多功率纳米稀土电热结构及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种多功率纳米稀土电热结构及其制作工艺。

背景技术

目前，为适应市场需求，现有提出了多功率发热板，其通过在同一个平面上排列多个发热线路，或通过在多个基板之间包覆多个发热线路。

虽然这两种结构方式都能实现多功率需求，但是多个发热线路排列在同一个平面上，爬电距离会受限制，容易产生串电以及互相干涉，严重影响多功率发热板的正常使用，同时在既定的尺寸中，无法实现更多的功率组合；而多个发热线路设置在多个基板之间，又会使得整个多功率发热板的厚度较厚，无法适用于安装受限的场合以及导热性差，重量重，实用性差。

发明内容

本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种多功率纳米稀土电热结构及其制作工艺。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种多功率纳米稀土电热结构，包括一基材以及贴合于该基材上的多功率发热体；所述基材为导电基材或非导电基材；所述多功率发热体包括依次层叠设置的多个功率线路层；所述多功率纳米稀土电热结构还包括电极层，所述电极层贴合在所述多功率发热体上，且所述电极层分别对应与各个所述功率线路层电性连接。

本发明进一地，所述多个功率线路层均是通过纳米稀土材料印刷烧结形成在所述基材上；所述电极层通过纳米稀土材料印刷烧结在所述多功率发热体上。

本发明进一地，所述基材为非导电基材；所述多功率发热体直接印刷烧结在该非导电基材上。

本发明进一地，所述基材为导电基材，所述导电基材上贴合有一绝缘层，所述多功率发热体印刷烧结在所述绝缘层上。

本发明进一地，所述绝缘层通过纳米稀土材料印刷烧结在所述导电基材上。

本发明进一地，每个功率线路层均包括依次印刷烧结的电阻发热层、导电层和覆盖层，或依次印刷烧结的导电层、电阻发热层和覆盖层；其中，所述导电层与所述电极层电性连接。

本发明进一地，所述覆盖层的厚度为35～150μm。

本发明还提供了一种多功率纳米稀土电热结构的制作工艺，包括如下步骤：

S1:对导电基材或非导电基材进行清洗；

S2:在所述非导电基材上，印刷一层电阻浆料或一层导电浆料，并将印刷后的该层电阻浆料或导电浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电阻发热层或一层导电层；

或，在所述导电基材上，印刷一层绝缘浆料，并将印刷后的该层绝缘浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层绝缘层；然后在所述绝缘层上，印刷一层电阻浆料或一层导电浆料，并将印刷后的该层电阻浆料或导电浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电阻发热层或一层导电层；

S3:在所述电阻发热层或导电层上，印刷一层导电浆料或一层电阻浆料，并将印刷后的该层导电浆料或电阻浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层导电层或一层电阻发热层；

S4:在所述导电层或电阻发热层上，印刷一层覆盖浆料，并将印刷后的该层覆盖浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层覆盖层；

其中，所述电阻发热层、导电层、覆盖层之间互相熔融连接成一个功率线路层；

S5:在所述覆盖层上，印刷一层电阻浆料或一层导电浆料，并将印刷后的该层电阻浆料或导电浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电阻发热层或一层导电层，然后重复步骤S3和步骤S4；

S6:根据实际需求设置重复步骤S5的次数，形成多个依次层叠的功率线路层，且所述多个功率线路层之间形成一个多功率发热体；

S7：在所述多功率发热体上，印刷一层电极浆料，并将印刷后的该层电极浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电极层，且所述电极层分别与各个所述功率线路层的导电层电性连接；

其中，所述绝缘浆料、电阻浆料、导电浆料、覆盖浆料、电极浆料均由纳米稀土材料制成。

本发明进一地，所述覆盖层的厚度为35～150μm。

本发明进一地，所述电阻发热层、导电层、覆盖层、电极层的干燥时间均为15分钟、干燥温度为150～200℃；所述电阻发热层、导电层、覆盖层、电极层的烧结温度为800～850℃。

本发明的有益效果为：本发明通过多个功率线路层依次层叠形成多功率发热体，使得各个功率线路层处于不同位面上工作，避免功率线路层之间互相干涉以及出现串电现象，同时能够实现更多的功率组合；并且各个功率线路层之间无需基板隔离，使得整体结构厚度更薄，适用安装受限的场合，具有热量传递更快、重量轻、实用性强的特点。

另外，本发明通过将电极层设置在多功率发热体的顶面，使得各个功率线路层的接线更便捷，各个电极都在同一个面，工艺结构更美观。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的多功率纳米稀土电热结构的立体图；

图2是本发明一实施例提供的多功率纳米稀土电热结构的分解示意图；

图3是本发明另一实施例提供的多功率纳米稀土电热结构的分解示意图；

图4是本发明实施例提供的制作多功率纳米稀土电热结构的流程示意图；

附图标记说明：1、基材；2、绝缘层；3、多功率发热体；31、功率线路层；311、电阻发热层；312、导电层；313、覆盖层；4、电极层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。

