阅读说明：本技术 一种制备内cvd沉积立体式复合陶瓷加热器的方法 (method for preparing internal CVD deposition three-dimensional composite ceramic heater ) 是由 刘汝强 王殿春 孙蕾 吴思华 赵旭荣 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法,属于加热器技术领域,加热器包含PBN基体、PG涂层电路以及PBN涂层保护层；通过化学气相沉积制备PBN基体,再在PBN基体内表面沉积PG涂层,通过雕刻PG涂层制备电路,再沉积PBN涂层保护层,最终得到内表面加热的加热器,大幅度提高加热器加热的均匀性,热量损失小,耗能低。(The invention relates to a method for preparing an internal CVD deposition three-dimensional composite ceramic heater, belonging to the technical field of heaters, wherein the heater comprises a PBN substrate, a PG coating circuit and a PBN coating protective layer; the heater with the heating inner surface is finally obtained by preparing a PBN substrate through chemical vapor deposition, then depositing a PG coating on the inner surface of the PBN substrate, preparing a circuit through engraving the PG coating, and then depositing a PBN coating protective layer, so that the heating uniformity of the heater is greatly improved, the heat loss is low, and the energy consumption is low.)

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法

技术领域

本发明涉及一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，具体涉及一种热解氮化硼(PBN)-热解石墨(PG)立体式复合加热器，属于加热器技术领域。

背景技术

随着工业水平的不断发展，很多技术领域对加热器加热均匀性的要求越来越高。现在市场上的立体式复合加热器都是在基体的外表面进行加热，这种加热方式的缺点是外表面散热多、加热器耗能高，由于基体不同区域热传导的区别以及外表面不同区域热量散失的区别导致加热器内部加热区域温度均匀性较差。本公司也曾申请专利文件(申请号201810752512.1)公开了一种圆柱形复合加热器，目前此种加热器已经越来越满足不了市场的需求，现在急需寻求一种其他的方法提高立体式复合加热器的加热均匀性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，由该方法制备的加热器可显著提升加热器加热的均匀性，同时可减少热量损失、降低耗能。

本发明的技术方案如下：

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，所述加热器从外到内包含PBN基体、PG涂层电路以及PBN涂层保护层，PBN基体内部中空，PBN基体内壁上设置PG涂层电路，PBN涂层保护层附于PG涂层电路上，制备包括步骤如下：

(1)制备加热器PBN基体：将含有氮源和硼源的气体通入化学气相沉积炉内，在模具表面沉积形成PBN基体；

(2)沉积PG涂层：将出炉的PBN基体进行脱模，用工装将PBN基体的外表面包裹后放到化学气相沉积炉内，防止PG涂层涂覆到PBN基体外表面，然后通入甲烷或丙烷，在PBN基体的内表面沉积PG涂层；

(3)雕刻电路图案：用激光或机械加工方式在PBN内表面的PG涂层上精雕出PG涂层电路图案；

(4)沉积PBN涂层保护层：将(3)中雕刻完电路图案的加热器半成品放到化学气相沉积炉内，沉积PBN涂层保护层来保护PG涂层电路。

优选的，步骤(1)中，在温度1800℃、压力200Pa、气体比例NH3：BCl3＝2：1的条件下进行化学气相沉积。

优选的，步骤(1)中，由模具制作的PBN基体为圆筒状或中空圆台状或直径有变化的圆筒状。

优选的，步骤(1)中，PBN基体直径为30mm-300mm，高度为50mm-500mm，厚度为0.1mm-5mm，内径偏差通过控制PBN基体模具就可控制在0.05mm以内

优选的，步骤(2)中，沉积PG涂层时，温度为1700℃，压力为500Pa。

优选的，步骤(2)中，PG涂层的沉积厚度为100微米。

优选的，步骤(3)中，PG涂层电路图案包含往复折回的条形电路，条形电路折回处为折回部，PG涂层电路包括至少两个折回部，两个相邻的折回部之间不连通、留有缝隙，条形电路两个端点设有电极。

除折回部外，其他条形电路均沿PBN基体的圆周或近似于圆周方向排布，条形电路的宽度可以相同也可以不同，条形电路之间的缝隙可以相同也可以不同。

优选的，步骤(3)中，PG涂层电路图案的条形电路宽度均为12mm，相邻两条条形电路的缝隙均为2mm，共有6个折回部，相邻两个折回部之间的缝隙均为3mm；电路的两个端点处各有一个圆形通孔电极，外径为20mm，通孔直径为8mm。

