本發明涉及一種電熱元件及其制備方法，尤其涉及一種長壽命電熱元件及其制備方法。
背景技術：
：電熱元件是是實現電能向熱能轉化的一類元件。電熱元件種類很多，電熱膜是新型的電熱元件，它由導電物質和成膜物質組成，是將膜直接制備在被加熱的載體上，使導電物和膜狀基片組合為一體。電熱膜發熱效率好，節能省電。電熱元件中常用二氧化錫膜，但純二氧化錫膜的阻值不穩定，使用壽命短，通過添加一些元素可以改善二氧化錫膜的電學特性。本發明優化了電熱膜制備過程中退火步驟的熱處理工藝，并在二氧化錫膜層間添加了炭黑，顯著改善了電熱元件的阻值穩定性和使用壽命。技術實現要素：針對現有技術中存在的上述不足，本發明所要解決的技術問題之一是提供一種長壽命電熱元件。本發明所要解決的技術問題之二是提供一種長壽命電熱元件的制備方法。本發明目的是通過如下技術方案實現的：一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟：(1)將氯化亞錫、四氯化錫、乙醇、異丙醇、乙二醇、乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至500-530℃，將電熱膜溶液加熱為550-650℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為60L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時間為10-20min；(4)將經步驟(3)處理后的基材在150-480℃下加熱處理20-30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為550-650℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為60L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時間為10-20min；(4)將經步驟(3)處理后的基材在150-480℃下加熱處理20-30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為550-650℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為60L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時間為10-20min；(4)將經步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理5-10min，然后在300℃下加熱處理10-20min，在150℃下加熱處理5-10min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1-2份炭黑、0.05-0.1份乙酸、5-15份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉速攪拌25-40min，得到炭黑懸浮液；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為500-600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為30L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時間為10-20min；(5)將經步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理5-10min，然后在300℃下加熱處理10-20min，在150℃下加熱處理5-10min；(6)將經步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬15-20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將10-15份氯化亞錫、15-25份四氯化錫、25-40份乙醇、5-10份異丙醇、5-10份乙二醇、0.5-1.5份乙酸混合均勻，在50℃-70℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1-2份的炭黑、0.1-0.5份的改性劑、0.05-0.1份的乙酸、5-15份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉速攪拌25-40min，得到炭黑懸浮液；所述改性劑為硅烷類偶聯劑或離子液體；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)將基材加熱至500-530℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為500-600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為30L/min，噴槍距離基材表面15-20cm，噴射時間為10-20min；(5)將經步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理5-10min，然后在300℃下加熱處理10-20min，在150℃下加熱處理5-10min；(6)將經步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬15-20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理5-10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。優選地，所述硅烷類偶聯劑為硅烷偶聯劑ZQ-172。優選地，所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽。優選地，所述基材為石英玻璃或陶瓷。本發明還提供采用上述方法制備而成的長壽命電熱元件。本發明所述一種長壽命電熱元件及其制備方法，采用階段式熱處理工藝，并在二氧化錫層間引入預處理的炭黑，顯著提高了電熱元件的電學性能，制備得到的電熱元件阻值變化率低、阻值穩定性好，使用壽命長。具體實施方式電阻變化率測試：對制備得到的長壽命電熱元件的電阻變化率進行測試，采用190V的加載電壓，用VC9801A型萬用表測量線路電流有效值，電熱元件的升溫速率為2℃/min，每隔十分鐘讀取一次數值，根據所測數據計算出電阻值，然后求取平均電阻值，得出得到的長壽命電熱元件1000℃時相對于室溫時的電阻變化率，記為A％；在1000℃下工作1000h后，根據測試數據計算出電阻值，然后求取在1000℃下工作1000h后的電阻相對于在1000℃下工作1h時電阻的變化率，記為B％。附著性能測試：對制備得到的長壽命電熱元件的附著性能進行測試，根據國家機械行業標準JB/T8554-1997《氣相沉積薄膜與基體附著力的劃痕試驗法》進行。采用WS-2005型涂層附著力自動劃痕儀進行測試，測試方法為聲發射測量方式測試，加載速率5N/min，劃痕速率2mm/min。實施例中各原料介紹：氯化亞錫，采用中國石化揚子石油化工有限公司提供的牌號為R503的聚丙烯樹脂。四氯化錫，CAS號：7772-99-8，由南京化學試劑股份有限公司提供。乙醇，使用無水乙醇，由南京化學試劑股份有限公司提供。異丙醇，CAS號：67-63-0，由南京化學試劑股份有限公司提供。乙二醇，CAS號：107-21-1，由福建昆侖石化產品有限公司提供。乙酸，CAS號：367-64-6，由濟南萬興達化工有限公司提供。四氯化碳，CAS號：56-23-5，由廣州蘇喏化工有限公司提供。