阅读说明：本技术 多孔陶瓷发热体及其制备方法 (porous ceramic heating element and preparation method thereof ) 是由 刘伟 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提出一种多孔陶瓷发热体及其制备方法,属于陶瓷发热体技术领域。该制备方法包括：提取第一原料：骨料40-80wt％、粘结剂8-20wt％和造孔剂12-50wt％；将第一原料研磨均匀混合,获得混合料；将混合料进行造粒,并放置于密闭环境陈腐第一预设时间,获得第一物料；将第一物料压制成目标坯体；提取第二原料：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％；将第二原料均匀混合以制备金属浆料；将金属浆料印刷于目标坯体,获得待烧结坯体；将待烧结坯体按预设加温步骤进行烧结。发热元件和多孔陶瓷基体是在经烧结之后而形成,从而增强了发热元件和多孔陶瓷基体之间的稳固性,以及使得发热元件和多孔陶瓷基体之间贴合紧密。(The embodiment of the invention provides a porous ceramic heating element and a preparation method thereof, belonging to the technical field of ceramic heating elements. The preparation method comprises the following steps: extracting a first raw material: 40-80 wt% of aggregate, 8-20 wt% of binder and 12-50 wt% of pore-forming agent; grinding and uniformly mixing the first raw material to obtain a mixture; granulating the mixture, and placing the mixture in a closed environment for a first preset time to obtain a first material; pressing the first material into a target blank body; extracting a second raw material: 70-95 wt% of metal powder and 5-30 wt% of organic carrier; uniformly mixing the second raw material to prepare metal slurry; printing the metal slurry on a target blank to obtain a blank to be sintered; and sintering the green body to be sintered according to a preset heating step. The heating element and the porous ceramic base are formed after being sintered, thereby enhancing the stability between the heating element and the porous ceramic base and allowing the close adhesion between the heating element and the porous ceramic base.)

多孔陶瓷发热体及其制备方法

技术领域

本发明实施例涉及陶瓷发热体技术领域，特别地，涉及一种可应用于电子烟具的多孔陶瓷发热体及其制备方法。

背景技术

在一些电子烟具产品中，利用多孔陶瓷吸附烟油至发热丝，在发热丝的电加热作用下烟油被加热雾化。

目前，由于发热丝设置于多孔陶瓷的外侧，不仅使得发热丝和多孔陶瓷之间的稳固性差，而且发热丝和多孔陶瓷之间连接不紧密，导致发热丝和多孔陶瓷之间存在较大的温度差，即发热丝和多孔陶瓷之间存在空隙从而导致温差大、热传导性能差以及加热控制温过程不准确等技术问题。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种多孔陶瓷发热体及其制备方法，可解决现有技术中发热元件和多孔陶瓷基体之间连接不紧密，致使热传导性能差的技术问题。

