CN103582193A - 一种即热式陶瓷加热管及加工工艺 - Google Patents

Abstract

一种即热式陶瓷加热管，包括陶瓷棒和电阻膜，所述电阻膜以氧化铝生瓷片作为基片，并在基片上印刷钨金属发热电路膜，所述钨金属发热电路膜钎焊引出外电极；所述氧化铝生瓷片包覆于所述陶瓷棒的外部，且与所述陶瓷棒共烧形成整体，即热式陶瓷加热管在制备时，需要首先制备陶瓷棒和电阻膜，再将电阻膜包覆于所述陶瓷棒的外部，热压、共烧成型。本发明结构简单紧凑，升温速度快，加热均匀，使用安全，耐腐蚀、环保节能。

Description

一种即热式陶瓷加热管及加工工艺

技术领域

本发明涉及一种陶瓷加热器，具体涉及一种即热式陶瓷加热管及其加工工艺。 

背景技术

目前，现有使用的普通铜加热管、蓄水加热器、燃气加热器等结构复杂，体积大，升温速度慢，安全性能低，且能量消耗大，环保性能差。陶瓷加热器是一种高效热分布均匀的加热器，能够确保热面温度均匀，消除了设备的热点及冷点，且具有长寿命、保温性能好、机械性能强、耐腐蚀、抗磁场等优点。因此有必要设计一种即热式陶瓷加热器，对流经陶瓷管内的水流进行加热，供给加热管热水器使用。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种即热式陶瓷加热管及加工工艺，从而解决上述背景技术中的问题。 

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现： 

一种即热式陶瓷加热管，包括陶瓷棒和电阻膜，所述电阻膜以氧化铝生瓷片作为基片，并在基片上印刷钨金属发热电路膜，所述钨金属发热电路膜钎焊引出外电极；所述氧化铝生瓷片包覆于所述陶瓷棒的外部，且与所述陶瓷棒共烧形成整体。

作为一种改进，所述陶瓷棒上设置有陶瓷法兰。 

一种即热式陶瓷加热管的加工工艺，包括如下步骤。 

S1.陶瓷棒制备 

所述陶瓷棒包括以下重量份的原料：

α-氧化铝  93.5

苏州土   1.55

碳酸钙和SiO₂混合物   2.65

氧化钇   0.3

氧化锆  2

以上原料混合球磨后添加11.3重量份的蜡在60℃的温度下热压成型、1350℃下素烧为所述陶瓷棒。

显然，所述陶瓷棒制备时，还需要采用到其他的工艺步骤，整体流程为：原料处理—烘烤—配料—球磨—加蜡搅拌—制蜡饼—成型—坯件检验—排蜡素烧—半成品检验。 

S2.电阻膜制备 

电阻膜的氧化铝生瓷片包括以下重量份的原料：

α-氧化铝  93-96

苏州土  1-2

碳酸钙  1-3

粘合剂  2-3

先在上述原料粉料中加入15重量份的去离子水、12重量份的二氧化锆及7.5重量份的瓷料进行第一次混磨，得到浆料，浆料球磨6h 后过270目筛，再在10-20℃冷藏的浆料中加入10重量份的二甲苯/正丁醇混合剂进行第二次球磨18小时，并加入除泡剂进行真空搅拌30分钟，除泡，按常规工艺流延成型制成氧化铝生瓷片。

所述粘合剂包括聚乙烯醇。 

所述除泡剂包括磷酸三丁酯。 

所述瓷料为市售，例如济源市更新瓷料有限公司生产的瓷料。 

整体流程为：粘合剂配置—浆料配置—滚磨—冷藏—球磨—真空除泡—流延成型—切片—检验。 

以氧化铝生瓷片为基片，在其上印刷钨金属发热电路膜。 

S3.陶瓷棒与电阻膜结合 

将制得的氧化铝生瓷片基片电阻膜包覆于所述陶瓷棒的外部，热压、然后在1500℃温度下共烧，使两者结合一体。

显然，本发明还需要经过后续的检验、安装陶瓷法兰、将钨金属发热电路膜钎焊引出外电极、测试以及包装入库等步骤，因为上述步骤均采用常规工艺，在此不做赘述。 

本发明中，所述陶瓷棒的晶相变为刚玉、莫来石、ZrO₂晶粒。 

作为一种改进，控制所述陶瓷棒中的晶相生长，所述陶瓷棒中刚玉和所述莫来石的晶相重量比例为3：1，所述刚玉的晶相重量不超过陶瓷棒重量的55%，所述莫来石的晶相重量不少于陶瓷棒重量的10%，所述ZrO₂晶粒的晶相重量为陶瓷棒重量的1-10%，因而陶瓷棒具有优良的烧结性能和热膨胀系数。 

