表面抗纸屑积累的热敏打印头用发热基板及其制造方法与流程

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1.本发明涉及热敏打印头用发热基板制造技术领域，具体的说是一种能够显著改善打印粘纸现象，提高产品使用寿命的具有自清洁、低粘附特性的表面抗纸屑积累的热敏打印头用发热基板及其制造方法。


背景技术：

2.众所周知，热敏打印头工作时通过打印头发热使热敏媒介的发色层变色，此时热敏媒介会脱落黑色或白色的凝结物，在冷却过程中粘附在打印头发热基板的保护层上，形成纸屑积累，造成热敏打印头粘纸以及影响打印质量和产品使用寿命。
3.现有改善技术如下：公告号为cn204870085u的专利中，公开了一种能通过热敏媒介将纸屑带走的热敏打印头，其发热电阻体最外表层设有亲水材料及非亲水材料的功能保护层，纸屑在热敏媒介的走纸过程中被热敏媒介带走。但该实用新型更多考虑的是材料的本征疏水性，并且未给出膜层的具体组成和制备方法。
4.公告号为cn209616659u的专利中，公开了一种自动清除热敏打印头表面纸屑的热敏打印装置。该实用新型未对热敏打印头进行创新设计。
5.荷叶，出淤泥而不染，其叶片表面具有超疏水、自清洁、低粘附等效应。通过扫描电镜观察，发现荷叶表面有由微米级“乳突”状结构及附着在这些结构上的纳米级蜡质层构成的微纳分级结构。这种二级结构使得水滴与叶面之间存在一层空气膜，减少了叶面与水滴的接触面积，降低粘附力，水滴可以在荷叶表面自由滚动，因而荷叶具有自清洁能力。


技术实现要素：

6.本发明针对现有热敏打印头工作时出现的基板表面保护层纸屑积累和粘纸问题，提出了一种工艺简单、绿色无污染、具有可控性的表面抗纸屑积累的热敏打印头用发热基板及其制造方法，以改善打印过程中的纸屑积累和粘纸现象，延长热敏打印头的使用寿命。
7.本发明通过以下措施达到：
8.一种表面抗纸屑积累的热敏打印头用发热基板，设有绝缘基板，所述绝缘基板表面配置有底釉层；所述底釉层表面设置有梳状个别电极以及梳状公共电极，所述梳状个别电极和所述梳状公共电极形成梳状电极对，发热电阻体沿主打印方向配置在所述梳状电极对中间；所述梳状公共电极一端与所述发热电阻体连接，另一端与com电极连接；所述梳状个别电极一端与所述发热电阻体连接，另一端与控制ic联接；其特征在于，在发热电阻体和梳状公共电极的表面以及梳状个别电极的部分表面设有耐磨保护层；所述耐磨保护层上设置有微纳分级结构，所述微纳分级结构包含微米级“乳突”阵列和纳米级颗粒结构；所述微米级“乳突”阵列中设有大小均匀且疏密分布一致的微米级乳突，乳突直径范围为2～20μm，高1～5μm，乳突之间相距2～20μm；所述纳米级颗粒结构设置在“乳突”阵列表面。
9.本发明所述纳米级颗粒结构中的粒度范围为20～700nm，疏密分布均匀。
10.本发明所述耐磨保护层由硅酸盐玻璃釉组成，厚度为4μm～20μm，所述微纳分级结
构设置在除发热电阻体正上方以外的耐磨保护层区域。
11.本发明所述耐磨保护层由内层和外层构成，内层耐磨保护层为硅酸盐玻璃釉，厚度为4μm～14μm，外层耐磨保护层由碳化物或氮化物或者赛隆陶瓷构成，厚度为1μm～6μm，在除发热电阻体的正上方以外的外层耐磨保护层表面区域设置所述微纳分级结构。
