一种用于棉芯雾化器的金属陶瓷发热片及其制备方法

技术领域

本发明属于电子烟技术领域，尤其涉及一种用于棉芯雾化器的金属陶瓷发热片及其制备方法。

背景技术

电子烟核心部分是能产生烟雾的雾化芯，雾化芯中注入烟油，加热雾化芯后将烟油雾化成烟雾，雾化芯的雾化效果决定烟雾质量和口感。目前市面上的雾化芯主要有多孔陶瓷雾化芯和棉芯，前者能够使电子烟加热温度更高，烟油雾化更充分，且不会产生碳化现象。电子烟所使用的棉芯雾化器具有烟雾量大、口感细腻等特点。

例如专利CN215992728U公开的电子烟的棉芯雾化结构，包括棉芯本体及发热结构，所述发热结构包括发热丝、负极导线及正极导线，所述棉芯本体呈中空设置，所述负极导线及正极导线分别连接于所述发热丝的两端，所述发热丝安装于所述棉芯本体的内部。上述的用于电子烟的棉芯雾化结构，采用棉芯本体作为电子烟的雾化芯，具有吸油速度快、吸油量大、锁油能力强、雾化充分及烟油还原度高的特点，有效提高了实用性及使用体验。

传统的棉芯雾化芯使用金属丝网（Mesh）作为核心发热器件，具体参见附图1所示金属丝网结构。金属丝网对金属材料的要求较为严苛，所使用的金属丝材料可选范围小，难以灵活选择不同发热特性的金属材料；并且所使用金属材料通常为的Fe-Cr-Al、Ni-Cr等发热材料，上述材料中含有Cr重金属的问题；此外由于金属丝网结构发热主要依靠金属丝发热，金属丝和棉芯的接触面和烟油的接触面有限，只有接触金属丝的位置发热，其存在导致散热性能相对差，发热不均匀、不同位置温差大等问题。

本发明提出利用陶瓷片作为载体，选择不同的金属材料体系制作成印刷浆料，将浆料通过丝网印刷工艺印刷在陶瓷片上，再焊接导线后得到金属陶瓷发热片。陶瓷片具有良好的导热性能，制备的陶瓷发热片发热均匀有助于温度的均匀分布，在此基础上具有快速出烟，增大烟雾量，改善口感等优势；相对于金属丝网作为发热器件，采用陶瓷片为载体，丝网印刷发热电路的工艺对发热导体的限制较少，可选择的金属材料更加丰富，更加容易工业化批量生产；发热更加均匀。

发明内容

为了解决棉芯雾化器中金属丝网发热体发热不均匀、金属材料要求高等技术问题，本发明提供一种用于棉芯雾化器的金属陶瓷发热片及其制备方法，本发明采用陶瓷基片作为载体，选择不同的金属材料体系制作成印刷浆料，将浆料通过丝网（或用钢网的）印刷工艺印刷在陶瓷片上形成印刷金属膜，再焊接导线后得到金属陶瓷发热片。陶瓷片具有良好的导热性能，制备的陶瓷发热片散热均匀有助于快速出烟，增大烟雾量，改善口感；相对于金属丝网作为发热器件，采用陶瓷片为载体，丝网印刷发热电路的工艺对发热导体的限制较少，可选择的金属材料更加丰富，更加容易工业化批量生产；发热片加热更加均匀。

本发明第一方面提供一种用于棉芯雾化器的金属陶瓷发热片，所述金属陶瓷发热片包括陶瓷基片和发热体，发热体为发热金属浆料通过丝网印刷工艺制备在陶瓷基片上的印刷金属膜，所述金属膜厚度为5-50μm；所述陶瓷基片的厚度为0.2-2.0mm。进一步的，陶瓷基片的厚度为0.25、0.38、0.5、0.65、1.0、2.0mm等

进一步的，所述陶瓷基片具有良好的导热性能，可以将印刷形成的发热体金属膜层发出的热量进行高效传导，增大与烟油或者与棉芯本体的接触面积，从而提高发热体的热效率，可以促进快速出烟、增大烟雾量。