本发明实施例采用以下技术方案：

本发明实施例提出一种多孔陶瓷发热体的制备方法，包括：

提取第一原料，所述第一原料包括：骨料40-80wt％、粘结剂8-20wt％和造孔剂12-50wt％；

将所述第一原料研磨均匀混合，获得混合料；

将所述混合料进行造粒，并放置于密闭环境陈腐第一预设时间，获得第一物料；

将所述第一物料压制成目标坯体；

提取第二原料，所述第二原料包括：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％；

将所述第二原料均匀混合以制备金属浆料；

将所述金属浆料印刷于所述目标坯体，获得待烧结坯体；

将所述待烧结坯体按预设加温步骤进行烧结。

可选地，所述骨料是碳化硅、氮化硅、氧化铝和石英中的一种或几种；

所述粘结剂是氧化铝、高岭土、长石和石英中的一种或多种；

所述造孔剂是石墨、淀粉、炭黑和石蜡中的一种或多种；

所述金属粉末是钨粉和钼粉的混合物、银粉和钯粉的混合物、铂粉和铑粉的混合物中的一种或多种；

所述有机载体包括：松油醇80-96wt％、乙基纤维素3-17wt％和无水乙醇0.5-3wt％。

可选地，所述将所述混合料进行造粒的步骤，包括：

将所述混合料倒入研钵中，向所述混合料中加入聚乙烯醇2-7％wt，并混合均匀，进行造粒。

可选地，所述将所述第一物料压制成目标坯体的步骤，包括：

将所述第一物料压制成型为预设模型，其中成型压力由小变大，直至达到3-5.5KN的极限压力值后，并保持第二预设时间；

将成型后的所述预设模型放置于90-110℃的烘箱进行干燥处理，以获得所述目标坯体。

可选地，所述将所述金属浆料印刷于所述目标坯体，获得待烧结坯体的步骤，包括：

以粘度为15-30Pa·s的所述金属浆料印刷于所述目标坯体的表面；

将预设流延生坯部分覆盖所述金属浆料；

对所述预设流延生坯进行热压处理，以使所述预设流延生坯固设于所述目标坯体，从而获得所述待烧结坯体。

可选地，所述热压处理的热压工作温度是40-60℃，热压压力是9-12MPa。

可选地，所述将所述待烧结坯体按预设加温步骤进行烧结的步骤，包括：

将所述待烧结坯体放置于排胶区进行排胶处理2-7h；

将经过排胶处理后的所述待烧结坯体放置于升温区进行升温处理，其中在1200-1600℃保温1-3h；

将经升温处理后的所述待烧结坯体放置于冷却区进行降温处理2-7h。

可选地，所述待烧结坯体在湿氢气氛下分别进行排胶处理过程、升温处理过程和降温处理过程。

另外，本发明实施例还提出一种多孔陶瓷发热体，所述多孔陶瓷发热体是由上述的多孔陶瓷发热体的制备方法制备而得。

另外，本发明实施例还提出一种多孔陶瓷发热体，包括多孔陶瓷基体和印刷于所述多孔陶瓷基体的发热元件；

所述多孔陶瓷基体包括：骨料40-80wt％、粘结剂8-20wt％和造孔剂12-50wt％；

所述发热元件包括：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％。

与现有技术相比较，在本实施例的多孔陶瓷发热体的制备方法中，所述金属浆料印刷于所述目标坯体，并经烧结之后，以形成所述多孔陶瓷发热体，其中所述目标坯体经烧结之后形成多孔陶瓷基体，所述金属浆料经烧结之后形成发热元件。所述发热元件和所述多孔陶瓷基体是在经烧结之后而形成，且固设于一体，从而增强了所述发热元件和所述多孔陶瓷基体之间的稳固性，以及使得所述发热元件和所述多孔陶瓷基体之间贴合紧密，所述发热元件的热能能够充分地传导至所述多孔陶瓷基体，所述发热元件和所述多孔陶瓷基体之间的温度差小，从而提高热能利用率，以及在控温过程更准确。

附图说明

图1是本发明其中一实施例提供的一种多孔陶瓷发热体的结构示意图；

图2是本发明其中一实施例提供的一种多孔陶瓷发热体的制备方法的流程示意图。

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例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例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结合。

请参阅图1，本发明其中一实施例提出一种多孔陶瓷发热体100，所述多孔陶瓷发热体100包括多孔陶瓷基体10和发热元件20，所述发热元件20印刷于所述多孔陶瓷基体10。

所述多孔陶瓷基体10包括第一原料：骨料40-80wt％、粘结剂8-20wt％和造孔剂12-50wt％。其中所述骨料是碳化硅、氮化硅、氧化铝和石英中的一种或几种；所述粘结剂是氧化铝、高岭土、长石和石英中的一种或多种，所述造孔剂是石墨、淀粉、炭黑和石蜡中的一种或多种。

所述发热元件20包括第二原料：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％。所述金属粉末是钨粉和钼粉的混合物、银粉和钯粉的混合物、铂粉和铑粉的混合物中的一种或多种；所述有机载体包括：松油醇80-96wt％、乙基纤维素3-17wt％、无水乙醇0.5-3wt％。