如图1至图4所示，本实施例所述的一种多功率纳米稀土电热结构，包括一基材1以及贴合于该基材1上的多功率发热体3；所述基材1为导电基材或非导电基材；所述多功率发热体3包括依次层叠设置的多个功率线路层31；所述多功率纳米稀土电热结构还包括电极层4，所述电极层4贴合在所述多功率发热体3上，且所述电极层4分别对应与各个所述功率线路层31电性连接。本实施例中，所述基材1的形状可以是平板状、管状或其他形状，本实施例的基材1采用平板状。

实际使用时，外界电流通过电极层4分别流入到各个功率线路层31上，各个功率线路层31各自在不同的位面上将电能转化热能，并热量及时传导至基材1上，然后由基材1将热量传导出去，实现加热、供热功能。

本实施例通过多个功率线路层31依次层叠形成多功率发热体3，使得各个功率线路层31处于不同位面上工作，避免功率线路层31之间互相干涉以及出现串电现象，同时能够实现更多的功率组合；并且各个功率线路层31之间无需基板隔离，使得整体结构厚度更薄，适用安装受限的场合，具有热量传递更快、重量轻、实用性强的特点。

另外，本实施例通过将电极层4设置在多功率发热体3的顶面，使得各个功率线路层31的接线更便捷，各个电极都在同一个面，工艺结构更美观。对于现有采用多个基板包覆结构方式，电极不在同一个面，整体结构存在厚度较厚，重量重，热传导性能差的问题，易引起发热线路因高温而烧坏的现象，本实施例的多功率纳米稀土电热结构则解决了这些技术问题。

本实施例中，进一步地，所述多个功率线路层31均是通过纳米稀土材料印刷烧结形成在所述基材1上；所述电极层4通过纳米稀土材料印刷烧结在所述多功率发热体3上。如此设置，使得多功率发热体3、电极层4合为一体，并且牢固结合在基材1上，从而提高热稳定性和导热性，进一步降低厚度。

本实施例中，进一地，所述基材1采用非导电基材，非导电基材可以是微晶玻璃板、陶瓷等非导电材料制成的基材1；所述多功率发热体3直接印刷烧结在该非导电基材上。

基于上述实施例的基础上，进一步地，每个功率线路层31均包括依次印刷烧结的电阻发热层311、导电层312和覆盖层313，或依次印刷烧结的导电层312、电阻发热层311和覆盖层313；其中，所述导电层312与所述电极层4电性连接。实际使用时，可以根据实际设计需求，灵活设置导电层312与电阻发热层311之间的位置，同时根据实际需求，每个功率线路层31分别由不同的电阻发热层311、导电层312、覆盖层313形成，以满足更多的功率组合需求。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述覆盖层313的厚度为35～150μm。经过设计人员反复试验、测试，付出创造劳动的情况下，将每个功率线路层31的覆盖层313厚度设置在35～150μm范围内，即可避免各个功率线路层31的电阻发热层311和导电层312相互渗透连接在一起，又能使热量逐层传递至基材1上，确保各个功率线路层31能够在高温情况下依然保持正常工作。

如图2和图3所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述多功率发热体3包括两个功率线路层31，分别为第一功率线路层和第二功率线路层。当然，可根据实际功率数量需要，将多功率发热体3设置三个、四个、五个或五个以上功率线路层31，且整体厚度薄、重量轻。

如图3所示，本实施例还提供了另一种实施方式，其与上述实施例的区别在于，所述基材1采用的是导电基材，导电基材可以是不锈钢基材、铝基等导电材料制成的基材1，所述导电基材上贴合有一绝缘层2，所述多功率发热体3印刷烧结在所述绝缘层2上，如此设置，实现功率线路层31与导电基材之间的绝缘；本实施例其他结构与上述实施例相同，这里不再赘述。本实施例中，所述导电基材优选采用不锈钢材料制成的导电基材，耐高温，热传导率高，能够将各个功率线路层31产生的热量及时传导出去，避免热量过高影响各个功率线路层31的正常工作。

如图1至图4所示，本实施例还提供了一种多功率纳米稀土电热结构的制作工艺，包括如下步骤：

步骤S1:对导电基材或非导电基材进行清洗；保证导电基材或非导电基材的洁净度；非导电基材可以是陶瓷、微晶玻璃板等非导电材料制成的基材1；导电基材可以是不锈钢基材、铝基等导电材料制成的基材1；

步骤S2:在所述非导电基材上，通过丝网印刷方法印刷一层电阻浆料或一层导电浆料，并将印刷后的该层电阻浆料或导电浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电阻发热层311或一层导电层312；

或，在所述导电基材上，通过丝网印刷方法印刷一层绝缘浆料，并将印刷后的该层绝缘浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层绝缘层2；然后在所述绝缘层2上，通过丝网印刷方法印刷一层电阻浆料或一层导电浆料，并将印刷后的该层电阻浆料或导电浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电阻发热层311或一层导电层312；本实施例优选采用不锈钢材料制成的导电基材，耐高温，热传导性好，即在导电基材的表面上印刷烧结一层绝缘层2，实现多功率发热体3与导电基材之间的绝缘；