12.本发明还提出了一种如上所述表面抗纸屑积累的热敏打印头用发热基板的制造方法，包括以下步骤：在绝缘基板表面烧结形成底釉层，在底釉层以及绝缘基板的部分区域上形成金属电极层，制成第一金属化基板；采用光刻技术，对所述第一金属化基板进行图形化工艺，形成梳状公共电极和梳状个别电极；采用描画或印刷的方式，沿主打印方向配置发热电阻体，所述发热电阻体配置在梳状部电极对中间部位；其特征在于，在所述发热电阻体表面、所述梳状公共电极表面和所述梳状个别电极部分表面设有耐磨保护层；采用激光加工方式，在所述发热电阻体的正上方的耐磨保护层表面以外位置的耐磨保护层上形成微纳分级结构；所述微纳分级结构的制作通过飞秒激光加工，微纳分级结构加工过程在水中完成。
13.本发明所述飞秒激光参数设定：包括飞秒激光单脉冲参数设定和时间整形后的飞秒激光脉冲序列参数设定，飞秒激光单脉冲参数设定：中心波长为300-900nm，脉冲宽度10-200fs，脉冲数5-500，设定重复频率为1-1khz；整形后的飞秒激光脉冲序列参数设定：将飞秒激光单脉冲整形调制为2～4个子脉冲组成的脉冲序列，相邻子脉冲之间的延迟时间为0-200fs，每个子脉冲能量相同，脉冲序列的总能量密度为0.2-5j/cm2，激光扫描速度为50-500μm/s，扫描间隔为5-11μm，扫描次数1-3。
14.本发明中具有所述微纳分级结构的耐磨保护层的制作方法为：通过丝网印刷、烧结硅酸盐玻璃釉浆料的方式，形成厚度为4μm～20μm的耐磨保护层；通过激光加工方式，在所述发热电阻体的正上方耐磨保护层表面以外位置的耐磨保护层上形成所述微纳分级结构，制成具有所述微纳分级结构的耐磨保护层。
15.本发明中具有所述微纳分级结构的耐磨保护层的制作方法包括：通过印刷、烧结硅酸盐玻璃釉浆料的方式，形成厚度为4μm～14μm的内层耐磨保护层；通过蒸发或溅射镀膜的方式，在所述内层耐磨保护层表面配置碳化物或氮化物或塞隆陶瓷构成的外层耐磨保护层，厚度为1μm～6μm；通过激光加工方式，在所述发热电阻体的正上方的外层耐磨保护层表面以外位置的外层耐磨保护层表面形成所述微纳分级结构，制成具有所述微纳分级结构的耐磨保护层。
16.本发明提供的热敏打印头用发热基板和制造方法有益效果在于，利用飞秒激光对耐磨保护层除发热电阻体位置进行刻蚀加工时，对加工部位周围材料的影响较小；水下加工时，会提高材料的去除率，稳定形成表面微纳分级结构；加工成的微纳分级结构，提高了耐磨保护层表面与纸屑表面的接触角，减小了耐磨保护层与纸屑的接触面积，有效地降低纸屑在耐磨保护层表面的滚动角，在打印过程中使纸屑不容易粘附在耐磨保护层表面，而是被热敏纸吸附带走，从而实现耐磨保护层的自清洁、低粘附、抗纸屑积累等效果。本发明的表面抗纸屑积累基板表面制备方法简单，可操作性强，能够改善打印过程中的纸屑积累和粘纸现象，延长热敏打印头的使用寿命。
附图说明：
17.附图1为实施例1中最终形成的热敏打印头用发热基板的断面示意图。
18.附图2为对比例1中最终形成的热敏打印头用发热基板的断面示意图。
19.附图3为实施例2中最终形成的热敏打印头用发热基板的断面示意图。
20.附图4为对比例2中最终形成的热敏打印头用发热基板的断面示意图。
21.附图5为实施例中印刷或描画发热电阻体后基板的平面示意图。
22.附图6为实施例中耐磨保护层表面的微纳分级结构断面示意图。
23.附图7为本发明类荷叶表面结构的扫描电子显微镜(sem)图像。
24.附图8为本发明类荷叶表面单个“乳突”结构的扫描电子显微镜(sem)图像。
25.附图9为实施例1与对比例1的性能对比图，其中图9(a)和图9(b)分别为实施例1和对比例1产品在连续打印1km时产品和积累的纸屑断面示意图。
26.附图10中图10(a)、和图10(b)分别为实施例2和对比例2产品在连续打印1km时产品和积累的纸屑断面示意图。