在本实施例中，“wt％”指的是质量百分比。

基于上述图1所示，以及所述多孔陶瓷发热体100的各组份原料，提出本发明一种多孔陶瓷发热体100的制备方法的各个实施例：

第一实施例：

请参阅图2，一种多孔陶瓷发热体100的制备方法，包括以下步骤：

步骤S10，提取第一原料，所述第一原料包括：骨料40-80wt％、粘结剂8-20wt％和造孔剂12-50wt％。具体地，按以下质量分数提取第一原料：骨料40-80wt％、粘结剂8-20wt％和造孔剂12-50wt％，其中所述骨料是碳化硅、氮化硅、氧化铝和石英中的一种或几种；所述粘结剂是氧化铝、高岭土、长石和石英中的一种或多种；所述造孔剂是石墨、淀粉、炭黑和石蜡中的一种或多种。

步骤S20，将所述第一原料研磨均匀混合，获得混合料。例如，将所述骨料、所述粘结剂和所述造孔剂放在球磨机中进行研磨混合，混合时球料比是1：2。

步骤S30，将所述混合料进行造粒，并放置于密闭环境陈腐第一预设时间，获得第一物料。例如所述第一预设时间是24h。可选地，将所述混合料倒入研钵中，向所述混合料中加入聚乙烯醇2-7％wt，并混合均匀，进行造粒。将混合均匀、造粒后的混合物料放置于密闭环境陈腐24h，以使聚乙烯醇均匀分布，为压制坯准备。

步骤S40，将所述第一物料压制成目标坯体。可选地，将所述第一物料压制成型为预设模型，其中成型压力由小变大，直至达到3-5.5KN的极限压力值后，并保持第二预设时间；将成型后的所述预设模型放置于90-110℃的烘箱进行干燥处理，以获得所述目标坯体。将所述第一物料压制成所述目标坯体的过程中，刚开始要缓慢加压，以排出料中的空气，当达到3-5.5KN的极限压力值后，保压所述第二预设时间，例如所述第二预设时间是45s，从而防止弹性作用引起层裂。将压制成型后的所述目标坯体放置于烘箱干燥5-15h，从而完成干燥处理。

步骤S50，提取第二原料，所述第二原料包括：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％。具体地，按以下质量分数提取第二原料：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％，其中所述金属粉末是钨粉和钼粉的混合物、银粉和钯粉的混合物、铂粉和铑粉的混合物中的一种或多种；所述有机载体包括以下质量分数原料：松油醇80-96wt％、乙基纤维素3-17wt％和无水乙醇0.5-3wt％。

步骤S60，将所述第二原料均匀混合以制备金属浆料。可选地，制备所述金属粉末的过程：将所述金属粉末原料放置于尼龙罐中，使用行星球磨机球研磨2-5h，球磨介质为无水乙醇，料：球：无水乙醇＝1：1.5：1，球磨转速为500r/min，将球磨后的所述金属粉末烘干待用。制备所述有机载体的过程：按质量分提出各原料，并使用磁力搅拌器将乙基纤维素搅拌至完全溶解，并且在搅拌过程中采用水浴加热，其中，水浴温度为80℃，搅拌速度300r/min。将制备好的所述金属粉末和所述有机载体按比例混合均匀，从而制备所述金属浆料。

步骤S70，将所述金属浆料印刷于所述目标坯体，获得待烧结坯体。可选地，以粘度为15-30Pa·s的所述金属浆料印刷于所述目标坯体的表面；将预设流延生坯部分覆盖所述金属浆料；对所述预设流延生坯进行热压处理，以使所述预设流延生坯固设于所述目标坯体，从而获得所述目标坯体。所述热压处理的热压工作温度是40-60℃，热压压力是9-12MPa。例如，采用半自动丝网印刷机将所述金属浆料丝网印刷于所述目标坯体表面。

