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CN108411296A - 一种电阻加热元件的制备方法 - Google Patents

一种电阻加热元件的制备方法 Download PDF

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CN108411296A CN201810148491.2A CN201810148491A CN108411296A CN 108411296 A CN108411296 A CN 108411296A CN 201810148491 A CN201810148491 A CN 201810148491A CN 108411296 A CN108411296 A CN 108411296A
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Abstract

本发明涉及一种电阻加热元件的制备方法，包括：(1)准备基底材料并进行清洁，随后喷砂毛化；(2)将电阻加热层材料通过气雾化法制成粉末，筛分和干燥，随后进行激光熔覆和/或3D打印沉积形成盘蛇形图案走向；(3)最后焊接导电引线，即得。本发明得到的电阻加热元件和PTC加热器相比，电阻基本不受温度影响，便于精确控制加热温度和加热功率；方法适用面广，可在金属、陶瓷、玻璃、塑料基底上制作电阻加热层，具有良好的应用前景。

Description

一种电阻加热元件的制备方法
技术领域
本发明属于电阻加热技术领域，特别涉及一种电阻加热元件的制备方法。
背景技术
电阻加热是利用电流通过电阻时产生热量，该热量以热传导的方式传递到需要加热的物体上进行加热的技术，广泛应用于半导体、汽车、农业、国防、家用电器等等行业。
PTC加热器具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势，在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐。PTC加热器按传导方式分为：(1)以热传导为主的PTC陶瓷加热器。其特点是通过PTC发热元件表面安装的电极板(导电兼传热)绝缘层(隔电兼传热)导热蓄热板(有的还附加有导热胶)等多层传热结构，把PTC元件发出的热量传到被加热的物体上。(2)以所形成的热风进行对流式传热的各种PTC陶瓷热风器。其特点是输出功率大,并能自动调节吹出风温和输出热量。(3)红外线辐射加热器。其特点实际利用PTC元件或导热板表面迅速发出的热量直接或间接地激发接触其表面的远红外涂料或远红外材料使之辐射出红外线，便构成了PTC陶瓷红外辐射加热器。
现有PTC(正温度系数)电阻加热片是在干压陶瓷基片上，通过掩膜丝网印刷的方式印刷PTC加热浆料，形成电阻加热层，然后将带加热浆料层的陶瓷基片在保护气氛下烧结，形成带PTC加热电阻层的陶瓷片，然后焊接引线，制成共烧陶瓷加热片，也称为金属陶瓷加热片。该技术需要配制PTC陶瓷浆料，印刷和高温烧结，工艺较复杂且受基片的形状限制；而且PTC浆料中一般含有铅，不利人体健康，制作过程对环境污染较大。
现有一些技术人员开始研发热喷涂工艺沉积形成电阻加热层，如CN 104488074A。但是其材料获取难度大，成本高，衬底也仅限于奥氏体不锈钢材料，应用范围受到了限制，而且形成的电阻加热层气孔率和氧化物含量较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电阻加热元件的制备方法，该方法得到的电阻加热元件和PTC加热器相比，电阻基本不受温度影响，便于精确控制加热温度和加热功率；方法适用面广，可在金属、陶瓷、玻璃、塑料基底上制作电阻加热层，具有良好的应用前景。
本发明提供了一种电阻加热元件的制备方法，包括：
(1)准备基底材料并进行清洁，随后喷砂毛化；
(2)将电阻加热层材料气雾化制成粉末，筛分和干燥，随后进行激光熔覆和/或3D打印沉积形成盘蛇形图案走向(激光在程序自动控制的路径下扫描熔化沉积合金粉末，直接形成盘蛇形图案走向)；
(3)最后焊接导电引线，即得电阻加热元件。
所述步骤(1)中的基底材料为金属、陶瓷、玻璃或塑料。
所述步骤(1)中的喷砂毛化具体过程为：用刚玉喷砂毛化。
所述步骤(2)中的电阻加热层材料为NiCr合金或FeCrAl合金。该合金材料可见国标《GBT 1234-2012高电阻电热合金》，电阻不受温度影响。
所述步骤(2)中的激光熔覆的工艺参数为激光束功率：3.0～10kw，激光束斑直径： 扫描速度：5～10mm/min，粉末流量范围：10～30g/min，惰性气体比如高纯氩气或氦气作保护性气氛。
所述步骤(2)中的3D打印方式为SLM(选区激光熔化)或DMD(直接金属沉积)，或其它金属增材制造方法。
根据需要，所述步骤(2)完成后可以沉积过渡层和/或绝缘层。
进一步的，所述过渡层和/或绝缘层的材料为陶瓷或塑料。
进一步的，所述陶瓷为氧化铝Al2O3、氧化铝/氧化钛Al2O3/TiO2或尖晶石MgAl2O4等；所述塑料为聚乙烯或环氧树脂等。
进一步的，所述过渡层和/或绝缘层通过热喷涂沉积。
有益效果
(1)本发明工艺简单，不需要高温烧结，不使用不利健康的元素铅，具有优良的环保效益；
(2)本发明制备得到的电阻加热元件和PTC加热器相比，电阻基本不受温度影响，便于精确控制加热温度和加热功率；
(3)本发明的方法适用面广，可在金属、陶瓷、玻璃、塑料基底上制作电阻加热层；
(4)本发明适用的基底的形状可以是平面、圆柱体、矩形或者异形截面杆、曲面等等，几乎不受形状限制。