进一步的，陶瓷基片的单面或者正反两面均印刷有印刷金属膜，所述用于印刷网板为丝网或者钢网，所述的金属膜为致密的或者多孔的。印刷的金属膜的形状不作进一步的限制，可以依据实际需求以及设计需要进行印刷。

进一步的，陶瓷基片为Al

进一步的，印刷金属膜中包含的金属为Ag、Pt、Pd、Ni、Fe、Cu、Rh、Re、W、Mo、Mn、Ru、Os、V中的一种或多种，进一步优选为Ag、Pt、Pd、Ru的一种或多种，进一步的包含的金属为Ag和Pd。本发明的印刷金属膜可选择的金属材料比较广泛，丝网印刷对金属材料的限制较少。

本发明第二方面提供一种用于棉芯雾化器的金属陶瓷发热片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、陶瓷基片的划切，选取陶瓷基片按照设计划切，分出符合尺寸要求的陶瓷基片；所述划切不划断，保留相应的划痕，用于后续掰片工艺；

S2、陶瓷基片发热线路的丝网印刷，采用金属浆料在陶瓷基片上印刷厚膜电路得到带有印刷金属膜的陶瓷基片；

S3、将带有印刷金属膜的陶瓷基片置于600-900℃下烧结，保温时间为10-120min;自然冷却后掰片得到印刷发热电路的金属陶瓷发热片。

进一步的，在上述步骤S1和S2之间，还包括陶瓷基片的打孔的步骤，具体为：使用激光打孔工艺在陶瓷基片上按照图形设计打贯穿孔；所述贯穿孔使用导电浆料进行填充，使得陶瓷片正反面的印刷金属膜可以连通。

进一步的，上述步骤S1中的陶瓷基片的划切采用激光划切工艺。

进一步的，上述步骤S2中的金属浆料的制备方法为将金属粉末与粘结剂、溶剂、分散剂搅拌混合，过三辊研磨机得到，所述金属粉末为Ag、Pt、Pd、Ni、Fe、Cu、Rh、Re、W、Mo、Mn、Ru、Os、V中的一种或多种，所述金属粉末的平均粒径D50为1-5um。进一步的，所述金属粉末的形貌为球形、类球形、片形或其它不规则形状。

本发明第三方面提供一种棉芯雾化器，所述棉芯雾化器包含棉芯本体和上述金属陶瓷发热片。

本发明第四方面提供一种电子烟，所述电子烟采用上述的棉芯雾化器。

本发明的有益效果在于：

本发明首次提出在棉芯雾化器中采用金属陶瓷加热片替代金属丝网，采用陶瓷基片作为载体，选择不同的金属材料体系制作成印刷浆料，将浆料通过丝网印刷工艺印刷在陶瓷片上形成印刷金属膜，再焊接导线后得到金属陶瓷发热片。陶瓷片具有良好的导热性能，制备的金属陶瓷发热片散热均匀有助于快速出烟，增大烟雾量，改善口感；相对于金属丝网作为发热器件，采用陶瓷片为载体，丝网印刷发热电路的工艺对发热导体的限制较少，可选择的金属材料更加丰富，更加容易工业化批量生产；发热片加热更加均匀。

本发明提供的技术方案，采用陶瓷基片负载加热体，由于陶瓷具有耐高温特性，加热体即使出现瞬间的高温现象，也可以减少或者避免传统包棉工艺的烧棉现象。

附图说明

图1为现有技术中棉芯雾化器中使用的金属丝网加热体。

图2为本发明的未焊线的金属陶瓷发热体。

图3为金属丝网发热温度分布图。

图4为金属陶瓷发热片的发热温度分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例以及附图1-4，对本发明进行进一步详细说明。附图1为现有技术中棉芯雾化器中使用的金属丝网加热体，在背景技术中已经阐述，在此不再赘述；图2为本发明的未焊线的金属陶瓷发热体。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。如包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

短语“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

掺量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。如当公开范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内所有整数和分数。

在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换。如果没有另外说明，这些范围包括其间所含有的所有子范围。

本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。

本发明所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所采用原料和设备若非特指，均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

