陶瓷发热体的制备方法及陶瓷发热体与流程

1.本发明涉及陶瓷制品技术领域，特别是涉及陶瓷发热体的制备方法及陶瓷发热体。


背景技术：

2.目前雾化器普遍使用的多孔陶瓷发热体的类型主要有两种，第一种制备多孔陶瓷发热体是在多孔陶瓷的制备过程中，埋入金属发热丝，进行烧结处理。此种方法由于金属发热丝受温度的影响比较大，一般烧结温度比较低，从而造成制备的多孔陶瓷在强度和性能方面存在较大的缺陷，其次，发热丝在烧结的过程中氧化、变形严重，造成发热丝的发热均匀性差，影响多孔陶瓷发热体的使用性能。
3.第二种制备多孔陶瓷发热体的方法是首先预烧结多孔陶瓷，然后在多孔陶瓷的表面印刷发热材料后进行烧结固化，将发热材料固定在多孔陶瓷的表面。此种方法中印刷发热材料容易在后期的烧结固化的过程中由于收缩性能不一致造成发热材料的脱落、裂纹等问题，从而影响陶瓷发热体的使用性能。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提供一种陶瓷发热体的制备方法，采用激光烧结的方法将多孔陶瓷和金属膜片结合，结合牢固，不易脱落。
5.本发明还提供了上述陶瓷发热体的制备方法制备的陶瓷发热体。
6.一种陶瓷发热体的制备方法，包括以下步骤：
7.流延法制备金属膜片；
8.提供不同导热系数多孔陶瓷；
9.将金属膜片铺设于多孔陶瓷的至少一面，获得陶瓷发热体坯体；
10.预先将图形程序导入选择性激光设备中，然后将陶瓷发热体坯体置于氮气气氛保护的激光设备中，进行发热膜激光烧结，在多孔陶瓷的表面形成预设图形的发热膜，获得陶瓷发热体组合。
11.上述陶瓷发热体的制备方法，利用高能激光束将多孔陶瓷和金属膜片中的金属离子态化，使二者牢固结合，发热膜一致度好与陶瓷结合牢固，没有金属膜片没有形成发热膜的部分自动脱离，不需要印刷、烘干、烧结等传统工序，产品制备速度快，能耗利用率高，缩短了陶瓷发热体制备周期；而且，本发明陶瓷发热体的制备方法制成的陶瓷发热体，其发热膜致密度高，连续性好，产品质量高。
12.在其中一个实施例中，不同导热系数多孔陶瓷包括氧化铝、氮化铝和碳化硅中的一种。
13.在其中一个实施例中，金属膜片包括金属粉料和有机粘结剂。
14.在其中一个实施例中，金属粉料为铁基合金粉、自溶性镍基合金粉混合粉料中的至少一种，有机粘结剂包括丙烯酸乳剂和聚丙烯酸胺盐中的至少一种。
15.在其中一个实施例中，金属粉料的粒径为1-10μm。
16.在其中一个实施例中，流延法制备金属膜片包括以下步骤：
17.按质量百分比，将铁基合金粉5％-20％、镍基合金粉30％-70％、丙烯酸乳剂5％-30％、聚丙烯酸胺盐5％-30％、纯净水20％-30％、分散剂0-5％加入球磨机中进行球磨，混合，获得流延浆料；
18.将流延浆料进行流延成型，获得金属膜片。
19.在其中一个实施例中，分散剂包括焦磷酸钠、六偏磷酸钠、聚醚f127的一种或多种。
20.在其中一个实施例中，金属膜片的厚度为20-80μm。
21.在其中一个实施例中，发热膜图形包括m型、s型、z型和n型中的一种或多种。
22.本发明还提供了采用上述任一项的陶瓷发热体的制备方法制成的陶瓷发热体，发热膜一致度好与陶瓷结合牢固，不易脱离。
附图说明
23.图1为实施例1陶瓷发热体的制备方法的步骤s300的将金属膜片铺设于多孔陶瓷的一面的示意图；
24.图2为实施例1陶瓷发热体的制备方法的步骤s300的将陶瓷发热体坯体置于激光设备中的示意图；
25.图3为实施例1陶瓷发热体的制备方法的步骤s400制成的陶瓷发热体组合的示意图；
26.图4为实施例1陶瓷发热体的制备方法的步骤s400的将金属膜片铺设于多孔陶瓷的一面的示意图；