27.附图标记：1-绝缘基板，2-底釉层，3a-梳状公共电极，3b-梳状个别电极，4-发热电阻体，5-耐磨保护层，5a-出纸侧耐磨保护层，5b-进纸侧耐磨保护层，6-内层耐磨保护层，6a-出纸侧内层耐磨保护层，6b-进纸侧内层耐磨保护层，7-外层耐磨保护层，7a-出纸侧外层耐磨保护层，7b-进纸侧外层耐磨保护层，8-产品表面积累的纸屑断面，9-产品断面。
具体实施方式：
28.下面参照附图详细说明本发明的具体实施方式。
29.实施例1
30.本实施例提供一种表面抗纸屑积累热敏打印头用发热基板，包括绝缘基板1，在绝缘基板1表面印刷、烧结形成底釉层2，底釉层2由非晶质玻璃材料构成，底釉层2表面设置有梳状个别电极3b以及梳状公共电极3a，发热电阻体4沿主打印方向配置在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b组成的梳状电极对中间；梳状公共电极3a一端与发热电阻体4连接，另一端与com电极连接；梳状个别电极3b一端与发热电阻体4连接，另一端与控制ic联接；在发热电阻体4表面、梳状公共电极3a表面以及梳状个别电极3b的部分表面制作有耐磨保护层5，出纸侧耐磨保护层5a和进纸侧耐磨保护层5b表面配置有微纳分级结构。
31.本实施例还提供一种表面抗纸屑积累热敏打印头用发热基板的制造方法，包括以下步骤：
32.步骤1：在绝缘基板1表面印刷非晶质玻璃材料，用900℃～1300℃的温度烧结0.1h～2h，形成底釉层2；
33.步骤2：在底釉层2以及部分绝缘基板1上采用丝网印刷、烧结金属浆料的方式，形成金属电极层，烧结温度600℃～900℃，膜厚0.2～4μm，制成第一金属化基板；
34.步骤3：采用光刻技术，对所述第一金属化基板进行图形化工艺，形成梳状公共电极3a和梳状个别电极3b；
35.步骤4：采用描画或印刷的方式，在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b构成的梳状电极对中间部位，沿主打印方向配置发热电阻体4，700℃～900℃烧结成膜，膜厚3～10μm；
36.步骤5：通过印刷硅酸盐玻璃釉浆料的方式，在发热电阻体4、部分梳状个别电极3b
以及全部梳状公共电极3a的表面设有耐磨保护层5，700℃～900℃烧结成膜，膜厚4～20μm；
37.步骤6：飞秒激光参数设定，包括单脉冲激光参数设定和时间整形后脉冲序列参数设定。单脉冲激光参数设定：中心波长为300-900nm，脉冲宽度10-200fs，脉冲数5-500，设定重复频率为1hz；整形后脉冲序列参数设定：将飞秒激光单脉冲整形调制为3个子脉冲组成的脉冲序列，相邻子脉冲之间的延迟时间为0-200fs，子脉冲能量比为1：1：1，脉冲序列的总能量密度为0.2-5j/cm2，激光扫描速度为50-500μm/s，扫描间隔为5-11μm，扫描次数1-3。
38.步骤7：利用步骤6参数设定的飞秒激光脉冲序列，在水下对出纸侧耐磨保护层5a和进纸侧耐磨保护层5b加工出微纳分级结构：微米级“乳突”结构，直径2～20μm，高约1～5μm，乳突之间相距2～20μm，乳突大小均匀，分布疏密基本一致，纳米颗粒均匀分布在“乳突”表面和“乳突”之间的底部上，粒度20～700nm。
39.对比例1：
40.本对比例提供一种耐磨保护层表面未配置微纳分级结构的热敏打印头用发热基板，包括绝缘基板1，在绝缘基板1表面印刷、烧结形成底釉层2，底釉层2由非晶质玻璃材料构成，底釉层2表面设置有梳状个别电极3b以及梳状公共电极3a，发热电阻体4沿主打印方向配置在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b组成的梳状电极对中间；梳状公共电极3a一端与发热电阻体4连接，另一端与com电极连接；梳状个别电极3b一端与发热电阻体4连接，另一端与控制ic联接；在发热电阻体4表面、梳状公共电极3a表面以及梳状个别电极3b的部分表面制作有耐磨保护层5。
