CN113439874A - 用于气雾生成装置的感受器、气雾生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于气雾生成装置的感受器及气雾生成装置；其中，感受器包括：金属本体，可被变化的磁场穿透而产生热量；形成于所述金属本体上的保护层；该保护层包括准晶合金材料，以减少来自可抽吸材料的有机物在所述感受器表面的粘附或沉积。以上感受器在使用中，来自于可抽吸材料的水汽、气溶胶冷凝油等无法在准晶合金材料表面铺展开，从而能维持在大体呈球形的形状容易从感受器上分离；同时掉落在感受器上的烟渣、积碳等固相有机物难以顽固地结合在保护层上，而不会在感受器部件上形成顽固的粘附或沉积。

Description

用于气雾生成装置的感受器、气雾生成装置

技术领域

本发明实施例涉及电磁感应式加热不燃烧烟具领域，尤其涉及一种用于气雾生成装置的感受器、气雾生成装置。

背景技术

烟制品(例如，香烟、雪茄等)在使用过程中燃烧烟草以产生烟草烟雾。人们试图通过制造在不燃烧的情况下释放化合物的产品来替代这些燃烧烟草的制品。

此类产品的示例为加热装置，其通过加热而不是燃烧材料来释放化合物。例如，该材料可为烟草或其他非烟草产品，这些非烟草产品可包含或可不包含尼古丁。作为一个示例，采用具有适当的磁导率性能的感应式的加热器在交变磁场的诱导下发热，进而加热烟草制品进而释放化合物形成供吸食的气溶胶。已知的感应式的加热器通常采用不锈铁、铁镍合金等含有铁、镍等磁导性能适合的材质制备，具有比较活泼的表面性质，在使用中较易粘附烟草制品的碎渣、气溶胶冷凝生成的有机物。在优选的实施中，通常采用在表面涂覆玻璃釉、无机陶瓷的防烟垢、防腐蚀的保护涂层。已知的保护涂层强度和防烟垢、烟制品碎渣、冷凝物的粘附效果上不足。

发明内容

为了解决现有技术中感应式加热器的问题，本发明实施例提供一种用于气雾生成装置的感受器、气雾生成装置。

本发明的一个实施例提出一种用于气雾生成装置的感受器，所述气雾生成装置用于加热可抽吸材料生成气溶胶，所述感受器包括：

金属本体，可被变化的磁场穿透而产生热量；

形成于所述金属本体上的保护层；该保护层包括准晶合金材料，以减少来自可抽吸材料的有机物在所述感受器表面的粘附或沉积。

在更加优选的实施中，所述保护层的厚度介于100～500μm。

在更加优选的实施中，所述准晶合金材料是含有铝的准晶合金。

在更加优选的实施中，所述准晶合金材料是Al-Cu-Fe系准晶合金。

在更加优选的实施中，所述准晶合金材料包括Al-Fe、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Fe-Si、Al-Cu-Fe-Cr、Al-Cu-Fe-Cr-Si、Al-Cu-Co、Al-Cu-Co-Si、Al-Cu-Cr、Al-Co-Ni、Al-Mn、Al-Pd-Mn、Ga-Mn、Bi-Mn、Mg-Zn-Nd或Ti-Zr-Ni系准晶合金中的至少一种。

在更加优选的实施中，所述保护层表面对水的接触角大于120度。

在更加优选的实施中，所述保护层表面对气溶胶冷凝油的接触角大于105度。

在更加优选的实施中，所述保护层具有5.2～7.0GPa的显微硬度。

本发明的又一个实施例还提出一种气雾生成装置，用于加热可抽吸材料生成气溶胶，包括：

腔室，用于接收所述可抽吸材料的至少一部分；

磁场发生器，被配置为产生交变磁场；

感应加热器，被配置为被所述交变磁场穿透而发热，进而对接收在所述腔室内的可抽吸材料进行加热；

所述感应加热器包括以上所述的用于气雾生成装置的感受器。

本发明的又一个实施例还进一步还提出一种气雾生成装置，用于加热可抽吸材料生成气溶胶，包括：

腔室，用于接收所述可抽吸材料的至少一部分；

电阻加热器，被构造成沿所述腔室的轴向延伸的销钉或刀片状，并且当可抽吸材料接收于所述腔室内时插入至可抽吸材料内对可抽吸材料进行加热；

所述电阻加热器具有表面保护层，该表面保护层包括准晶合金材料，以减少来自可抽吸材料的有机物在所述电阻加热器表面的粘附或沉积。

以上感受器在使用中，来自于可抽吸材料的水汽、气溶胶冷凝油等无法在准晶合金材料表面铺展开，从而能维持在大体呈球形的形状容易从感受器上分离；同时掉落在感受器上的烟渣、积碳等固相有机物难以顽固地结合在保护层上，而不会在感受器部件上形成顽固的粘附或沉积。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是一实施例提供的气雾生成装置的结构示意图；

