專利名稱：厚膜高溫?zé)崴苄越^緣加熱元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于具有低熔點和/或高熱膨脹系數(shù)(CTE)的基底的厚膜高溫 熱塑性絕緣電阻加熱元件和使用復(fù)合涂覆合成方法生產(chǎn)該厚膜高溫?zé)崴苄越^緣電阻加熱 元件的方法。
背景技術(shù)：
厚膜加熱元件由于它們有能力提供多樣的設(shè)計、高功率密度、均勻加熱和快速加 熱以及冷卻而受追捧已久。通過使厚膜元件與正被加熱的組件接觸或者當(dāng)它們被要求將定 向熱輻射到周圍環(huán)境時，這些類型的元件設(shè)計對于直接加熱是非常有效的。電壓通過導(dǎo)電條(conductive track)被施加到電阻厚膜或直接施加到電阻厚膜 上。這是一種期望的元件設(shè)計，因為它是超薄型的(low profile)并且重量輕，提供快速升 溫和冷卻時間，提供了非常均勻的加熱，并且在低溫下傳遞能量，從而導(dǎo)致加熱元件的更安 全操作。金屬基底例如鋁和鋁合金以及奧氏體級別的不銹鋼，例如300系列不銹鋼 (300SS)，因為它們卓越的熱特性性質(zhì)，因此對于這種應(yīng)用是特別期望的。鋁和鋁合金對于 此應(yīng)用是特別理想的，因為它們擁有比不銹鋼高10到20倍的熱傳導(dǎo)從而使得在這些基底 上的厚膜加熱器快速地?zé)嶙饔茫⑶揖哂械兔芏葟亩鴮崿F(xiàn)很輕的、有效的加熱元件。現(xiàn)有技術(shù)展示了應(yīng)用到基底的絕緣層(玻璃搪瓷)以使得電阻厚膜與基底電絕 緣。諸如DuPont (杜邦)、Ferro和Electro-Science Laboratory (電科學(xué)實驗室)公司 (ESL)的公司所生產(chǎn)的基于玻璃的產(chǎn)品使用熔融可流動玻璃粘結(jié)劑和絕緣填料組分的組合 物。厚膜玻璃粉中的不同的金屬氧化物的組合降低了玻璃的熔化溫度，使得它在合適的燒 結(jié)溫度下流動并生成一種包含填料材料的連續(xù)玻璃基質(zhì)。典型的厚膜玻璃粉被設(shè)計成在溫度超過800°C時能燒結(jié)并被通常使用在由鐵素體 不銹鋼例如400系列不銹鋼(400SS)制成的基底上。然而，在具有低熔融溫度(低于660°C) 的較低溫度金屬基底例如鋁和鋁合金或具有相對較高熱膨脹系數(shù)0246ppm/K)的其他基 底上產(chǎn)生可行的電絕緣層是困難的。常用于鐵素體不銹鋼基底的基于搪瓷的絕緣層不能夠 用于鋁或鋁合金基底或奧氏體不銹鋼基底，因為不匹配的熱膨脹系數(shù)在初加工過程中或在 加熱器的熱循環(huán)下會導(dǎo)致電絕緣層的開裂。此外，這些搪瓷涂層需要在一般大于600°C的溫 度下施用，這非常接近鋁或鋁合金基底的熔化溫度以致不能產(chǎn)生穩(wěn)定的電絕緣層。低于600°C的熔融溫度可以實現(xiàn)但有一些限制。這些絕緣體中的許多在厚膜玻璃 粘合劑(thick film frit)中含有鉛或Cd。然而，用于生產(chǎn)這個元件的厚膜制劑必須是無鉛的以符合2006年歐洲采用的RoHS指令。此外，這些絕緣體不具備所需的介電強度以滿 足監(jiān)管安全標(biāo)準(zhǔn)。低到?jīng)]有熔融流動聚合物制劑如聚酰亞胺可被用于在低溫基底材料上形成電絕 緣層。然而，這些聚合物制劑具有(1)低溫限制，(2)不能轉(zhuǎn)移消費者和工業(yè)加熱元件應(yīng)用 所要求的廣泛范圍能量密度來加熱基底，(3)不提供所需的電絕緣性能，(4)不能承受電阻 厚膜工藝條件，或者(5)降低涂布的電阻厚膜的集成性。