41.本对比例的热敏打印头用发热基板的制造方法，包括以下步骤：
42.步骤1：在绝缘基板1表面印刷非晶质玻璃材料，用900℃～1300℃的温度烧结0.1h～2h，形成底釉层2；
43.步骤2：在底釉层2以及部分绝缘基板1上采用丝网印刷、烧结金属浆料的方式，形成金属电极层，烧结温度600℃～900℃，膜厚0.2～4μm，制成第一金属化基板；
44.步骤3：采用光刻技术，对所述第一金属化基板进行图形化工艺，形成梳状公共电极3a和梳状个别电极3b；
45.步骤4：采用描画或印刷的方式，在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b构成的梳状电极对中间部位，沿主打印方向配置发热电阻体4，700℃～900℃烧结成膜，膜厚3～10μm；
46.步骤5：通过印刷硅酸盐玻璃釉浆料的方式，在发热电阻体4、部分梳状个别电极3b以及全部梳状公共电极3a的表面设有耐磨保护层5，700℃～900℃烧结成膜，膜厚4～20μm；
47.实施例1和对比例1产品连续工作走纸1km时，产品表面积累的纸屑断面如图9中9(a)和9(b)所示，实施利1产品表面纸屑积累量比对比例1减少50％-80％。
48.实施例2：
49.本实施例提供一种表面抗纸屑积累热敏打印头用发热基板，包括绝缘基板1，在绝缘基板1表面印刷、烧结形成底釉层2，底釉层2由非晶质玻璃材料构成。底釉层2表面设置有梳状个别电极3b以及梳状公共电极3a，发热电阻体4沿主打印方向配置在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b组成的梳状电极对中间；梳状公共电极3a一端与发热电阻体4连接，另一端与com电极连接；梳状个别电极3b一端与发热电阻体4连接，另一端与控制ic联接；在发热电阻体4表面、梳状公共电极3a表面以及梳状个别电极3b的部分表面制作有内层耐磨保护层6，在内层耐磨保护层6表面制作有外层耐磨保护层7，出纸侧外层耐磨保护层7a和进纸侧
外层耐磨保护层7b表面具有微纳分级结构。
50.本实施例还提供一种表面抗纸屑积累热敏打印头用发热基板的制造方法，包括以下步骤：
51.步骤1：在绝缘基板1表面印刷非晶质玻璃材料，用900℃～1300℃的温度烧结0.1h～2h，形成底釉层2；
52.步骤2：在底釉层2以及部分绝缘基板1上采用丝网印刷、烧结金属浆料方式，形成金属电极层，烧结温度600℃～900℃，膜厚0.2～4μm，制成第一金属化基板；
53.步骤3：采用光刻技术，对所述第一金属化基板进行图形化工艺，形成公共电极3a和个别电极3b；
54.步骤4：采用描画或印刷方式，在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b构成的梳状电极对中间部位，沿主打印方向配置发热电阻体4，膜厚3～10μm；
55.步骤5：通过印刷硅酸盐玻璃浆料的方式，在发热电阻体4、部分梳状个别电极3b以及全部梳状公共电极3a的表面设有内层耐磨保护层6，700℃～900℃烧结成膜，膜厚4～14μm；
56.步骤6：采用蒸发或溅射镀膜方式，在内层耐磨保护层6的表面形成碳化物陶瓷构成的外层耐磨保护层7，厚度为1μm～6μm；