图2是又一个实施例提出的感受器的结构示意图；

图3是一个实施例提出的具有保护层的感受器的结构示意图；

图4是一个实施例的保护层的表面微观形貌图；

图5是一个实施例的含有保护层的感受器的截面微观形貌图；

图6是一个实施例的保护层在一个位点的XRD衍射仪分析图；

图7是一个实施例的保护层的表面摩擦因数的测试结果；

图8是一个实施例的金属本体的表面摩擦因数的测试结果；

图9是一个实施例的保护层表面对烟油的静态接触角的测试结果。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。

本发明提出一种感应式加热的气雾生成装置，在一个实施例中的构造参见图1所示，包括：

腔室，可抽吸材料A例如烟支可移除地接收在腔室内；

作为磁场发生器的电感线圈L，用于在交变电流下产生交变磁场；

感受器30，至少一部分在腔室内延伸，并被配置为与电感线圈L感应耦合，在被交变磁场穿透下发热，进而对可抽吸材料A进行加热，使可抽吸材料A的至少一种成分挥发，形成供抽吸的气溶胶；

电芯10，为可充电的直流电芯，可以提供直流电压和直流电流；

电路20，通过电连接到可充电的电芯10，并将电芯10输出的直流，转变成具有适合频率的交流再供应到电感线圈L。

根据产品使用中的设置，感受器30呈插入可抽吸材料A内部进行加热的片状或销钉形状；优选实施中，具有大约15毫米的长度，大约6毫米的宽度和大约1毫米的厚度。

在又一个优选的实施例中参见图2所示，感受器30a还可以被构造成圆筒状的形状；在使用时其内部空间用于接收可抽吸材料A，并通过对可抽吸材料A的外周加热的方式，生成供吸食的气溶胶。

在本发明的一个实施中，感受器30的构造可以参见图3所示，包括：

金属本体31，用于在变化的磁场穿透下发热，进而加热可抽吸材料；在优选的实施中，金属本体31采用不锈铁、镍钢、坡莫合金等包括铁或镍等磁导性能优良的合金材料；

保护层32，形成于金属本体31的表面，具有低的表面自由能。在实施中，保护层32是准晶合金材料的保护层32，准晶合金是由金属制成的介于晶体和非晶体之间固相材料；具体，

在材料学领域上晶体材料的结构具有长程有序性，结构单元按周期性进行排列，因而表现出较强的对称性在任意两个晶胞的对应点，围绕一个通过晶格格点的旋转轴，旋转2π/n(n＝1,2,3,4,5,6)或其整数倍时，总可以找到与自身重合的点阵，这一性质称为晶体的取向对称性。根据晶体学基本定律，晶体的取向对称性受周期性的限制，只有固定的几种，即取向对称性只能取n＝1,2,3,4,6五种，而不能取n＝5或n>6的取向对称性。当然，非晶体材料具有长程无序性，不存在任何对称性。

而准晶是介于晶体和非晶体之间的固体，是具有准周期长程平移对称性(不具有晶体所应有的平移对称性)和n≥5的取向对称性，使得准晶合金具有比较低的表面自由能，具体是与三个因素有关：

(1)表面电子结构；在费米能级处存在赝能隙，并一直保持到外表面。(2)热力学因素；准晶薄膜或涂层的表面具有一定的微纳结构的粗糙度，有助于减少表面能。(3)滞后性；准晶颗粒的曲面增大了临界湿润角，牵制了试图湿润表面的液体的运动。

采用具有以上准晶合金保护层32的感受器30，在使用中来自于可抽吸材料A的水汽、气溶胶冷凝油等无法在准晶合金保护层32表面铺展开，从而能维持在大体呈球形的形状容易从感受器30上分离。同时掉落在感受器30上的烟渣、积碳等固相有机物难以顽固地结合在保护层32上，在可抽吸材料A例如烟支抽完后拔出的过程中会随着烟支一起被带离感受器30表面，而不会在感受器30部件上形成顽固的粘附或沉积。