銀漿，由深圳市鑫盛豐科技有限公司提供，產品規格b-3008。炭黑，CAS號：1333-86-4，由廣州彬榮化工有限公司提供。硅烷偶聯劑ZQ-172，CAS號：1067-53-4，由南京化學試劑股份有限公司提供。1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽，CAS號：663199-28-8，由上海默尼化工科技有限公司提供。石英玻璃，由東海縣順然石英制品有限公司提供，尺寸為30cm×5cm×0.5cm。實施例1一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為60L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時間為15min；(4)將經步驟(3)處理后的基材在480℃下加熱處理30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實施例2一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為60L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時間為15min；(4)將經步驟(3)處理后的基材在300℃下加熱處理30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實施例3一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為60L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時間為15min；(4)將經步驟(3)處理后的基材在150℃下加熱處理30min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實施例4一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(3)將基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為60L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時間為15min；(4)將經步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理10min，然后在300℃下加熱處理15min，在150℃下加熱處理5min，形成電熱膜；(5)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實施例5一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1份的炭黑、0.06份的乙酸、10份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉速攪拌30min，得到炭黑懸浮液；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為30L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時間為15min；(5)將經步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理10min，然后在300℃下加熱處理15min，在150℃下加熱處理5min；(6)將經步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實施例6一種長壽命電熱元件的制備方法，包含以下步驟，所述份數均為重量份：(1)將12份氯化亞錫、18份四氯化錫、30份乙醇、7份異丙醇、10份乙二醇、1份乙酸混合均勻，在60℃下以400rpm的轉速攪拌5h，得到電熱膜溶液；(2)將1份的炭黑、0.3份的改性劑、0.06份的乙酸、10份乙醇混合均勻后，以1000rpm的轉速攪拌30min，得到炭黑懸浮液；所述改性劑為硅烷偶聯劑ZQ-172；(3)依次用四氯化碳、乙醇、水將基材表面清洗干凈，然后將基材在25℃下干燥6h；(4)基材加熱至520℃，將步驟(1)的電熱膜溶液加熱為600℃的蒸汽，通過氮氣帶動蒸汽噴射在基材表面，氮氣流量為30L/min，噴槍距離基材表面18cm，噴射時間為15min；(5)將經步驟(3)處理后的基材先在480℃下加熱處理10min，然后在300℃下加熱處理15min，在150℃下加熱處理5min；(6)將經步驟(5)處理后的基材在30℃的炭黑懸浮液中浸漬20min，然后在100℃下干燥35min；(7)再次重復步驟(4)和步驟(5)的過程一次，形成電熱膜；(8)在電熱膜兩端涂刷銀漿，在450℃下加熱處理10min，自然冷卻，得到長壽命電熱元件。所述基材為石英玻璃。實施例7與實施例6基本相同，區別僅僅在于：步驟(2)所述的改性劑為1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽。實施例8優選地，所述改性劑為硅烷偶聯劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽質量比(1-3)：(1-3)的混合物。與實施例6基本相同，區別僅僅在于：步驟(2)所述的改性劑為硅烷偶聯劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽，二者的質量比為1:2。電阻變化率測試結果為：A％＝0.83，B％＝1.02；附著性能測試結果為：附著力為213N。測試例1對制備得到的長壽命電熱元件進行電阻變化率測試。具體測試結果見表1。表1：電阻變化率數據表A％B％實施例13.625.22實施例25.3712.36實施例37.4815.15實施例42.072.79實施例51.832.45實施例61.421.56實施例71.051.24實施例4在退火步驟采用分階段熱處理制備得到電熱元件，發現其升溫電阻變化率和長時間1000℃工作時電阻變化率均小于單一溫度熱處理條件制備得到的電熱元件(實施例1-3)，原因是沉積在基材上的電熱膜處于亞穩定狀態，分階段加熱處理一方面利于膜表面及內部不同沸點溶劑的充分揮發，減少晶體缺陷，另一方面也給電熱膜的主要成分二氧化錫提供能量，二氧化錫晶粒逐漸長大，使亞穩定狀態轉化為穩定態，因此得到的電熱元件的阻值穩定性好，提高使用壽命。實施例5將炭黑負載在兩層二氧化錫膜之間，提高電熱元件的導電性，炭黑物理穩定性高，作為導熱材料長時間受熱不團聚，對電熱膜的結構起到支撐作用，因此能提高其阻值穩定性。實施例6-7進一步使用硅烷偶聯劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽預處理炭黑，并將炭黑負載在兩層二氧化錫膜之間，改性劑預處理后炭黑與二氧化錫層間的相容性提高，界面阻值降低，利于提高阻值穩定性，延長使用壽命。測試例2對制備得到的長壽命電熱元件的附著性能進行測試，具體測試結果見表2。表2：附著性能測試表附著力/N實施例1127實施例289實施例3115實施例4153實施例5162實施例6176實施例7184實施例4采用分階段加熱處理方法，制備得到的電熱元件中電熱膜更致密、牢固，與基材結合力增強。發明人意外發現，實施例5將炭黑負載在兩層二氧化錫膜之間，提高了電熱元件的附著性能；實施例6-7進一步用硅烷偶聯劑ZQ-172和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽預處理炭黑，可能是因為增大了二氧化錫和炭黑層間的結合力，使電熱膜結構更加緊密，附著力提高，利于延長使用壽命。當前第1頁1 2 3