傳統(tǒng)絕緣材料的上述問題使得有必要為具有低熔點或高熱膨脹系數(shù)(CTE)的基 底提供一種獨特的材料解決方案。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是在基底上提供集成厚膜加熱元件，其可以在低于600°C下加工，以 便它可和鋁、鋁合金、低溫和/或高CTE基底材料一起使用，在約250°C (或更高)的溫度循 環(huán)下具有合適的電絕緣性質(zhì)，并對于消費者和工業(yè)加熱元件應(yīng)用能在廣泛范圍的能量密度 下操作。為此，這里公開了混有顆粒填料的高溫熔融可流動熱塑性聚合物、連同無鉛電阻 厚膜以及導(dǎo)電電極條制劑，其可被涂布并燒結(jié)以形成可在低于600°C溫度下加工的集成厚 膜加熱元件。這種厚膜加熱元件對于消費者和工業(yè)加熱元件應(yīng)用能在廣泛范圍的能量密度 范圍內(nèi)操作，在約250°C的溫度循環(huán)下具有合適的電絕緣性質(zhì)，從而使得它對于整合進各種 有商業(yè)應(yīng)用價值的產(chǎn)品來說非常有用。特別是，本發(fā)明提供厚膜加熱元件，包括基底、包括高溫熔融可流動熱塑性聚合 物/填料材料復(fù)合物的電絕緣介電層、可以通過復(fù)合溶膠凝膠技術(shù)生產(chǎn)的無鉛電阻厚膜、 可選地用來與電阻元件產(chǎn)生電接觸的導(dǎo)電厚膜以及可選地用來提供進一步電絕緣性和/ 或防潮和抗氧化的頂層。這種加熱元件提供有效且快速的加熱和冷卻，可以設(shè)計成提供均 勻的溫度分布，并在較低的操作溫度下產(chǎn)生熱能，從而提高元件的安全性。厚膜加熱元件具有低成本效益，并能夠在廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)提供具有競爭力的解 決方案。這些包括但不限于航天加熱器、室內(nèi)加熱器、設(shè)備加熱器、冰箱除霜器、電子標(biāo)牌 加熱器、食品和飲料加熱器以及油加熱器(oil warmer)，此處僅提及一些。考慮到許多商業(yè)應(yīng)用使用鋁或鋁合金，本發(fā)明的某些實施方案中所用的復(fù)合溶膠 凝膠導(dǎo)電和電阻制劑被選擇以便它們能在低于600°C溫度下的基底上被加工。此外，這些材 料不需要添加鉛或任何其它有害物質(zhì)以加工加熱元件，符合了 2006年歐洲采用的RoHS指 令。包含電絕緣高溫?zé)崴苄跃酆衔?填料材料復(fù)合層的介電涂層被涂布到基底上并 在600°C以下加工以形成介電層涂覆的基底。熱塑性聚合物粉末由不會出現(xiàn)達到聚合物的 加工溫度的顯著熔融流動的微粒無鉛材料填充(當(dāng)基于鋁的基底被使用時溫度應(yīng)該不超 過約600°C )。并入熱塑性層的填料在高溫?zé)崴苄詫雍皖~外涂布的無鉛電阻厚膜和導(dǎo)電電 極條之間提供了改進的熱膨脹系數(shù)匹配。結(jié)合到熱塑性層的填料材料增加了所得到的熱塑性/填料復(fù)合層的導(dǎo)熱性，以便 對基底產(chǎn)生更好的熱傳導(dǎo)并避免產(chǎn)生“熱點”，并提供了結(jié)合層以便當(dāng)任何額外涂布的無鉛 電阻厚膜或?qū)щ婋姌O條被加工到接近或高于高溫?zé)崴苄曰|(zhì)的熔化溫度時，無鉛電阻厚膜 和導(dǎo)電電極條可靠地且總是不會陷入到絕緣熱塑性/填料復(fù)合層，以避免危及電絕緣的完整性。復(fù)合溶膠凝膠電阻厚膜然后被涂布到涂覆的基底上并被加工以形成厚膜加熱元 件。