优选的，步骤(4)中，沉积PBN涂层保护层时的条件为：温度1600℃，压力为100Pa，气体比例为BCl3：NH3＝1:3。

优选的，步骤(4)中，PBN涂层保护层的厚度为50微米-500微米。

本发明的有益效果在于：

1.利用本申请的制备方法，PBN基体的内表面无需进行修磨处理，内径就可以达到0.05mm以内的偏差，避免PBN基体修磨带来的表面损伤，从而降低加热器开裂起层的风险，从而大大提高加热器的良品率，同时省去修磨步骤，成本和时间都会降低和缩短。

2.本发明PG涂层电路处在PBN基体的内表面，PG涂层加热电路更贴近被加热的区域，内部加热区域的热量均匀性更好控制，通过雕刻电路制备PG涂层电路，同时由于PBN基体的作用，PG涂层电路产生的热量，散失会大大降低，从而大幅度提高加热器加热的均匀性，热量损失小，耗能低。

附图说明

图1是本发明制备的加热器整体构造图；

图2为本发明制备的加热器PG涂层图案的展开图；

其中，1、电极，2、折回部。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，所述加热器从外到内包含PBN基体、PG涂层电路以及PBN涂层保护层，PBN基体内部中空，PBN基体内壁上设置PG涂层电路，PBN涂层保护层附于PG涂层电路上，制备包括步骤如下：

(1)制备加热器PBN基体：将含有氮源和硼源的气体通入化学气相沉积炉内，在温度1800℃、压力200Pa、气体比例NH3：BCl3＝2：1的条件下进行化学气相沉积，在模具表面沉积形成PBN基体，PBN基体为圆筒状，如图1所示；PBN基体的直径为100mm，高度为150mm，厚度为2mm，内径偏差在0.04mm以内。

(2)沉积PG涂层：将出炉的PBN基体进行脱模，用工装将PBN基体的外表面包裹后放到化学气相沉积炉内，防止PG涂层涂覆到PBN基体外表面，然后通入甲烷或丙烷，温度在1700℃，压力在500Pa的条件下，在PBN基体的内表面沉积100微米的PG涂层。

(3)雕刻电路图案：用激光在PBN内表面的PG涂层上精雕出PG涂层电路图案；PG涂层电路图案包含往复折回的条形电路，条形电路折回处为折回部，如图2所示，PG涂层电路包括六个折回部，两个相邻的折回部之间不连通、留有缝隙，条形电路两个端点设有电极。本实施例中，条形电路均沿PBN基体的圆周方向排布，图案的加热条形电路宽度均为12mm，相邻两条条形电路的缝隙均为2mm，共有6个折回部，相邻两个折回部之间的缝隙均为3mm，电路的两个端点处各有一个圆形通孔电极，外径为20mm，通孔直径为8mm。

(4)沉积PBN涂层保护层：将步骤(3)中雕刻完电路图案的加热器半成品放到化学气相沉积炉内，在温度1600℃，压力在100Pa，气体流量BCl3：NH3＝1:3的条件下，沉积100微米的PBN涂层保护层来保护PG涂层电路。

实施例2：

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(1)中制备的PBN基体为圆台状。

实施例3：

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(1)中制备的PBN基体为直径有变化的圆筒状，直径从上到下先减小后增大。

实施例4：

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(1)中，PBN基体直径为30mm，高度为50mm，厚度为0.1mm，内径偏差通过控制PBN基体模具就可控制在0.05mm以内，PBN涂层保护层的厚度为50微米。

实施例5：

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(1)中，PBN基体直径为300mm，高度为500mm，厚度为5mm，内径偏差通过控制PBN基体模具就可控制在0.05mm以内。PBN涂层保护层的厚度为500微米。

实施例6：

一种制备内CVD沉积立体式复合陶瓷加热器的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(3)中，用机加工方式在PBN内表面的PG涂层上精雕出PG涂层电路图案。

实验例

利用如实施例1所述的方法制备的内表面设置PG涂层的加热器，与外表面设置涂层的加热器相比：在热量均匀性，热量散失程度，升温速率，良品率方面的对比表如表1所示。由此可知，本申请制得的内表面加热的加热器效果优异。

表1内外加热器效果对比表

参数对比项	内表面设置PG涂层的加热器	外表面设置PG涂层的加热器
			热量均匀性	1000±30℃	1000±100℃
热量散失程度	150℃/h	200℃/h
			升温速率	100℃/min	80℃/min
良品率	80％	65％