27.图5为实施例1陶瓷发热体的制备方法的步骤s500中将陶瓷发热体组合上未与多孔陶瓷结合的金属膜片撕下后的示意图；
28.图6为实施例1陶瓷发热体的制备方法的步骤s500制成的陶瓷发热体的示意图。
具体实施方式
29.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
31.本发明实施例提供了一种陶瓷发热体的制备方法，包括以下步骤：
32.s100：流延法制备金属膜片。
33.可选地，金属膜片包括金属粉料和有机粘结剂。
34.金属粉料为铁基合金粉、自溶性镍基合金粉混合粉料中的至少一种，所述有机粘结剂包括丙烯酸乳剂和聚丙烯酸胺盐中的至少一种。
35.可选地，铁基合金粉、自溶性镍基合金粉混合粉料的粒径为1-10μm，此粒径范围的
铁基合金粉、自溶性镍基合金粉混合粉料可成型致密度较高的金属膜片，并在激光烧结时形成致密度较高的发热膜。
36.可选地，流延法制备金属膜片包括以下步骤：
37.s110：按质量百分比，将铁基合金粉5％-20％、镍基合金粉30％-70％、丙烯酸乳剂5％-30％、聚丙烯酸胺盐5％-30％、纯净水20％-30％、分散剂0-5％加入球磨机中进行球磨，混合，获得流延浆料。
38.铁基合金粉、镍基合金粉作为金属粉，是后续激光电离的主要组分，可以在激光烧结中呈金属离子态与多孔陶瓷结合。丙烯酸乳剂、聚丙烯酸胺盐作为粘结剂，将浆料中的各组分粘结于一起，使铁基合金粉、镍基合金粉可流延成型为金属膜片。
39.可选地，分散剂包括焦磷酸钠、六偏磷酸钠、聚醚f127的一种或多种，该些分散剂可提高铁基合金粉、镍基合金粉、丙烯酸乳剂、聚丙烯酸胺盐在浆料中的分散度，使分散均匀，为后续的流延成型提供材料基础。
40.可选地，球磨采用水和锆球作为球磨介质，球料比为3：1。
41.球磨完成后，获得混合浆料，对混合浆料进行真空除泡，除泡时间为1-4h，然后将除泡后的混合浆料经过325目筛网过滤，获得含有符合粒径大小的铁基合金粉和镍基合金粉的流延浆料。
42.s120：将流延浆料进行流延成型，获得金属膜片。
43.通过流延成型方法可制备致密的均匀度一致的金属膜，且成型后便于分切剪裁成合适的尺寸，如将金属膜片剪裁成尺寸大小为150mm
×
150mm的小单元矩形膜片。
44.可选地，金属膜片的厚度为20-80μm。可以理解地，金属膜片的厚度越小，越容易激光烧结粘结于多孔陶瓷上，但若金属膜片的厚度过小，如小于20μm时，其导电性能将会受到较大影响；若金属膜片的厚度过大，如大于80μm时，激光烧结的效果降低，或者形成的发热膜的阻值不理想。
45.s200：提供不同导热系数多孔陶瓷。
46.可选地，多孔陶瓷包括氧化铝、氮化铝和碳化硅中的一种，该些多孔陶瓷强度佳，并且能够在激光激发下形成离子态和金属膜片中的金属离子结合，制成目标陶瓷发热体。
47.可选地，多孔陶瓷的孔隙率为45％-68％，孔径20-35μm，强度为500-900n/mm2，此性能参数的多孔陶瓷适用于抽吸装置的雾化芯陶瓷发热体，透气度及雾化效果佳。
48.s300：将金属膜片铺设于多孔陶瓷的至少一面，获得陶瓷发热体坯体。
49.s400：预先将图形程序导入选择性激光设备中，然后将陶瓷发热体坯体置于氮气气氛保护的激光设备中，进行发热膜激光烧结，在多孔陶瓷的表面形成预设图形的发热膜，获得陶瓷发热体组合。
50.可选地，激光烧结的激光功率为500-1200w，扫描速度90-500mm/s，扫描间距0.1-0.15mm，铺粉厚度20-80μm，此激光烧结参数可获得较好的粘结效果。