溶膠凝膠的組分被挑選以便在基底是鋁、鋁合金或類似物的情形下它們能在600°C以下 被加工。電壓可直接施加到電阻器或通過導(dǎo)電條，其連接到電阻厚膜并也在低于600°C溫度 下涂布到絕緣介電層涂覆的基底上。如有必要，頂層可被涂布到電阻加熱器層，用來為集成 加熱元件提供氧化保護、防潮和電絕緣。因此，在本發(fā)明的一方面，提供了在基底上的無鉛厚膜加熱元件，包括位于所述表面上的介電涂層，所述介電涂層由電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆?物和預(yù)選量的填料材料混合而制成；以及位于所述介電涂層上的無鉛電阻厚膜，具有電阻，以便當(dāng)電壓加載到所述無鉛電 阻厚膜上時它感應(yīng)性地加熱。本發(fā)明提供了在基底表面生產(chǎn)密封的、電絕緣熱塑性基涂層的方法，包括的步驟 是a)通過以下步驟在所述基底的表面上產(chǎn)生介電涂層i)在溶液中混合熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔锓勰┖皖A(yù)選量的粉末填料材料以 形成均勻穩(wěn)定分散體；ii)涂布所述均勻穩(wěn)定分散體到基底的表面以在其上得到涂層；iii)在足以從所述均勻穩(wěn)定分散體中除去任何揮發(fā)性和/或有機組分的溫度下 熱加工所述涂覆的基底并且使熱塑性聚合物粉末熔融流動并在所述基底上產(chǎn)生包含填料 材料的至少一層電絕緣涂層；b)將無鉛電阻厚膜制劑涂布到所述至少一層電絕緣涂層的頂部表面上并熱加工 所述無鉛電阻厚膜制劑以產(chǎn)生無鉛電阻厚膜；并且c)施用電導(dǎo)體以與所述無鉛電阻厚膜電接觸，用以將電能施加到所述無鉛電阻厚 膜來加熱它。本發(fā)明還提供了具有加熱的金屬組件的物件，包括a)具有金屬組件的物件，其配置成與另外物件接觸，金屬組件具有表面；b)無鉛厚膜加熱元件，其形成在金屬組件的表面上，用于加熱所述金屬組件，所述 無鉛厚膜加熱元件包括i)位于所述表面上的介電涂層，所述介電涂層是含有預(yù)選量的填料材料的電絕緣 熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲ぃ籭i)位于所述介電涂層上的無鉛電阻厚膜，iii)與所述無鉛電阻厚膜電接觸的導(dǎo)電體；以及c)連接到所述導(dǎo)電體的電池和用于將所述電池電連接到所述導(dǎo)電體的開關(guān)，以便 當(dāng)所述開關(guān)打開的時候，電壓能夠通過所述導(dǎo)電體施加，使得所述無鉛電阻厚膜被加熱。本發(fā)明的功能和優(yōu)勢方面的進一步理解可以通過參考下面的詳細描述和附圖
而 實現(xiàn)。附圖簡述從以下結(jié)合附圖的詳細說明中，將更充分地理解本發(fā)明，附圖形成了本申請的一 部分，并且其中
圖Ia是根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)建的厚膜高溫?zé)崴苄越^緣加熱元件的實施方案的俯視 圖；圖Ib是圖Ia中加熱元件沿著A-A線截取的橫截面視圖；圖加是根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)建的厚膜高溫?zé)崴苄越^緣加熱元件的另外一個實施方案 的俯視圖；以及圖2b是圖加中的加熱元件沿B-B線截取的橫截面俯視圖。發(fā)明詳述一般來說，在此描述的系統(tǒng)涉及基于厚膜高溫?zé)崴苄越^緣基底的加熱元件和采用 復(fù)合涂覆合成方法來生產(chǎn)該加熱元件的方法。