57.步骤7：飞秒激光参数设定，包括单脉冲激光参数设定和时间整形后脉冲序列参数设定。单脉冲激光参数设定：中心波长为300-900nm，脉冲宽度10-200fs，脉冲数5-500，设定重复频率为1hz；整形后脉冲序列参数设定：将飞秒激光单脉冲整形调制为3个子脉冲组成的脉冲序列，相邻子脉冲之间的延迟时间为0-200fs，子脉冲能量比为1：1：1，脉冲序列的总能量密度为0.2-5j/cm2，激光扫描速度为50-500μm/s，扫描间隔为5-11μm，扫描次数1-3。
58.步骤8：利用步骤7参数设定的飞秒激光脉冲序列，在水下对出纸侧外层耐磨保护层7a和进纸侧外层耐磨保护层7b加工出微纳分级结构：微米级“乳突”结构，直径2～20μm，高约1～5μm，乳突之间相距2～20μm，乳突大小均匀，分布疏密基本一致，纳米颗粒均匀分布在“乳突”表面和“乳突”之间的底部上，粒度20～700nm。
59.对比例2：
60.本对比例提供一种耐磨保护层表面未配置微纳分级结构的热敏打印头用发热基板，包括绝缘基板1，在绝缘基板1表面印刷、烧结形成底釉层2，底釉层2由非晶质玻璃材料构成，底釉层2表面设置有梳状个别电极3b以及梳状公共电极3a，发热电阻体4沿主打印方向配置在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b组成的梳状电极对中间；梳状公共电极3a一端与发热电阻体4连接，另一端与com电极连接；梳状个别电极3b一端与发热电阻体4连接，另一端与控制ic联接；在发热电阻体4表面、梳状公共电极3a表面以及梳状个别电极3b的部分表面制作有内层耐磨保护层6，在耐磨保护层6表面制作有外层耐磨保护层7。
61.本对比例的热敏打印头用发热基板的制造方法，包括以下步骤：
62.步骤1：在绝缘基板1表面印刷非晶质玻璃材料，用900℃～1300℃的温度烧结0.1h～2h，形成底釉层2；
63.步骤2：在底釉层2以及部分绝缘基板1上采用丝网印刷、烧结金属浆料的方式，形成金属电极层，烧结温度600℃～900℃，膜厚0.2～4μm，制成第一金属化基板；
64.步骤3：采用光刻技术，对所述第一金属化基板进行图形化工艺，形成梳状公共电
极3a和梳状个别电极3b；
65.步骤4：采用描画或印刷的方式，在梳状公共电极3a和梳状个别电极3b构成的梳状电极对中间部位，沿主打印方向配置发热电阻体4，700℃～900℃烧结成膜，膜厚3～10μm；
66.步骤5：通过印刷硅酸盐玻璃浆料的方式，在发热电阻体4、部分梳状个别电极3b以及全部梳状公共电极3a的表面设有内层耐磨保护层6，700℃～900℃烧结成膜，膜厚4～14μm；
67.步骤6：采用蒸发或溅射镀膜的方式，对内层耐磨保护层6表面形成碳化物陶瓷构成的外层耐磨保护层7，厚度为1μm～6μm。
68.实施例2和对比例2产品连续工作走纸1km时，产品表面积累的纸屑断面如图10中10(a)和11(b)所示，实施例2产品纸屑积累量比对比例2减少50％-80％。
69.本发明提供的热敏打印头用发热基板和制造方法有益效果在于，利用飞秒激光对耐磨保护层除发热电阻体位置进行刻蚀加工时，对加工部位周围材料的影响较小；水下加工时，会提高材料的去除率，稳定形成表面微纳分级结构；加工成的微纳分级结构，提高了耐磨保护层表面与纸屑表面的接触角，减小了耐磨保护层与纸屑的接触面积，有效地降低纸屑在耐磨保护层表面的滚动角，在打印过程中使纸屑不容易粘附在耐磨保护层表面，而是被热敏纸吸附带走，从而实现耐磨保护层的自清洁、低粘附、抗纸屑积累等效果。本发明的表面抗纸屑积累基板表面制备方法简单，可操作性强，能够改善打印过程中的纸屑积累和粘纸现象，延长热敏打印头的使用寿命。