一种碳赫兹膜及其应用

技术领域

本发明涉及电阻材料领域，具体涉及一种碳赫兹膜及其应用。

背景技术

碳赫兹膜又称无机电阻厚膜或无机厚膜电阻涂层，是以石墨等耐高温的导电材料作为电阻粉末，以玻璃类材料的粉末作为粘合剂，再掺混入有机载体后将其制膜并烧结而制得。由于其加热速度快，耐高温性能较好，其可以广泛应用于军事、宇航、工农业及民用领域，例如船舶、雷达、通讯、航天航空、电视监视装置的防雾、防雪等；手术台、膜料熔化、超薄蒸馏器等加热用；车辆的反射镜、坐垫、门锁、地板等加热用；水加热器、干燥、房屋/建筑物加热、房顶排冰雪、农产品等加热用；人体的防寒、防潮、保健等。

无机电阻厚膜通常以玻璃、陶瓷类作为绝缘衬底，但是现有技术中公开的无机电阻厚膜配方通常只能适用于一种类型或特定类型的衬底，例如，授权号为CN103476155B、名称为涂有无机厚膜的云母发热基板及其制备方法和发热组件的中国发明专利，授权号为CN104893372B，名称为一种镜板用耐高温绝缘涂层的中国发明专利，均是针对性的配方，适用面窄，因此，研究开发一种适用面广的碳赫兹膜具有积极的意义。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种适用于多种材质的碳赫兹膜配方，其化学组分全部为无机材料，不含任何高分子材料，保证了碳赫兹膜，长期稳定不老化，具有耐温、耐侯、耐湿、耐腐蚀的综合性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳赫兹膜，按照重量份计，所述碳赫兹膜的制备材料包括：氧化铅(PbO)20.0-33.1份、氧化锂(Li

进一步地，按重量份数计，所述制备材料还包括以下的添加剂：氧化硼(B

进一步地，所述石墨为天然鳞片石墨粉。天然鳞片石墨为天然显晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，鳞片石墨结晶完整，片薄且韧性好，物化性能优异，具有良好的热传导性、导电性、抗热震性，耐腐蚀性、耐高温、润滑、可塑等性能，且资源丰富，价格便宜。本发明中，天然鳞片石墨粉的作用是导电，可根据用户对碳赫兹膜方块电阻值的具体要求，在配方提供的变化范围内，适当增减天然鳞片石墨粉的用量比例。

进一步地，所述碳赫兹膜的制备材料不包含二氧化硅。发明人在实验中发现，氧化硅(SiO

进一步地，所述碳赫兹膜的厚度为0.05-0.80mm。

进一步地，所述碳赫兹膜的制备方法包括以下步骤：将所述制备材料制成混合干粉，采用涂布或丝网印刷工艺将所述混合干粉在绝缘衬底表面制备成膜，并与绝缘衬底永久烧结成界面相互渗透、不可剥离的整体。所述碳赫兹膜及膜系的制备方法可进一步包含如下步骤：

S1、按照碳赫兹膜的化学组分配比(重量份)，准备相关的化工原料，然后经过配料、混料、高温、粉碎、过筛、检测等常规工艺；

S2、加入松节油透醇、甘油等(作为丝印浆料的油性载体)，调配成碳赫兹膜的丝印浆料，同时准备好：厚膜电极浆料和厚膜触点浆料(该两种浆料可以采用现有技术制备或者购买市售成品制备)，充分混料均匀并充分搅拌均匀，浆料粘度以适于丝印机的要求为准；

S3、采用30-80目的丝印网板，依次丝厚膜电极、厚膜触点、碳赫兹膜，依次烧结成膜并检测膜系参数。

进一步地，所述绝缘衬底的材质为玻璃、搪瓷、陶瓷、经绝缘与处理过的金属或合金、石棉、云母、高铝、硅酸铝中的任意一种。

进一步地，所述绝缘衬底为锆瓷板/管、耐温陶瓷板/管、陶瓷玻璃板/管、石英玻璃板/管、高硼玻璃或95玻璃板/管、微晶玻璃板/管、耐温钢化玻璃板/管、经表面绝缘处理的金属板/管、人工云母板中的任意一种。

进一步地，所述绝缘衬底的线膨胀系数为2×10

本发明的又一目的在于提供上述的碳赫兹膜在制备电热元件、红外辐射元件上的应用。碳赫兹膜与厚膜电极及厚膜触点，共同构成厚膜类型的电发热体，又称碳赫兹膜系，其属于一种典型的面加热膜系新材料，适于制备薄板型单面或双面供热的电热元件、薄板型单面或双面辐射的红外元件、对流体快速加热的管状电热元件等。