步骤S80，将所述待烧结坯体按预设加温步骤进行烧结。可选地，将所述待烧结坯体放置于排胶区进行排胶处理2-7h；将经过排胶处理后的所述待烧结坯体放置于升温区进行升温处理，其中分别在280℃、300℃、330℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃保温60min，并在1200-1600℃保温1-3h；将经升温处理后的所述待烧结坯体放置于冷却区进行降温处理2-7h。其中，所述排胶区、所述升温区和所述冷却区均充填有湿氢气体，所述待烧结坯体在湿氢气氛下分别进行排胶处理过程、升温处理过程和降温处理过程。例如，将经热压处理后的所述待烧结坯体放置于高温密封的隧道窑中进行烧结，其中烧结气氛是湿氢。该湿氢是由氨分解发生器制得的氮气和氢气的混合气体经过30-50℃水后通入密封的隧道窑炉内。隧道窑包括所述排胶区、所述升温区和所述冷却区。所述待烧结坯体在窑炉内依次通过所述排胶区、所述升温区和所述冷却区，其中在排胶区的排胶时间为3-6h，经排胶后的所述待烧结坯体进入所述升温区，经6-10h升温至1200-1600℃后保温2h，随后所述待烧结坯体进入所述冷却区，冷却时间为3-6h。可选地，在所述升温区内，所述待烧结坯体分别在280℃、300℃、330℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃保温60min。

在本实施例的多孔陶瓷发热体100的制备方法中，按以下质量分数提取第一原料：骨料40-80wt％、粘结剂8-20wt％和造孔剂12-50wt％；将所述第一原料研磨均匀混合，获得混合料；将所述混合料进行造粒，并放置于密闭环境陈腐第一预设时间，获得第一物料；将所述第一物料压制成目标坯体；按以下质量分数提取第二原料：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％；将所述第二原料均匀混合以制备金属浆料；将所述金属浆料印刷于所述目标坯体，获得待烧结坯体；将所述待烧结坯体按预设加温步骤进行烧结。这样，所述金属浆料印刷于所述目标坯体，并经烧结之后，以形成所述多孔陶瓷发热体100，其中所述目标坯体经烧结之后形成所述多孔陶瓷基体10，所述金属浆料是发热元件20。所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10是在经烧结之后而形成，且固设于一体，从而增强了所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10之间的稳固性，以及使得所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10之间贴合紧密，所述发热元件20的热能能够充分地传导至所述多孔陶瓷基体10，所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10之间的温度差小，从而提高热能利用率，以及在控温过程更准确。

例如，当电流通过印刷于所述多孔陶瓷基体10底部的所述发热元件20时，所述发热元件20导通加热升温，所述多孔陶瓷基体10的温度也随之升高，从而将吸附于所述多孔陶瓷基体10内的电子烟烟油或其他液体进行加热或雾化。进一步地，当所述发热元件20温度升高时，所述发热元件20的电阻值也会随之发生变化，通过实时检测所述发热元件20的阻值，可计算出当前所述发热元件20的温度情况，因此，当所述发热元件20通过印刷技术和所述多孔陶瓷基体10紧密贴合时，所述多孔陶瓷基体10的温度和所述发热元件20的温度近似或相等，并且使得所述多孔陶瓷基体10表面的温度分布相对均匀。因此，通过控制所述发热元件20的温度，即可等效准确地控制所述多孔陶瓷基体10的温度，如果所述发热元件20的温度(或电阻值)超过第一预设值时，则可降低功率或停止输出功率，如果所述发热元件20的温度(或电阻值)低于第二预设值时，则可增大输出功率，以使所述发热元件20的温度恒定在目标温度值附近，从而精准地控制所述多孔陶瓷体的温度。

第二实施例：

提取第一原料，所述第一原料包括：骨料70wt％、粘结剂15wt％和造孔剂15wt％。其中所述骨料是碳化硅；所述粘结剂是氧化铝；所述造孔剂是石墨。

将所述第一原料研磨均匀混合，获得混合料。例如，将所述骨料、所述粘结剂和所述造孔剂放在球磨机中进行研磨混合，混合时球料比是1：2。

将所述混合料进行造粒，并放置于密闭环境陈腐第一预设时间，获得第一物料。例如所述第一预设时间是24h。可选地，将所述混合料倒入研钵中，向所述混合料中加入聚乙烯醇5％wt，并混合均匀，进行造粒。将混合均匀、造粒后的混合物料放置于密闭环境陈腐24h，以使聚乙烯醇均匀分布，为压制坯准备。