并且采用准晶合金保护层32，在高温时具有超塑性，可以缓解感受器30由于热膨胀系数不同而造成的热应力。另外，准晶材料具有优良的耐蚀性能和抗氧化性，防止感受器30氧化生锈等。

进一步在可选的实施中，准晶合金保护层32是Al-Fe、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Fe-Si、Al-Cu-Fe-Cr、Al-Cu-Fe-Cr-Si、Al-Cu-Co、Al-Cu-Co-Si、Al-Cu-Cr、Al-Co-Ni、Al-Mn、Al-Pd-Mn、Ga-Mn、Bi-Mn、Mg-Zn-Nd、Ti-Zr-Ni等系列的准晶合金材料。在优选的实施中，考虑到Al-Cu-Fe系比较容易获得稳定的准晶，我们采用Al-Cu-Fe作为优选实施例的薄膜涂层材料。

在更加优选的实施中，通过具有准晶合金保护层32的厚度约为100～500μm，并且尽量避免高于500μm以上，以消除准晶合金相对低导热率的不足。并且在优选的实施中，准晶合金保护层32是含有Al的合金，可以相对提升导热效率。

在更加优选的实施中，通过采用的准晶合金保护层32的水的静态接触角大于120°，与气溶胶冷凝油的接触角大于105°。

进一步为了便于对采用以上具有准晶合金保护层32的感受器30的在强度、防粘附、耐受性能的进步性进行验证，以下通过具体实施例对制备的感受器30进行示例和结果说明。

实施例1

本发明实施例1以制备具有Al-Cu-Fe的准晶合金保护层32的片状感受器30为例进行描述。

S10，材料前处理，具体：

S11，获取J185标准的坡莫合金材质的图3所示形状的金属本体31，并将表面清洗干燥；

S12，将金属本体31用用180目～400目白刚玉砂对发热针表面进行喷砂处理，基于提升Al-Cu-Fe的准晶合金保护层32与金属本体31结合强度的要求，可按照最终金属本体31表面粗糙度3～5微米进行打砂；

S13，对金属本体31使用丙酮对进行超声清洗，使表面洁净；

S20，形成Al-Cu-Fe的准晶合金保护层32：将按照Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅合金比例获取的粒度为15～100μm的铝粉、铜粉和铁粉，作为热喷涂材料，采用超音速火焰喷涂设备在金属本体31表面进行喷涂；喷涂中，超音速火焰喷涂设备采用液体丙烷为燃料，液态丙烷经过汽化器气化后，在喷枪的燃烧室与压缩氧气混合燃烧，经过拉瓦尔喷嘴加速后，获得超音速火焰束流。使Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅准晶合金粉末经空气束流通过轴向注粉器注入喷枪的燃烧室，该合金粉末在超音速火焰束流的作用下被加热和加速，高速合金粉末束流冲击到金属本体31表面形成涂层，形成带有准晶合金保护层32的感受器30。喷涂过程中金属本体31保持不停地旋转，使涂层的厚度均匀。

S30，将以上步骤S20处理后的带有准晶合金保护层32的感受器30于真空炉进行热处理，热处理过程中炉内压力控制在10³Pa以内(可以通入适量的氩气50～300sccm作为保护气体)，热处理温度700～900℃，热处理时间1～5小时，使准晶合金保护层32的准晶相更加致密和稳定。

S40，为了验证制备的Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅准晶合金的保护层32表面自净能力，将具备保护层32的感受器30进行如下性能验证：

S41，微观形貌的检测，通过扫描电镜检测的不同倍数的微观形貌参见图4和图5所示；其中，图4是准晶合金的保护层32表面500倍的扫描电子显微照片，图5是感受器30的剖面100倍的扫描电子显微照片；从图4和图5中可以观察到准晶涂层表面虽然存在气孔，但是整体形貌致密粉末熔化充分，涂层中孔隙的分布较为均匀。

S42，并对其中保护层32的其中一选取点进行XRD衍射仪分析，所得分析的相成分如图6所示，包括主相准晶I相、少量准晶类似相β相、晶体相θ相外，还生成了极少量的晶体相α相，这是由于原材料、以及喷涂工艺和后续处理等多种过程综合引起的。