采用上述技术方案后，本发明还具有以下有益效果：

1、本发明采用氧化铅、氧化锂、氧化锌进行助熔-浸润-烧结成膜，保证碳赫兹膜保证碳赫兹膜与绝缘衬底表面的结合力，以石墨作为导电材料，本发明提供的碳赫兹膜配方通过调整成分配比，可实现碳赫兹陶瓷膜与绝缘衬底之间良好的热匹配，保证在冷热循环中，不发生因内应力和界面应力而造成碳赫兹膜的微观龟裂，可以适应不同材质的衬底，适用面广，利于推广；

2、本发明提供的碳赫兹膜成分全部为无机材料，不含任何高分子材料，保证了碳赫兹膜，长期稳定不老化，具有耐温(长期耐温达280℃以上)、耐侯(长期耐受海洋性气候、强阳光直射、高海拔气候等极端环境)、耐湿(长期耐受95％以上的潮湿、可长期浸泡在水中)、耐腐蚀(长期耐受酸雨、碱雨、盐雨等恶劣气候环境)的优越综合性能；

3、利用本发明提供的碳赫兹膜及应用本发明制备的电热元件开发的新产品、新设备、新技改、新服务等，具有零排放、绿色环保、高效节能、耐湿、耐候不老化不衰变、碳赫兹膜料性稳定性好、电加热元件工作寿命可达30年以上等优势，本发明具有广泛的应用场景，可广泛开发创新产品，极具推广价值。

附图说明

图1为本发明提供的碳赫兹膜系结构示意图；

图2为本发明中A区域的放大示意图。

图中：100、厚膜触点；

200、碳赫兹膜；

300、厚膜电极；

400、绝缘衬底。

具体实施方式

现有技术中存在碳赫兹膜(无机电阻厚膜)配方仅适用于一种或特定种类的衬底，适用面窄的技术问题。因此，本发明针对该问题提出新的解决方案。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述。需要说明的是，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书或者本领域通用技术或条件进行。所用原料或试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

厚膜类型的电发热体自上世纪后期出现以来，逐步发展并得到广泛的应用。参照图1及图2所示，其包括厚膜触点100(厚膜触点100用于接触性连接导线或锡焊连接导线)、碳赫兹膜(又称无机电阻厚膜)200、厚膜电极300以及绝缘衬底400。其中前三者又被称为碳赫兹膜系，该膜系属于一种典型的面加热膜系新材料，适于制备薄板型单面或双面供热的电热元件、薄板型单面或双面辐射的红外元件、对流体快速加热的管状电热元件等。

以下为在不同材质的衬底上实施本发明的配方的具体实施例。

实施例1：

本实施例以人工云母板(参考线膨胀系数约为50-80*10^-7K^-1)为绝缘衬底，按照本发明提供的碳赫兹膜配方制备双面散热的对流供热元件。

本实施例中，碳赫兹膜的制备材料按照重量份计，包含

氧化铅(PbO)26.0份，氧化锂(Li

该碳赫兹膜制备及双面散热的对流供热元件制备过程包括以下：

(1)根据实施例1提供的碳赫兹膜的配方，准备相关的化工原料，经过配料、高温熔融、粉碎、过筛、检测等常规工艺，制成混合干粉料；

(2)将混合干粉料过250目标准筛，混料机中搅拌10分钟，充分混合均匀，然后加入混合干粉料总重量60％的松节油透醇(若加入甘油，其加入量则不多于混合干粉料总重量的8％)，用打浆机充分搅拌均匀，制成丝印浆料，装瓶备用；

(3)调配好厚膜电极浆料和厚膜触点浆料(可根据现有技术的常规配方调配也可购买市售成品制备)；

(4)取一270×270×1mm(长×宽×厚)规格的人工云母板作为本实施例的绝缘衬底，采用丝印工艺，在人工云母板表面，依次丝印厚膜电极、厚膜触点、碳赫兹膜，依次烧结成膜并检测膜系参数；厚膜电极、厚膜触点的丝印网板是60目，烧结工艺为430℃、12分钟，电极两端实测电阻小于0.2欧姆；碳赫兹膜的丝印网板为40目，烧结工艺是390℃、14分钟；检测得碳赫兹膜两个电极触点之间的总阻值为207-242欧姆；碳赫兹膜的方块电阻范围是12-16欧姆/方块。

(5)采用人工云母盖板铆接封装，封装完成的电加热元件的额定功率为200-234瓦，且符合GB4706国标安全标准；本实施例的双面散热对流供热元件的最高工作温度为180℃，适于三北地区家居供热的应用场景。