一些实施例中，提供一种用于棉芯雾化器的金属陶瓷发热片，所述金属陶瓷发热片包括陶瓷基片和发热体，发热体为发热金属浆料通过丝网印刷工艺制备在陶瓷基片上的印刷金属膜，所述金属膜厚度为5-50μm；所述陶瓷基片的厚度为0.2-2.0mm。

在一些实施例中，金属膜厚度可为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm；陶瓷基片的厚度典型值可为0.25、0.38、0.5、0.65、1.0、2.0mm等。

在一些实施例中，陶瓷基片的单面或者正反两面均印刷有印刷金属膜，所述印刷所用的网板为丝网或者钢网。印刷的金属膜的形状可为丝状，网状，方形，缠绕状等等。

一些实施例中，陶瓷基片为Al

在一些实施例中，印刷金属膜中包含的金属为Ag、Pt、Pd、Ni、Fe、Cu、Rh、Re、W、Mo、Mn、Ru、Os、V中的一种或多种，进一步优选为Ag、Pt、Pd、Ru的一种或多种，进一步的包含的金属为Ag和Pd。

在一些实施例中提供一种用于棉芯雾化器的金属陶瓷发热片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、陶瓷基片的划切，选取陶瓷基片按照设计划切，分出符合尺寸要求的陶瓷基片；所述划切不划断，保留相应的划痕，用于后续掰片工艺；

S2、陶瓷基片的丝网印刷，采用金属浆料在陶瓷基片上印刷厚膜电路得到带有印刷金属膜的陶瓷基片；

S3、将带有印刷金属膜的陶瓷基片置于600-900℃下烧结，保温时间为10-120min;自然冷却后掰片得到印刷发热电路的金属陶瓷发热片。

在一些实施例中，在步骤S1和S2之间，还包括陶瓷基片的打孔的步骤，具体为：使用激光打孔工艺在陶瓷基片上按照图形设计打贯穿孔；所述贯穿孔使用导电浆料进行填充，使得陶瓷片的印刷金属膜可以连通。

在一些实施例中，步骤S1中的陶瓷基片的划切采用激光划切工艺。

在一些实施例中，步骤S2中的金属浆料的制备方法为将金属粉末与粘结剂、溶剂、分散剂搅拌混合，过三辊研磨机得到，所述金属粉末为Ag、Pt、Pd、Ni、Fe、Cu、Rh、Re、W、Mo、Mn、Ru、Os、V中的一种或多种，金属粉末的平均粒径D50为1-5um。进一步的，所述金属粉末的形貌为球形、类球形、片形或其它不规则形状。

在一些实施例中，提供一种棉芯雾化器，上述棉芯雾化器包含棉芯本体和上述金属陶瓷发热片。

在一些实施例中，提供一种电子烟，所述电子烟采用上述的棉芯雾化器。

以下结合具体的实施方式进一步进行说明。

实施例

选用96%的Al

将金属粉末和有机相按Ag：Pd：有机相=65：15：20的配比进行混合，过三辊研磨机，得到细度不大于10um的印刷浆料；在划切好的陶瓷基片上先使用浆料进行填孔，150度烘干2h后，再进行预设图案的丝网印刷，印刷图案厚度为20um；在150度烘干2h后，过隧道炉，峰值温度780度进行烧结；沿激光划切好的线条进行手工掰片，得到3*4.5*0.38mm尺寸的金属陶瓷发热片，可用于后续棉芯电子烟雾化器的雾化加热。

在一些实施例中，对金属陶瓷发热片和金属丝网发热体进行加热对比，其中图3为金属丝网（mesh网）发热温度分布图，可见mesh网只有在丝网交叉汇流中间的电路高温，高达1600℃，中间无交叉汇流金属低温，低温区域为200℃，发热散热不均匀，可能造成棉芯本体或烟油烧焦。图4为陶瓷加热片的发热温度分布图，从图中可以看出，陶瓷加热片不管是金属膜还是陶瓷片温度相差不大，整体温度分布均匀，最低温645℃，最高温处为651℃。两者对比发现，采用金属陶瓷片替代mesh网，可以提升加热均匀性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。