雾等。
6.可适用于感应加热。如在杜瓦瓶真空内壁镀上氮化钛，外套保温层，外部放置交变感应线圈，线圈通电时，氮化钛导电膜上产生涡流发热，如图5所示。
附图符号说明1基材2氮化钛膜层3电极引出处4电极引出网络5发热小单元6基材剖面7孔8瓶塞9真空腔10外感应圈
权利要求
1.一种电发热体，由基材、电极、电热膜组成，其特征在于电热膜的制作材料为氮化钛。
2.一种制造权利要求1所述的电发热体的方法，其特征在于，可使用根据异常阴极辉光低压等离子体放电原理所设置的工艺，如磁控溅镀工艺，空心阴极离子镀工艺，多弧离子镀工艺，用金属钛与氮气制备氮化钛，将氮化钛溅射、沉积在基材上，并在基材上成致密膜状。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，可通过对输入氮气分压，或控制磁偏压，来控制电离度，即控制膜的电阻率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，可采用掩盖办法，将氮化钛沉积膜制成具有特定电阻值的特定几何形状。
5.根据权利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可将夹持基材的工装夹具制成特定几何形状，掩盖在基材上，将氮化钛溅镀在掩盖区以外的区域。
6.根据权利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可用耐温可水洗涂料涂复在基材上，将氮化钛溅镀在涂复区以外的区域，溅镀后用水洗去涂料。
7.根据权利要求2、3、4所述的方法，其特征在于，可在基材上印刷油墨掩膜，如用感光树脂版印刷，将氮化钛溅镀在掩膜以外的区域。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，涂复方法可以是手描，丝网印刷，喷涂。
9.根据权利要求6、8所述的方法，其特征在于，最方便的涂料是超细瓷土与熟石膏的调水混合物。
10.根据权利要求1至9所述的电发热体，其特征在于，可制成板状电热器件，栅状电热器件，管柱状电热器件，柔性电热器件及特异型电热器件，可通过控制温度并加入其他微量气体(如甲烷)制成彩色电发热体，可用于感应加热。
11.根据权利要求10所述的板状电热器件，其特征在于，可是热菜板，暖脚板等单块板，可将多块电热板组合为电热壁，电热壁的板间电极可有各种引出方式，如用又指状导线引出。
12.根据权利要求10所述的栅状电热元件，其特征在于，可是暖气片。
13.根据权利要求10所述的管状电热元件，其特征在于，其膜可是整体复膜，可是线状复膜，如双螺旋线状复膜。
14.根据权利要求13所述的管状电热元件，其特征在于，可是电热杯，可是电热保温杯，可用于细菌培养杯等小空间温度控制，可用于工业管道加热。
15.根据权利要求10所述的彩色发热体，其特征在于，可用掩膜多次溅镀工艺，在玻璃面、陶瓷面上制作出套色图案。
16.根据权利要求15所述的彩色发热体，其特征在于，可制成装饰性电热器件，用于玻璃窗除霜，浴室除雾等。
全文摘要
本发明的电发热体由基材、电极以及氮化钛电热膜组成。本发明公开了一种制作电热膜的新材料氮化钛，制作这种有预定电阻率的氮化钛膜的技术，及这种氮化钛膜型发热体的具体应用。
文档编号C23C14/34GK1034462SQ8810030
公开日1989年8月2日 申请日期1988年1月20日 优先权日1988年1月20日
发明者侯梦斌 申请人:侯梦斌