需要说明的是，本发明中所有的检测方法均依据现行的GB4706国标中规定的相关项目测试方法。

实施例2：

本实施例以微晶玻璃板(线膨胀系数为7-11*10^-7K^-1)为绝缘衬底，按照本发明提供的碳赫兹膜配方制备单面辐射红外元件。

本实施例中，碳赫兹膜的制备材料按照重量份计，包含

氧化铅(PbO)23.0份、氧化锂(Li

该碳赫兹膜制备及单面辐射红外元件制备过程包括以下：

(1)根据实施例2提供的碳赫兹膜的配方，准备相关的化工原料，经过配料、高温、粉碎、过筛、检测等现有常规工艺，制成混合干粉料；

(2)将混合干粉料过260目标准筛，混料机中搅拌10分钟，充分混合均匀，然后加入混合干粉料总重量55％的松节油透醇，用打浆机充分搅拌均匀，制成丝印浆料，装瓶备用；

(3)调配好厚膜电极浆料和厚膜触点浆料(可根据现有技术的常规配方调配也可购买市售成品制备)；

(4)取一280×280×4mm规格的微晶玻璃板作为本实施例的绝缘衬底，采用丝印工艺，在微晶玻璃板表面，依次丝印厚膜电极、厚膜触点、碳赫兹膜，依次烧结成膜并检测膜系参数；厚膜电极、厚膜触点的丝印网板为70目、烧结工艺为440℃、14分钟，电极两端实测电阻小于0.2欧姆；碳赫兹膜的丝印网板为40目、烧结工艺是400℃、16分钟；检测得碳赫兹膜系两个电极触点之间的总阻值为120-138欧姆，本实施例制备的碳赫兹膜的方块电阻范围为11-13欧姆/方块。

(5)采用1mm厚度的人工云母盖板、8mm厚度的保温棉、光亮马口铁薄板叠加在一起封装，采用铝质边条、镜框式包边封装，封装完成的碳赫兹膜系单面红外元件的额定电热功率为351-403瓦，红外发射率为94％，最高工作温度为260℃，符合GB4706国标安全标准；

本实施例的碳赫兹膜系单面辐射红外元件，适于用作红外速热供热类型的应用场景，例如：红外浴霸、红外局部供热等。

实施例3：

本实施例以钢化玻璃板(钢化玻璃，采用普通纳钙平板玻璃(线膨胀系数为90-100*10^-7K^-1)，经热处理而形成内应力，使其耐热性有所提高)为绝缘衬底，按照本发明提供的碳赫兹膜配方制备低温单面辐射红外元件。

本实施例中，碳赫兹膜的制备材料按照重量份计，包含：

氧化铅(PbO)31.0份、氧化锂(Li

该碳赫兹膜制备及低温单面辐射红外元件的制备过程包括以下：

(1)根据实施例3给出的碳赫兹膜的配方，准备相关的化工原料，经过配料、高温、粉碎、过筛、检测等常规工艺，制成混合干粉料；

(2)将混合干粉料，过220目标准筛，混料机中搅拌10分钟，充分混合均匀，然后加入混合干粉料总重量62％的松节油透醇，用打浆机充分搅拌均匀，制成丝印浆料，装瓶备用；

(3)调配好厚膜电极浆料和厚膜触点浆料(可根据现有技术的常规配方调配也可购买市售成品制备)；

(4)取一300*300*4mm规格的钢化玻璃板作为本实施例的绝缘衬底，采用丝印工艺，在钢化玻璃板表面，依次丝印厚膜电极、厚膜触点、碳赫兹膜，依次烧结成膜并检测膜系参数；厚膜电极、厚膜触点的丝印网板为70目、烧结工艺为420℃、14分钟，电极两端实测电阻小于0.2欧姆；碳赫兹膜的丝印网板为40目、烧结工艺是380℃、18分钟；检测碳赫兹膜系两个电极触点之间的总阻值为372-484欧姆；本实施例制备的碳赫兹膜的方块电阻范围是21-25欧姆/方块。

(5)采用1mm厚度的人工云母盖板、8mm厚度的保温棉、光亮马口铁薄板叠加在一起封装，采用铝质边条、镜框式包边封装，封装完成的碳赫兹膜系单面辐射低温红外元件的额定电热功率为100-130瓦，红外发射率为86％，最高工作温度为120℃，符合GB4706国标安全标准；

本实施例的碳赫兹膜系单面辐射低温红外元件，适于用作非接触的人体保健类型的应用场景，例如：足底红外理疗仪、便携式红外理疗仪等。

本发明提供的碳赫兹膜成分全部为无机材料，不含任何高分子材料，保证了碳赫兹膜，长期稳定不老化，具有耐温(长期耐温达280℃以上；如：电热膜烤炉，其工作温度为260-280℃，可以胜任)、耐侯(长期耐受海洋性气候、阳光直射、高海拔气候等极端环境，如：试验样片，在(厦门)暴露阳光下，三个月无任何变化)、耐湿(长期耐受95％以上的潮湿、可长期浸泡在水中，如：恒湿柜95％的耐潮湿试验，2个月无变化)、耐腐蚀(长期耐受酸雨、碱雨、盐雨等恶劣气候环境，如：密闭架空在底部有海水的桶内，经受2个月的测试，无任何变化)的综合优越性能。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。