51.可选地，发热膜图形包括m型、s型、z型和n型中的一种或多种，可根据实际需要和设计选择合适的发热膜图形，激光设备均能根据设计的图案灵活操作。
52.可以理解地，步骤s400之后还包括步骤s500，s500为：
53.将陶瓷发热体组合上未与多孔陶瓷结合的金属膜片撕下，再根据需要切割成合适尺寸的陶瓷发热体。
54.本发明实施例提供的陶瓷发热体的制备方法，利用高能激光束将多孔陶瓷和金属膜片中的金属离子态化，使二者牢固结合，发热膜一致度好与陶瓷结合牢固，没有金属膜片没有形成发热膜的部分自动脱离，不需要印刷、烘干、烧结等传统工序，产品制备速度快，能耗利用率高，缩短了陶瓷发热体制备周期；而且，本发明陶瓷发热体的制备方法可制备各种线条宽度大于20um的平面图案的陶瓷发热体发热膜，发热膜致密度高，连续性好，产品质量高。
55.采用上述任一项的陶瓷发热体的制备方法制成的陶瓷发热体，发热膜一致度好与陶瓷结合牢固，且发热膜的致密度高，产品质量高。
56.以下为具体实施例说明。
57.实施例1
58.本实施例的陶瓷发热体的制备方法，包括以下步骤：
59.s110：按质量百分比，将粒径为1-5μm的铁基合金粉5％、粒径为3-7μm的镍基合金粉58％、丙烯酸乳剂6％、聚丙烯酸胺盐10％、纯净水20％、分散剂焦磷酸钠1％加入球磨机中，以水和锆球作为球磨介质，球料比为3：1进行球磨，获得混合浆料，对混合浆料进行真空除泡，除泡时间为3h，然后将除泡后的混合浆料经过325目筛网过滤，获得流延浆料。
60.s120：将流延浆料进行流延成型，获得金属膜，将金属膜剪裁成尺寸大小为150mm
×
150mm的金属膜片20，金属膜片20的厚度为25μm。
61.s200：提供氧化铝多孔陶瓷30，多孔陶瓷30的孔隙率为45％，孔径20-25μm，强度为600n/mm2。
62.s300：将金属膜片20铺设于多孔陶瓷30的一面，如图1和图2所示，轻轻压实，获得陶瓷发热体坯体。
63.s400：如图3，预先将图形程序导入选择性激光设备中，然后将陶瓷发热体坯体置于氮气气氛保护的激光设备40中，对金属膜片上进行m型发热膜图形的激光烧结，激光烧结的激光功率为800w，扫描速度100mm/s，扫描间距0.1mm，铺粉厚度20μm，在多孔陶瓷30的表面形成预设图形的发热膜50，获得陶瓷发热体组合，如4所示。
64.s500：将陶瓷发热体组合上未与多孔陶瓷30结合的金属膜片20撕下，如图5所示，撕下多余金属膜片20的陶瓷发热体组合切割成合适尺寸的陶瓷发热体，如图6所示。
65.实施例2
66.本实施例的陶瓷发热体的制备方法，包括以下步骤：
67.s110：按质量百分比，将粒径为7-10μm的铁基合金粉9％、粒径为6-10μm的镍基合金粉30％、丙烯酸乳剂28％、聚丙烯酸胺盐6％、纯净水26％、分散剂六偏磷酸钠1％加入球磨机中，以水和锆球作为球磨介质，球料比为3：1进行球磨，获得混合浆料，对混合浆料进行真空除泡，除泡时间为2h，然后将除泡后的混合浆料经过325目筛网过滤，获得流延浆料。
68.s120：将流延浆料进行流延成型，获得金属膜，将金属膜剪裁成尺寸大小为150mm
×
150mm的金属膜片，金属膜片的厚度为45μm。
69.s200：提供氮化铝多孔陶瓷，多孔陶瓷的孔隙率为60％，孔径30-35μm，强度为500n/mm2。
70.s300：将金属膜片铺设于多孔陶瓷的一面，轻轻压实，获得陶瓷发热体坯体。
71.s400：预先将图形程序导入选择性激光设备中，然后将陶瓷发热体坯体置于氮气
气氛保护的激光设备中，对金属膜片上进行s型发热膜图形的激光烧结，激光烧结的激光功率为1200w，扫描速度90mm/s，扫描间距0.15mm，铺粉厚度80μm，在多孔陶瓷的表面形成预设图形的发热膜，获得陶瓷发热体组合。