将所述第一物料压制成目标坯体。可选地，将所述第一物料压制成型为预设模型，其中成型压力由小变大，直至达到5KN的极限压力值后，并保持第二预设时间；将成型后的所述预设模型放置于100℃的烘箱进行干燥处理，以获得所述目标坯体。将所述第一物料压制成所述目标坯体的过程中，刚开始要缓慢加压，以排出料中的空气，当达到5KN的极限压力值后，保压所述第二预设时间，例如所述第二预设时间是45s，从而防止弹性作用引起层裂。将压制成型后的所述目标坯体放置于烘箱干燥10h，从而完成干燥处理。

提取第二原料，所述第二原料包括：金属粉末80wt％和有机载体20wt％。具体地，按以下质量分数提取第二原料：金属粉末70-95wt％和有机载体5-30wt％，其中所述金属粉末是钨粉和钼粉的混合物、银粉和钯粉的混合物、铂粉和铑粉的混合物中的一种或多种；所述有机载体包括以下质量分数原料：松油醇87wt％、乙基纤维素11wt％和无水乙醇2wt％。

将所述第二原料均匀混合以制备金属浆料。可选地，制备所述金属粉末的过程：将所述金属粉末原料放置于尼龙罐中，使用行星球磨机球研磨2-5h，球磨介质为无水乙醇，料：球：无水乙醇＝1：1.5：1，球磨转速为500r/min，将球磨后的所述金属粉末烘干待用。制备所述有机载体的过程：按质量分提出各原料，并使用磁力搅拌器将乙基纤维素搅拌至完全溶解，并且在搅拌过程中采用水浴加热，其中，水浴温度为80℃，搅拌速度300r/min。将制备好的所述金属粉末和所述有机载体按比例混合均匀，从而制备所述金属浆料。

将所述金属浆料印刷于所述目标坯体，获得待烧结坯体。可选地，以粘度为25Pa·s的所述金属浆料印刷于所述目标坯体的表面；将预设流延生坯部分覆盖所述金属浆料；对所述预设流延生坯进行热压处理，以使所述预设流延生坯固设于所述目标坯体，从而获得所述目标坯体。所述热压处理的热压工作温度是40-60℃，热压压力是9-12MPa。例如，采用半自动丝网印刷机将所述金属浆料丝网印刷于所述目标坯体表面。

将所述待烧结坯体按预设加温步骤进行烧结。可选地，将所述待烧结坯体放置于排胶区进行排胶处理7h；将经过排胶处理后的所述待烧结坯体放置于升温区进行升温处理，其中分别在280℃、300℃、330℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃保温60min，并在1200-1600℃保温1-3h；将经升温处理后的所述待烧结坯体放置于冷却区进行降温处理5h。其中，所述排胶区、所述升温区和所述冷却区均充填有湿氢气体，所述待烧结坯体在湿氢气氛下分别进行排胶处理过程、升温处理过程和降温处理过程。例如，将经热压处理后的所述待烧结坯体放置于高温密封的隧道窑中进行烧结，其中烧结气氛是湿氢。该湿氢是由氨分解发生器制得的氮气和氢气的混合气体经过30-50℃水后通入密封的隧道窑炉内。隧道窑包括所述排胶区、所述升温区和所述冷却区。所述待烧结坯体在窑炉内依次通过所述排胶区、所述升温区和所述冷却区，其中在排胶区的排胶时间为3-6h，经排胶后的所述待烧结坯体进入所述升温区，经6-10h升温至1200-1600℃后保温2h，随后所述待烧结坯体进入所述冷却区，冷却时间为3-6h。可选地，在所述升温区内，所述待烧结坯体分别在280℃、300℃、330℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃保温60min。

综上，本申请技术方案包括但不限于以下优点：

这样，所述金属浆料印刷于所述目标坯体，并经烧结之后，以形成所述多孔陶瓷发热体100，其中所述目标坯体经烧结之后形成所述多孔陶瓷基体10，所述金属浆料是发热元件20。所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10是在经烧结之后而形成，且固设于一体，从而增强了所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10之间的稳固性，以及使得所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10之间贴合紧密，所述发热元件20的热能能够充分地传导至所述多孔陶瓷基体10，所述发热元件20和所述多孔陶瓷基体10之间的温度差小，从而提高热能利用率，以及在控温过程更准确。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。