[发明专利]基于IR-LED陶瓷基板的稀土厚膜电路电热元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电热元件技术领域，更具体的说是涉及一种稀土厚膜电路电热元件及其制备方法。 

背景技术

高效红外辐射陶瓷是指在相应的使用温度及较宽的波段内具有较高发射率的陶瓷材料及制品。热辐射，也称为红外辐射，是物体传热的重要方式。在对流和热传导受到限制的条件下，它是最有效的一种加热和散热方式。因此，提高辐射体表面的辐射系数，有利于辐射传热的强化。换句话说，同样高的温度条件，加热元件放出的热量会更多，被加热物体的温度会更高。不同的远红外陶瓷制品有着不同的红外光谱特性，高效红外辐射陶瓷具有优异的辐射性能，在工业节能、提高红外加热器热效率、航天器热控制、保健医疗、家用电器等方面有着广泛应用。随着红外技术的迅速发展，直热式、高效节能，高辐射率材料的研发成为热点。高效远红外辐射陶瓷材料以其优越的辐射性能备受重视。红外线是一种波，中远红外线是红外线中波长最长一段具有强热作用的光波。根据不同元素具有不同的光谱波长特性，选择某些稀土氧化物作添加剂，大大增强了功能陶瓷基板电热元件远红外线发射能量，其中被誉为“阳光生命线”的2.5-25um波长射线，能激活动、植物细胞内能。已广泛用于强身健体、医疗保健、家用电器等领域。高效红外辐射陶瓷材料，通过选择运用多种无机化合物、添加少量的稀土和微量的过渡金属氧化物能显著提高远红外辐射发射率。在远红外波段范围，材料的红外辐射主要是因其粒子振动引起偶极矩变化而产生的，根据对称性选择定则：粒子振动时的对称性越低，偶极矩的变化就越大，其红外辐射性能就越强。当远红外陶瓷粉中添加Pd2O3和Y2O3等稀土和微量的过渡金属氧化物，形成固溶体时引起晶格畸变，降低了振动的对称性，提高了晶格振动活性，从而提高了材料的远红外辐射发射率 。目前，国内外在中高温区主要以远红外粉体涂料的应用为主。而专门应用于加热的高效远红外陶瓷制品则很少。国际上著名的红外涂料有英国CRC公司的ET-4型涂料，美国CRC公司的C-10A型，日本CRC公司的1100,1500型远红外涂料等。这些红外涂料都是被动加热被辐射产生远红外波，热源温度高、耗能、辐射效率比较低。我国社会上流通的特定电磁波理疗仪即所谓“神灯”。采用电炉（电阻丝）辐射加热TDP板上远红外涂料，能量利用率低、热效率低、加热方式落后。中国专利201020055361.3 改用陶瓷加热器（将电阻丝浇注在陶瓷体内）取代电炉加热TDP板，虽然提高使用寿命，但有漏电流问题，热导和热涨系数不一致，结构导致温度场不均匀，辐射效率不稳定，TDP板涂层易脱落等缺陷。德国ELSTEIN陶瓷远红外线加热器采用陶瓷材料包裹电阻丝的方法。存在成型工艺复杂，热源温度高、热效率低、红外波长调整不易等不足。在高效远红外辐射电加热领域中，新型的加热器件要求“直热式”、发热体积要小，表面热负荷要大，热效率要高，热启动要快，红外线辐射率要高、温度场要均匀，抗热冲击能力要强，绿色环保、低碳节能、安全可靠。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种“直热式”发热体小巧，表面热负荷大，远红外线辐射效率高，波长范围可调，温度场均匀，抗热冲击能力强，绿色环保、高效节能、安全可靠的基于IR-LED陶瓷基板的稀土厚膜电路电热元件。 

本发明的另一目的是IR-LED陶瓷基板的稀土厚膜电路电热元件的制备工艺。 

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种基于IR-LED陶瓷基板的稀土厚膜电路电热元件，其特征在于，它包括石英陶瓷基板、系列稀土电子浆料，系列稀土电子浆料以厚膜电路的形式制备在石英陶瓷基板上，厚膜电路有外接电源的电极连接端。 

作为上述方案的进一步说明，所述石英基板由石英（SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-Mg₂0₃-ZrO₂ ）陶瓷和稀土氧化物组成，石英陶瓷各氧化物粉体配比为：SiO₂ 93.5～96.8%、Al₂O₃1.5～3%、B₂O₃0.5～1%、Mg₂0₃ 0.2～0.5%、 ZrO₂1～2%，粒度范围≤3ηm；稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪、钇和氧化铽中的一种或几种。 

所述系列电子浆料包括封装浆料、稀土电阻浆料、稀土电极浆料，系列电子浆料均由功能相、无机粘接相、有机载体组成。