本发明中，在氧化铝生瓷片制备中掺杂10重量份的混合溶剂二甲苯/正丁醇，浆料的润湿性能最好，浆料的悬浮性能和流变性能最佳。 

本发明提供的陶瓷棒中，刚玉的晶粒尺寸1-2μm，莫来石为针状，长不大于10μm。刚玉和莫来石为主晶相，ZrO₂为次晶相，针状的莫来石晶交织成网状，成为瓷质的晶体骨架，刚玉和ZrO₂晶粒均匀分布于瓷体中。由于在不同温度下，ZrO₂以三种同质异形体存在，即立方晶系、四方晶系、单斜晶系，单斜晶系和四方晶系的转化伴随有1%的体积变化，加热时由单斜转m-ZrO₂变为四方t-ZrO₂，体积收缩，冷却时由t-ZrO₂转变为m-ZrO₂体积膨胀。但这种收缩与膨胀并不发生在同一温度，前者约在1200℃，后者约在1000℃，因此，为了得到ZrO₂相变增韧及优质结构，发明人设计了最低共熔点烧成温度在1350℃，并添加0.3%氧化钇做烧结助剂，这样能保证ZrO₂都转变为四方相t-ZrO₂，烧成后当温度降至1000℃时，瓷体中的玻璃相已经稳固，t-ZrO₂颗粒弥散在瓷质基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，t-ZrO₂晶梯粒周围则有不同的受力情况，当它受到基体的压抑，ZrO₂的相变也将受到压制，从而达到配方设计目的，且灵活互动。从而开创制备95%氧化铝陶瓷即热棒的低温配方和低温烧结新工艺，并能与钨金属浆料相匹配。 

本发明电阻膜的氧化铝生瓷片制备过程中，混合溶剂二甲苯/正丁醇对粉料的润湿性能最好，粉体的悬浮性能和浆料流变性能最佳，从而制备出适合流延和大功率电路用绝缘基板的氧化铝生瓷片。该瓷片制备方法不仅工艺简化，成分易控制，而且烧结时的密度快速增长移向较高温度，有利于烧尽来自生片和浆料的有机物和降低基片的高温变形。同时，该氧化铝生瓷片具有适中的介电常数、较低的介电损耗、较小的温度系数等特性，能满足陶瓷介质及其他功率电路板使用性能及工艺要求。 

由于采用了以上结构，本发明具有以下有益效果： 

本发明结构简单紧凑，体积小；升温速度快，加热温度最高可达950℃；加热均匀，散热快；发热时无明火，使用安全；发热电路与空气隔绝，元件耐酸碱及其他腐蚀性物质；元件本身及生产过程符合环保要求；不含铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚、苯等有害物质，符合欧盟（ROHS及WEEE）的环保要求。

本发明安全、环保、节能、市场前景大。 

附图说明

图1为本发明结构示意图； 

图中：1. 陶瓷棒 ，2. 电阻膜 ，3. 氧化铝生瓷片，4. 钨金属发热电路膜，5. 外电极，6. 陶瓷法兰。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。 

参见图1，一种即热式陶瓷加热管，包括陶瓷棒1和电阻膜2，所述电阻膜2以氧化铝生瓷片3作为基片，并在基片上印刷钨金属发热电路膜4，所述钨金属发热电路膜4钎焊引出外电极5；所述氧化铝生瓷片3包覆于所述陶瓷棒1的外部，且与所述陶瓷棒1共烧形成整体。 

本发明中，所述陶瓷棒1上设置有陶瓷法兰6。 

实施例1 

一种即热式陶瓷加热管的加工工艺，包括如下步骤：

S1.陶瓷棒制备

所述陶瓷棒包括以下原料：

α-氧化铝  93.5kg

苏州土   1.55kg

碳酸钙和SiO₂混合物   2.65kg

氧化钇   0.3kg

氧化锆  2kg

工艺步骤的整体流程为：原料处理—烘烤—配料—球磨—加蜡搅拌—制蜡饼—成型—坯件检验—排蜡素烧—半成品检验，其中，原料混合球磨后添加11.3kg的蜡在60℃的温度下热压成型、1350℃下素烧为所述陶瓷棒；