步骤S3:在所述电阻发热层311或导电层312上，通过丝网印刷方法印刷一层导电浆料或一层电阻浆料，并将印刷后的该层导电浆料或电阻浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层导电层312或一层电阻发热层311；

步骤S4:在所述导电层312或电阻发热层311上，通过丝网印刷方法印刷一层覆盖浆料，并将印刷后的该层覆盖浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层覆盖层313；其中，所述电阻发热层311、导电层312、覆盖层313之间互相熔融连接成一个功率线路层31；

步骤S5:在所述覆盖层313上，通过丝网印刷方法印刷一层电阻浆料或一层导电浆料，并将印刷后的该层电阻浆料或导电浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电阻发热层311或一层导电层312，然后重复步骤S3和步骤S4；此时在非导电基材上成型有两个功率线路层31或在绝缘层2上成型有两个功率线路层31；

步骤S6:然后根据实际需求设置重复步骤S5的次数，形成多个依次层叠的功率线路层31，且所述多个功率线路层31之间形成一个多功率发热体3；此时在非导电基材上成型有两个功率线路层31或在绝缘层2上成型有两个功率线路层31；如重复步骤S5的次数为0次、1次、2次，从而形成两个、三个、四个依次层叠的功率线路层31；

步骤S7:在所述多功率发热体3上，通过丝网印刷方法印刷一层电极浆料，并将印刷后的该层电极浆料经过隧道炉干燥、烧结和冷却后形成一层电极层4，且所述电极层4分别与各个所述功率线路层31的导电层312电性连接；其中，所述绝缘浆料、电阻浆料、导电浆料、覆盖浆料、电极浆料均由纳米稀土材料制成。制作时，每个功率线路层31均是预先对应预留出避让孔，以便电极层4分别与各个功率线路层31电性连接，如此通过印刷烧结的方式实现电极层4分别对应与各个功率线路层31的电性连接，能够增加导电焊盘厚度，增强导电的强度和焊接性能。

本实施例中，采用先印刷烧结电阻发热层311、再印刷导电层312的方式，以便电阻发热层311更靠近基材1，便于热量的传导。

采用本实施例制作工艺得到的多功率纳米稀土电热结构，使得各个功率线路层31处于不同位面上工作，避免功率线路层31之间互相干涉以及出现串电现象，同时能够实现更多的功率组合；并且各个功率线路层31之间无需基板隔离，使得整体结构厚度更薄，适用安装受限的场合，具有热量传递更快、重量轻、实用性强的特点。

另外，本实施例通过将电极层4设置在多功率发热体3的顶面，使得各个功率线路层31的接线更便捷，各个电极都在同一个面，工艺结构更美观。对于现有采用多个基板包覆结构方式，电极不在同一个面，整体结构存在厚度较厚，重量重，热传导性能差的问题，易引起发热线路因高温而烧坏的现象，本实施例制作出的多功率纳米稀土电热结构则解决了这些技术问题。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述覆盖层313的厚度为35～150μm。经过设计人员反复试验、测试，付出创造劳动的情况下，将每个功率线路层31的覆盖层313厚度设置在35～150μm范围内，即可避免各个功率线路层31的电阻发热层311和导电层312相互渗透连接在一起，又能使热量逐层传递至基材1上，确保各个功率线路层31能够在高温情况下依然保持正常工作。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述电阻发热层311、导电层312、覆盖层313、电极层4的干燥时间均为15分钟、干燥温度为150～200℃；所述电阻发热层311、导电层312、覆盖层313、电极层4的烧结温度为800～850℃。如此设置，保障电阻发热层311、导电层312、覆盖层313之间合为一体，形成一个整体牢固结合在基材1上，避免出现破裂，以及保障各个功率线路层31之间的热稳定性以及导热性，同时使得整个制作工艺操作更简便；同时使得电极层4与多功率发热体3牢固结合在一起，保障导电的强度和焊接性能。

本实施例中，上述干燥温度范围、烧结温度是设计人员根据现有多功率发热板存在的技术问题，经过反复试验、测试，付出创造劳动得出的，并非偶然得到。

本实施例中，当所述功率线路层31与外界直流电源电性连接时，所述电极层4包括至少一个正极触点和一个负极触点；如两个功率线路层31采用不同直流电源供电时，电极层4上设置两个正极触点和一个负极触点，以满足两个功率线路层31的接线需求；当在所述功率线路层31与外界交流电源电性连接时，所述电极层4包括至少一个火线触点以及至少一个零线触点；如两个功率线路层31采用不同交流电源供电，电极层4上设置两个火线触点和两个零线触点。如此设置，以满足同时存在直流电源和交流电源时的接触需求。

以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。