按要求，本發(fā)明的實施方案在此公布。然而， 公布的實施方案僅僅是示例性的，且應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可以很多不同的且可選的形式 實施，包括用另外材料例如玻璃或陶瓷來替代金屬基底，其可能需要進一步的電絕緣或泄 漏電流減小來滿足集成厚膜加熱元件的操作要求。因此，這里公開的特定的結(jié)構(gòu)性和功能性的細節(jié)不能被闡釋為限制，而僅僅是作 為權(quán)利要求的基礎(chǔ)，并且作為本領(lǐng)域技術(shù)人員從各方面來采納本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。附圖 未必按比例繪制。為了教導(dǎo)而不是限制的目的，闡述的實施方案涉及基于厚膜高溫?zé)崴苄?絕緣金屬的加熱元件和采用復(fù)合涂覆合成方法來生產(chǎn)該加熱元件的方法。如在此使用的，術(shù)語“約”，當(dāng)與顆粒尺寸的范圍或者其他物理性質(zhì)或特性聯(lián)用時， 指的是覆蓋可能存在于尺寸范圍的上限和下限的細微的變化，以便不排除平均來說大部分 尺寸是滿意的但是統(tǒng)計上尺寸可能存在于這個范圍之外的實施方案。不打算排除例如來自 本發(fā)明實施方案的實施方案。如在此使用的，短語“電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲?electrically insulating melt flowable high temperature thermoplastic based thick film) ”指的 是額定電壓可被施加到厚膜的厚度尺寸兩端并且不會發(fā)生電擊穿或不可接受水平的漏電 流，以至于膜被命名為電絕緣，膜結(jié)構(gòu)包括典型地在250°C以上的溫度由熔融可流動熱塑性 粉末形成的熔融可流動熱塑性基質(zhì)，并且厚膜結(jié)構(gòu)承受高溫，在超過180°C的操作溫度下維 持固體結(jié)構(gòu)。如此處使用的術(shù)語“厚膜”指的是一般厚度大于1微米的涂層。盡管術(shù)語“厚膜” 和“薄膜”在涂覆工業(yè)上是相對的，但是“薄膜” 一般指的是使用納米或亞微米厚的涂層的 技術(shù)，其對于光學(xué)和電子應(yīng)用來說，典型地使用諸如濺射、PVD、MBE等的技術(shù)來完成，在某些 情況下這些技術(shù)涂布涂層能薄到原子厚。另外一方面，“厚膜”一般指的是大于1微米并可 通過使用例如絲網(wǎng)印刷工藝的技術(shù)來涂布一些連續(xù)的層而生產(chǎn)的涂層所使用的技術(shù)。盡管 “厚膜” 一般指的是范圍在約1微米到約500微米厚度的膜，其能夠覆蓋大部分商業(yè)物件加 熱應(yīng)用的范圍，但是需要明白的是，厚一點的膜比如大約1000微米或者更厚也被“厚膜”這 個術(shù)語涵蓋。應(yīng)該理解，當(dāng)涉及到位于基底表面上的介電涂層時，其是由電絕緣熔融可流動高 溫?zé)崴苄跃酆衔锖皖A(yù)選量的填料材料混合而制成的，應(yīng)當(dāng)理解，這種“介電涂層”可能是以 單個涂布過程涂布的整體涂覆?？蛇x地，也可以理解為，“介電涂層”可能包括一個在另外一 個頂部涂布且固化的兩個或多個涂層以便“介電涂層”實際上是用于構(gòu)建“介電涂層”的兩 個或多個涂層。填料的量在每個涂層中可能是一樣的或者其在這些多涂層中的一個或多個CN 102067719 A