S2.电阻膜制备

电阻膜的氧化铝生瓷片包括以下原料：

α-氧化铝  93kg

苏州土  1kg

碳酸钙  1kg

粘合剂聚乙烯醇  2kg

先在上述原料粉料中加入15kg的去离子水、12kg的二氧化锆及7.5kg的瓷料进行第一次混磨，得到浆料，浆料球磨6h 后过270目筛，再在10℃冷藏的浆料中加入10重量份的二甲苯/正丁醇混合剂进行第二次球磨18小时，并加入除泡剂磷酸三丁酯进行真空搅拌30分钟，除泡，按常规工艺流延成型制成氧化铝生瓷片；整体流程为：粘合剂配置—浆料配置—滚磨—冷藏—球磨—真空除泡—流延成型—切片—检验；然后以氧化铝生瓷片为基片，在其上印刷钨金属发热电路膜；

S3.陶瓷棒与电阻膜结合

将制得的氧化铝生瓷片基片电阻膜包覆于所述陶瓷棒的外部，热压、然后在1500℃温度下共烧，使两者结合一体。

最后经过后续的检验、安装陶瓷法兰、将钨金属发热电路膜钎焊引出外电极、测试，最终包装入库。 

本实施例生产的陶瓷棒的晶相变为刚玉、莫来石、ZrO₂晶粒，所述陶瓷棒中刚玉和所述莫来石的晶相重量比例为3：1，所述刚玉的晶相重量为陶瓷棒重量的55%，所述莫来石的晶相重量为陶瓷棒重量的10%，所述ZrO₂晶粒的晶相重量为陶瓷棒重量的1%，陶瓷棒具有优良的烧结性能和热膨胀系数。 

实施例2 

一种即热式陶瓷加热管的加工工艺，包括如下步骤：

S1.陶瓷棒制备

所述陶瓷棒包括以下原料：

α-氧化铝  93.5kg

苏州土   1.55kg

碳酸钙和SiO₂混合物   2.65kg

氧化钇   0.3kg

氧化锆  2kg

工艺步骤的整体流程为：原料处理—烘烤—配料—球磨—加蜡搅拌—制蜡饼—成型—坯件检验—排蜡素烧—半成品检验，其中，原料混合球磨后添加11.3kg的蜡在60℃的温度下热压成型、1350℃下素烧为所述陶瓷棒；

S2.电阻膜制备

电阻膜的氧化铝生瓷片包括以下原料：

α-氧化铝  96kg

苏州土  2kg

碳酸钙  3kg

粘合剂聚乙烯醇  3kg

先在上述原料粉料中加入15kg的去离子水、12kg的二氧化锆及7.5kg的瓷料进行第一次混磨，浆料球磨6h 后过270目筛，再在20℃冷藏的浆料中加入10重量份的二甲苯/正丁醇混合剂进行第二次球磨18小时，并加入除泡剂磷酸三丁酯进行真空搅拌30分钟，除泡，按常规工艺流延成型制成氧化铝生瓷片；整体流程为：粘合剂配置—浆料配置—滚磨—冷藏—球磨—真空除泡—流延成型—切片—检验；然后以氧化铝生瓷片为基片，在其上印刷钨金属发热电路膜；

S3.陶瓷棒与电阻膜结合

将制得的氧化铝生瓷片基片电阻膜包覆于所述陶瓷棒的外部，热压、然后在1500℃温度下共烧，使两者结合一体。

最后经过后续的检验、安装陶瓷法兰、将钨金属发热电路膜钎焊引出外电极、测试，最终包装入库。 

本实施例生产的陶瓷棒的晶相变为刚玉、莫来石、ZrO₂晶粒，所述陶瓷棒中刚玉和所述莫来石的晶相重量比例为3：1，所述刚玉的晶相重量为陶瓷棒重量的50%，所述莫来石的晶相重量为陶瓷棒重量的12%，所述ZrO₂晶粒的晶相重量为陶瓷棒重量的10%，陶瓷棒具有优良的烧结性能和热膨胀系数。 