S43：表面摩擦因素的对比测试：

S431，测量以上感受器30表面的摩擦因素：具体利用CETR-UMT磨擦磨损实验机进行，时间为30min、每隔5min取点并记录摩擦因数，做出摩擦因数与摩擦时间的变化曲线，如图7所示。从图7测试的结果看，开始时摩擦因数一般较小，随后增大并趋于稳定，同时又伴有小范围的波动，在15～20min范围内摩擦因数有所降低，最后又开始略微增加直至平稳。这是因为开始时试样不光滑，实际接触面积较小，二者之间产生的粘着强度弱，导致摩擦因数较小。样品表面微凸体被磨掉后实际接触面积增大，摩擦热效应随之增大，摩擦振动加剧，此时摩擦因数开始增大并达到最大值。进一步摩擦后，摩擦过程中被磨掉的微粒逐步磨碎成细小颗粒，摩擦轨道变得光滑而摩擦阻力减小，摩擦因数略降低后最终趋于平稳；

S432，为了对以上含有准晶合金保护层32的感受器30的表面的光滑的提升进行对比，同时对直接采用J185坡莫合金的金属本体31直接相同的方式进行表面摩擦因素测试，其结果参见图8所示；从图8所示的摩擦因素的对比测试的结果中，整个摩擦过程准晶涂层的摩擦因数要比准晶涂层的摩擦因数的一倍左右，表明准晶合金涂层具有低的摩擦因数。

S44，进一步为检测所制备的Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅准晶合金保护层32的强度，通过常用的Micromet-6030型显微硬度计测量保护层32的显微硬度Hv(5.2～7.0GPa)，这一硬度比常用铝合金(0.6～0.9GPa)大约是10倍。

S45，GB2423.17标准48H盐雾测试：配置5％盐水置于盐雾机内，然后把盐雾机内温度设置为35℃开始喷雾，持续48小时，感受器30样品表面无腐蚀锈点，样品能达到盐雾测试的耐受标准。

S46，标准抗污性能测试：涂油性奇异笔，放置24小时后，用酒精棉球擦拭，可完全擦拭，表面干净。

S47，防气溶胶冷凝油粘附性测试：用接触角测量仪JC-2000C1(上海中晨数字技术设备有限公司)测量PG/VG(甘油/蔬菜甘油)中添加有0.5wt％尼古丁的烟油在感受器30表面的接触角，测试的结果如图9所示，可达108°，如果在更加精密的制备工艺和原料纯度更进一步降低晶体相后还能进一步提升；

S48，防烟渣粘附测试：将具有该感受器30的气雾生成装置进行加热不燃烧的烟支(菲利普莫里斯-IQOS)进行抽吸，每次抽吸完成一支烟支之后，查看使用中后的烟渣、气溶胶冷凝油在感受器30表面粘附状况。

结果显示，抽吸第1至第12支烟支后感受器30表面有分散的小颗粒粉尘(面积小于1mm²)并随着抽吸烟支的增加逐渐增加，但颗粒尺寸较小，同时从烟支内散落至感受器30表面的烟丝和冷凝油渍仅是轻微粘靠，可被吹落和晃动之后脱落，无形成顽固的沉积和结块；到第13支烟后，感受器30表面开始呈现肉眼显著可见的烟渣和冷凝油的凝聚结块(块状面积大于4mm²)。

对比例1

在该对比例1中将常用的标准SS430不锈铁和J185坡莫合金的感受器30分别进行如下三项对比性能测试：

S10，GB2423.17标准48H盐雾测试：配置5％盐水置于盐雾机内，然后把盐雾机内温度设置为35℃开始喷雾，持续48小时；

结果中，标准SS430不锈铁材质的48H盐雾测试表面形成较淡并可视的锈斑点，J185坡莫合金材质能通过48H盐雾测试。

S20，表面防水和防气溶胶冷凝油的测试：通过在标准SS430不锈铁材质和J185坡莫合金的感受器30表面滴微量冷凝油后查看油滴状态并用接触角测量仪JC-2000C1(上海中晨数字技术设备有限公司)测量其表面的接触角测试；结果中首先小油滴扩散之后均呈基本平坦的状态，说明SS430不锈铁材质和J85坡莫合金表面形貌不足以维持液滴的表面张力维持其球状形态，并测试SS430不锈铁材质感受器30的接触角为58度、J185坡莫合金感受器30的接触角约为65度，水滴在表面是倾向于平塌的偏铺展的形态；