附图说明
图1为平板基底上电阻加热层的盘蛇形走向形式；
图2为圆柱基底上电阻加热层的盘蛇形走向形式；
图3a-c为本发明电阻加热元件的结构示意图；
图4为热喷涂(a)和激光熔覆(b)NiCr合金的金相组织对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图3a所示，在陶瓷基片上制作电阻加热层：
(1)在大小为200x100毫米，厚度2毫米的氧化铝陶瓷片上进行清洁，随后用刚玉喷砂毛化，这样需要喷涂沉积的区域表面已变得粗糙。
(2)材料选用NiCr合金(Ni80％,Cr20％)，将材料氩气雾化法制成粉末，筛分和干燥，粒度为10-50微米，随后进行采用SLM方式，激光束功率：400W，扫描速度：1700mm/s，进行3D打印沉积形成盘蛇形图案走向，获得带电阻加热层的陶瓷片。
(3)然后用银铜钎焊材料，将铜制引线焊接到电阻层的2个接线端，形成可使用的陶瓷基加热片。
如果加热片使用有绝缘的需要，可在电阻加热层上面，采用等离子喷涂方法，沉积100-200微米厚的氧化铝涂层；或者采用火焰喷涂方法，沉积100-200微米厚的塑料涂层。
实施例2
如图3b所示，在环氧树脂基片上制作电阻加热层：
(1)在大小200x100毫米，厚度4毫米的环氧树脂片上进行清洁，随后用白刚玉喷砂毛化，这样需要喷涂沉积的区域表面已变得粗糙。
(2)由于塑料基底在高温喷涂过程中容易变形、熔化或者碳化，先采用冷喷涂或者电弧喷涂方式，在表面沉积5-10微米厚的锌层(也可以在塑料上直接沉积第一层时功率调低一点，塑料微融，可提高塑料和电阻层间的结合力)。然后材料选用NiCr合金(Ni80％,Cr20％)，将材料氩气雾化法制成粉末，筛分和干燥，粒度为10-50微米，随后采用SLM方式，激光束功率：400W，扫描速度：2000mm/s，进行3D打印沉积形成盘蛇形图案走向，获得带电阻加热层的环氧树脂基片。
(3)用银铜钎焊材料，将铜制引线焊接到电阻层的2个接线端，形成可使用的环氧树脂基加热片。
如果加热片使用有绝缘的需要，可在电阻加热层上面，采用火焰喷涂方法，沉积100-200微米厚的塑料涂层。
实施例3
如图3c所示，在铜片上制作电阻加热层：
(1)在大小200x100毫米，厚度4毫米的铜片上进行清洁，随后用刚玉喷砂毛化，这样需要喷涂沉积的区域表面已变得粗糙。
(2)先采用等离子喷涂方法，在表面沉积5-10微米厚的氧化铝绝缘层。材料选用NiCr合金(Ni80％,Cr20％)，将材料氩气雾化法制成粉末，筛分和干燥，粒度为50-150微米，随后进行激光熔覆，激光束功率：3kW，激光束斑直径：扫描速度：10mm/min,粉末流量范围：10g/min，高纯氩气作保护性气氛，形成盘蛇形图案走向，获得带电阻加热层的铜片。
(3)然后用银铜钎焊材料，将铜制引线焊接到电阻层的2个接线端，形成可使用的铜基加热片。
如果加热片使用有绝缘的需要，可在电阻加热层上面，采用等离子喷涂方法，沉积100-200微米厚的氧化铝涂层。
由图4可知，本实施例采用激光熔覆NiCr合金气孔率和氧化物含量明显降低，具有更佳的沉积效果。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电阻加热元件的制备方法，包括：
(1)准备基底材料并进行清洁，随后喷砂毛化；
(2)将电阻加热层材料气雾化制成粉末，筛分和干燥，随后进行激光熔覆和/或3D打印沉积形成盘蛇形图案走向；
(3)最后焊接导电引线，即得电阻加热元件。
2.根据权利要求1所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的基底材料为金属、陶瓷、玻璃或塑料。
3.根据权利要求1所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的喷砂毛化具体过程为：用刚玉喷砂毛化。
4.根据权利要求1所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的电阻加热层材料为NiCr合金或FeCrAl合金。
5.根据权利要求1所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的激光熔覆的工艺参数为激光束功率：3.0～10kw，激光束斑直径：扫描速度：5～10mm/min，粉末流量范围：10～30g/min，用惰性气体作保护性气氛。
6.根据权利要求1所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的3D打印方式为SLM或DMD，或其它金属增材制造方法。
7.根据权利要求1所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)完成后沉积过渡层和/或绝缘层。
8.根据权利要求7所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述过渡层和/或绝缘层的材料为陶瓷或塑料。
9.根据权利要求8所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述陶瓷为氧化铝Al2O3、氧化铝/氧化钛Al2O3/TiO2或尖晶石MgAl2O4；所述塑料为聚乙烯或环氧树脂。
10.根据权利要求7所述的一种电阻加热元件的制备方法，其特征在于：所述过渡层和/或绝缘层通过热喷涂沉积。
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