实施例3 

一种即热式陶瓷加热管的加工工艺，包括如下步骤：

S1.陶瓷棒制备

所述陶瓷棒包括以下原料：

α-氧化铝  93.5kg

苏州土   1.55kg

碳酸钙和SiO₂混合物   2.65kg

氧化钇   0.3kg

氧化锆  2kg

工艺步骤的整体流程为：原料处理—烘烤—配料—球磨—加蜡搅拌—制蜡饼—成型—坯件检验—排蜡素烧—半成品检验，其中，原料混合球磨后添加11.3kg的蜡在60℃的温度下热压成型、1350℃下素烧为所述陶瓷棒；

S2.电阻膜制备

电阻膜的氧化铝生瓷片包括以下原料：

α-氧化铝  95kg

苏州土  1.5kg

碳酸钙  2kg

粘合剂聚乙烯醇  2.5kg

先在上述原料粉料中加入15kg的去离子水、12kg的二氧化锆及7.5kg的瓷料进行第一次混磨，浆料球磨6h 后过270目筛，再在15℃冷藏的浆料中加入10重量份的二甲苯/正丁醇混合剂进行第二次球磨18小时，并加入除泡剂磷酸三丁酯进行真空搅拌30分钟，除泡，按常规工艺流延成型制成氧化铝生瓷片；整体流程为：粘合剂配置—浆料配置—滚磨—冷藏—球磨—真空除泡—流延成型—切片—检验；然后以氧化铝生瓷片为基片，在其上印刷钨金属发热电路膜；

S3.陶瓷棒与电阻膜结合

将制得的氧化铝生瓷片基片电阻膜包覆于所述陶瓷棒的外部，热压、然后在1500℃温度下共烧，使两者结合一体。

最后经过后续的检验、安装陶瓷法兰、将钨金属发热电路膜钎焊引出外电极、测试，最终包装入库。 

本实施例生产的陶瓷棒的晶相变为刚玉、莫来石、ZrO₂晶粒，所述陶瓷棒中刚玉和所述莫来石的晶相重量比例为3：1，所述刚玉的晶相重量为陶瓷棒重量的55%，所述莫来石的晶相重量为陶瓷棒重量的13%，所述ZrO₂晶粒的晶相重量为陶瓷棒重量的8%，陶瓷棒具有优良的烧结性能和热膨胀系数。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 

。 

Claims (5)

1.一种即热式陶瓷加热管，包括陶瓷棒和电阻膜，其特征在于：所述电阻膜以氧化铝生瓷片作为基片，并在基片上印刷钨金属发热电路膜，所述钨金属发热电路膜钎焊引出外电极；所述氧化铝生瓷片包覆于所述陶瓷棒的外部，且与所述陶瓷棒共烧形成整体。

2.如权利要求1所述的一种即热式陶瓷加热管，其特征在于：所述陶瓷棒上设置有陶瓷法兰。

3.一种如权利要求1所述的即热式陶瓷加热管的加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1.陶瓷棒制备

所述陶瓷棒包括以下重量份的原料：

α-氧化铝  93.5

苏州土   1.55

碳酸钙和SiO₂混合物   2.65

氧化钇   0.3

氧化锆  2

以上原料混合球磨后添加11.3重量份的蜡在60℃的温度下热压成型、1350℃下素烧为所述陶瓷棒；

S2.电阻膜制备

电阻膜的氧化铝生瓷片包括以下重量份的原料：

α-氧化铝  93-96

苏州土  1-2

碳酸钙  1-3

粘合剂  2-3

先在上述原料粉料中加入15重量份的去离子水、12重量份的二氧化锆及7.5重量份的瓷料进行第一次混磨，浆料混磨6h 后过270目筛，再在10-20℃冷藏的浆料中加入10重量份的二甲苯/正丁醇混合剂进行第二次球磨18小时，并加入除泡剂进行真空搅拌30分钟，除泡，流延成型制成氧化铝生瓷片；以氧化铝生瓷片为基片，在其上印刷钨金属发热电路膜；

S3.陶瓷棒与电阻膜结合

将制得的氧化铝生瓷片基片电阻膜包覆于所述陶瓷棒的外部，热压、然后在1500℃温度下共烧，使两者结合一体。

4.一种如权利要求3所述的即热式陶瓷加热管加工工艺，其特征在于：步骤S2中，所述粘合剂包括聚乙烯醇。

5.一种如权利要求3所述的即热式陶瓷加热管加工工艺，其特征在于：步骤S2中，所述除泡剂包括磷酸三丁酯。

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