72.s500：将陶瓷发热体组合上未与多孔陶瓷结合的金属膜片撕下，撕下多余金属膜片的陶瓷发热体组合切割成合适尺寸的陶瓷发热体。
73.实施例3
74.本实施例的陶瓷发热体的制备方法，包括以下步骤：
75.s110：按质量百分比，将粒径为5-10μm的铁基合金粉20％、粒径为5-9μm的镍基合金粉32％、丙烯酸乳剂10％、聚丙烯酸胺盐8％、纯净水30％加入球磨机中，以水和锆球作为球磨介质，球料比为3：1进行球磨，获得混合浆料，对混合浆料进行真空除泡，除泡时间为1h，然后将除泡后的混合浆料经过325目筛网过滤，获得流延浆料。
76.s120：将流延浆料进行流延成型，获得金属膜，将金属膜剪裁成尺寸大小为150mm
×
150mm的金属膜片，金属膜片的厚度为20μm。
77.s200：提供氮化铝多孔陶瓷，多孔陶瓷的孔隙率为55％，孔径25-30μm，强度为700n/mm2。
78.s300：将金属膜片铺设于多孔陶瓷的一面，轻轻压实，获得陶瓷发热体坯体。
79.s400：预先将图形程序导入选择性激光设备中，然后将陶瓷发热体坯体置于氮气气氛保护的激光设备中，对金属膜片上进行z型发热膜图形的激光烧结，激光烧结的激光功率为900w，扫描速度500mm/s，扫描间距0.12mm，铺粉厚度30μm，在多孔陶瓷的表面形成预设图形的发热膜，获得陶瓷发热体组合。
80.s500：将陶瓷发热体组合上未与多孔陶瓷结合的金属膜片撕下，撕下多余金属膜片的陶瓷发热体组合切割成合适尺寸的陶瓷发热体。
81.实施例4
82.本实施例的陶瓷发热体的制备方法，包括以下步骤：
83.s110：按质量百分比，将粒径为2-5μm的铁基合金粉5％、粒径为3-8μm的镍基合金粉65％、丙烯酸乳剂5％、聚丙烯酸胺盐5％、纯净水20％加入球磨机中，以水和锆球作为球磨介质，球料比为3：1进行球磨，获得混合浆料，对混合浆料进行真空除泡，除泡时间为4h，然后将除泡后的混合浆料经过325目筛网过滤，获得流延浆料。
84.s120：将流延浆料进行流延成型，获得金属膜，将金属膜剪裁成尺寸大小为150mm
×
150mm的金属膜片，金属膜片的厚度为40μm。
85.s200：提供碳化硅多孔陶瓷，多孔陶瓷的孔隙率为60％，孔径30-35μm，强度为800n/mm2。
86.s300：将金属膜片铺设于多孔陶瓷的一面，轻轻压实，获得陶瓷发热体坯体。
87.s400：预先将图形程序导入选择性激光设备中，然后将陶瓷发热体坯体置于氮气气氛保护的激光设备中，对金属膜片上进行n型发热膜图形的激光烧结，激光烧结的激光功率为1000w，扫描速度300mm/s，扫描间距0.15mm，铺粉厚度70μm，在多孔陶瓷的表面形成预设图形的金属膜，获得陶瓷发热体组合。
88.s500：将陶瓷发热体组合上未与多孔陶瓷结合的金属膜片撕下，撕下多余金属膜片的陶瓷发热体组合切割成合适尺寸的陶瓷发热体。
89.取实施例1至4制成的陶瓷发热体观察其外观，发热膜与多孔陶瓷结为一体，再对实施例1至4制成的陶瓷发热体进行性能检测，测试结果如表1所示。
90.表1
[0091] 实施例1实施例2实施例3实施例1电阻(ω)1.01.30.81.2
[0092]
从测试结果可知，实施例1至4制成的陶瓷发热体，发热膜与多孔陶瓷结合牢固不易脱离，电阻值适用于作为抽吸装置的雾化芯。
[0093]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0094]
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。