S30，防烟渣粘附测试：结果显示，抽吸第5～6支烟时，SS430不锈铁材质和J85坡莫合金的感受器30表面开始呈现肉眼显著可见的烟渣和冷凝油的凝聚结块(块状面积大于4mm²)，口吹和晃动无法脱落，需要用酒精棉球擦拭。

从以上可以看出本发明的表面具有准晶合金保护层的感受器，在防止加热不燃烧烟支被加热后的烟渣、冷凝油等粘附上效果更佳优良，并可以提升SS430不锈铁和J185坡莫合金等的感受器的硬度、耐腐蚀性等，在寿命和稳定性上更加优良。

或者在本发明的一个变化实施中，以上采用电磁感应方式加热可抽吸材料A的感受器30，还可以是被构造成图3所示的销钉或刀片状的电阻式的加热器，而该电阻式的加热器表面具有以上准晶合金的保护层，在使用中通过其低表面自由能的特性阻止来自可抽吸材料A的气溶胶冷凝油、烟渣等的粘附和沉积。

通常在可选的实施中，电阻式的加热器通常包括陶瓷衬底比如氧化锆陶瓷、以及通过印刷或沉积等方式形成在陶瓷衬底上的图案化的导电轨迹；其中，导电轨迹是采用电阻发热材料制备的，从而在供电时通过电阻发热的方式对可抽吸材料A进行加热。

当然，在该电阻式的加热器表面形成准晶合金的保护层时，由于准晶合金自身基于其晶相结构具有较低的导电性能，因而在实施中可以直接印刷或沉积在电阻式的加热器表面。或者在更加优选的实施中，可以先对电阻式的加热器表面绝缘处理后，再形成准晶合金的保护层。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但并不限于本说明书所描述的实施例，进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于气雾生成装置的感受器，所述气雾生成装置用于加热可抽吸材料生成气溶胶，其特征在于，所述感受器包括：

金属本体，可被变化的磁场穿透而产生热量；

形成于所述金属本体上的保护层；该保护层包括准晶合金材料，以减少来自可抽吸材料的有机物在所述感受器表面的粘附或沉积。

2.如权利要求1所述的用于气雾生成装置的感受器，其特征在于，所述保护层的厚度介于100～500μm。

3.如权利要求1或2所述的用于气雾生成装置的感受器，其特征在于，所述准晶合金材料是含有铝的准晶合金。

4.如权利要求3所述的用于气雾生成装置的感受器，其特征在于，所述准晶合金材料是Al-Cu-Fe系准晶合金。

5.如权利要求1或2所述的用于气雾生成装置的感受器，其特征在于，所述准晶合金材料包括Al-Fe、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Fe-Si、Al-Cu-Fe-Cr、Al-Cu-Fe-Cr-Si、Al-Cu-Co、Al-Cu-Co-Si、Al-Cu-Cr、Al-Co-Ni、Al-Mn、Al-Pd-Mn、Ga-Mn、Bi-Mn、Mg-Zn-Nd或Ti-Zr-Ni系准晶合金中的至少一种。

6.如权利要求1或2所述的用于气雾生成装置的感受器，其特征在于，所述保护层表面对水的接触角大于120度。

7.如权利要求1或2所述的用于气雾生成装置的感受器，其特征在于，所述保护层表面对气溶胶冷凝油的接触角大于105度。

8.如权利要求1或2所述的用于气雾生成装置的感受器，其特征在于，所述保护层具有5.2～7.0GPa的显微硬度。

9.一种气雾生成装置，用于加热可抽吸材料生成气溶胶，包括：

腔室，用于接收所述可抽吸材料的至少一部分；

磁场发生器，被配置为产生交变磁场；

感应加热器，被配置为被所述交变磁场穿透而发热，进而对接收在所述腔室内的可抽吸材料进行加热；

其特征在于，所述感应加热器包括权利要求1至9任一项所述的用于气雾生成装置的感受器。

10.一种气雾生成装置，用于加热可抽吸材料生成气溶胶，包括：

腔室，用于接收所述可抽吸材料的至少一部分；

电阻加热器，被构造成沿所述腔室的轴向延伸的销钉或刀片状，并且当可抽吸材料接收于所述腔室内时插入至可抽吸材料内对可抽吸材料进行加热；

所述电阻加热器具有表面保护层，该表面保护层包括准晶合金材料，以减少来自可抽吸材料的有机物在所述电阻加热器表面的粘附或沉积。

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