說明書
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中可能是可變的。當(dāng)談到對于介電涂層和介電涂層頂端生長的無鉛電阻厚膜的加工溫度時，應(yīng)該理 解為，在此公開的溫度只是示例性的，并不限定于這些溫度或溫度范圍。能夠使用的溫度將 取決于正在使用的熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔铩⑴c熱塑性聚合物混合的填料材料、用來 生產(chǎn)無鉛電阻厚膜的特定材料、以及基底的性質(zhì)。例如，當(dāng)加熱元件在其上形成的基底是由 鋁或鋁合金制成的時候，則溫度的上限為大約600°C，因為這些材料的熔點約600°C。另外 一方面，如果不銹鋼是基底材料，則高于600°C的加工溫度可以被使用，但是在這種情況下 加工溫度將更取決于正在使用的熱塑性聚合物的性質(zhì)、填料材料和用來制造無鉛電阻厚膜 的材料。圖Ia和Ib闡述了一般以10顯示的組合加熱器/基底設(shè)備的實施方案。更特別 的是，圖Ia顯示了圖Ib中所示的這種組合加熱器元件14/基底12的俯視圖，并且圖Ib顯 示這種組合的剖面圖。所述基底12優(yōu)選地是例如用在很多商業(yè)產(chǎn)品中的金屬，并且可以是 由鋁、鋁合金、或任何級別或質(zhì)量的不銹鋼制成的。然而，應(yīng)該明白的是，基底12可以是任 何材料，只要它具有的熔點高于加熱器本身能產(chǎn)生的最大溫度。加熱器元件14是無鉛(無鎘)的并能承受例如500°C的溫度?；?2的表面可 以處理成能從涂布到熱加工到加熱元件操作提供改進的涂層均勻性和粘附?；妆砻娴谋?面處理的例子包括砂紙打磨、研磨和噴砂。如圖Ib中顯示的加熱器組件14包括絕緣介電層16，和在介電層16上的電阻加熱 器層18，以及位于電阻加熱器層18的外周邊緣的兩個導(dǎo)電帶/導(dǎo)電條觀。如圖Ib和2b 所示的絕緣介電層16的優(yōu)選方案包括四(4)層分開的絕緣介電層20、22、對和沈，其中層 20位于基底12的表面上，層22在層20上，層M在層22上并且層沈在層M上。介電層16是電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲?。這種電絕緣介電層16由包含 在包括各種揮發(fā)性和/或有機組分的合適的載體中的填料材料和高溫熔融可流動熱塑性 粉末的組合的制劑制成，對于涂布，其可能被涂布并熱加工到300-450°C的溫度范圍以使熱 塑性粉末熔融流動并形成有粘附力的復(fù)合涂層，其中填料顆粒嵌入結(jié)合的熱塑性基質(zhì)中， 該熱塑性基質(zhì)粘附到基底(其在很多商業(yè)實施方案中可能是金屬基底)。在本設(shè)備的實施 方案中，介電層20、22和M可以是一樣的，并且介電層沈的組成可以與其它三種不同。盡管這里顯示了四層，但是可以有更多或更少的層，且本設(shè)備并不限于四層。把全 部的介電層16涂布在四層中是為了最小化小孔對于涂層的整體電絕緣性質(zhì)的影響，并確 保載體中不同的揮發(fā)性有機組分在烘烤的過程中被移除掉。每一層通過印刷(例如)然后 燒結(jié)以形成一層堅固的層而涂布或涂覆，其中當(dāng)然除了熔融可流動有機材料本身以外所有 揮發(fā)性有機組分被移除，并且然后下一層被涂布直到所有四層都被涂布。這種方法被發(fā)現(xiàn) 能確保優(yōu)質(zhì)的介電層。四層絕緣介電層20、22、M和沈是由熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔镏瞥傻?，其?括聚苯硫醚(PPS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚芳基酰胺(PARA)、液晶聚合物、聚砜(PS)、聚 苯醚砜(PES)、聚苯砜(PPSU)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚 醚酮醚酮(polyetherketoneetherketone) (PEKEK)或者自加強聚亞苯基(SRP)中的至少一 種，并且可以使用這些的任意組合。圖加和2b顯示了在40處的加熱器元件的另外一個實施方案，其和圖la、lb中的元件10很相似，例外的是加熱器元件14’現(xiàn)在包括位于電阻加熱器層18頂端的頂層42。 另外，導(dǎo)電帶/導(dǎo)電條觀被直接涂布到介電層沈的上部外周邊緣上，并且如圖2b所示，電 阻加熱器層18涂覆在層26/導(dǎo)電條觀頂上。頂層42是電絕緣的并且優(yōu)選地包含陶瓷、玻 璃或低熔融流動高溫聚合物填料顆粒(含氟聚合物、硅氧烷、硅樹脂、聚酰亞胺等)，該頂層 42可以被可選地涂布到電阻性和傳導(dǎo)性的厚膜上以提供氧化保護和/或以確保元件不受 水的影響。在圖Ia到2b所示的加熱器的兩種實施方案中，用圖Ia和加中的電源32通過導(dǎo) 電條觀對層18施加電壓，電阻加熱器層18被均勻加熱，電源32 —般為經(jīng)常是平的或具有 低型的小電池以便它能隱藏在商業(yè)產(chǎn)品中。絕緣介電層16對于在商業(yè)產(chǎn)品如剃須刀刀片和燙發(fā)器上的使用的功能性加熱器 的開發(fā)上是很重要的。絕緣介電層16的首要要求是高電絕緣強度和高熱傳導(dǎo)率，然而同時 介電層16必須以避免小孔的方式被涂布。這是通過合適的制劑和合適的加工參數(shù)的開發(fā) 而實現(xiàn)的。熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔飳邮鞘褂妙w粒大小范圍從約1微米到約100微米的 熱塑性聚合物粉末顆粒而制備的，并且優(yōu)選的是使用具有從約1微米到約20微米的顆粒大 小。此粉末大小在加工過程中生成均勻分散和均勻的熔融流動中發(fā)揮重要的作用。熔融可 流動熱塑性聚合物粉末的組合物被測試用來改進填料的潤濕以及分散和熔融流動性質(zhì)，例 如，發(fā)現(xiàn)將PAI添加到PEEK中能改進介電性能。填料材料可包括陶瓷、玻璃、或高溫聚合物顆粒。填料材料可具有大小范圍在約 0. 1微米到約100微米的顆粒，并且優(yōu)選地具有大小范圍為從約1微米到約20微米的顆粒。 在每個基底介電層20、22和M中，聚合物中的填料的重量百分比范圍為約5-80%，并且優(yōu) 選地重量百分比范圍為約20-60%，并且最優(yōu)選地其以約35-45重量百分比的量存在。粉末填料材料被加入到熔融可流動高溫?zé)崴苄苑勰┲胁⒕哂腥缦鹿δ?。首先，?在起始加工過程中和在集成加熱元件的電循環(huán)操作中，在高溫?zé)崴苄詫雍皖~外涂布的電阻 性和傳導(dǎo)性的厚膜之間提供了改進的熱膨脹系數(shù)匹配。其次，填料增加了絕緣層的熱傳導(dǎo) 性，從而給金屬基底產(chǎn)生了更好的熱傳導(dǎo)并避免在加熱器的操作過程中在電阻層上產(chǎn)生 “熱點”。再次，由于在介電層中存在填料，所以當(dāng)任何這些額外涂布的電阻性或傳導(dǎo)性的厚 膜被加工到接近或高于高溫?zé)崴苄曰|(zhì)的熔化溫度的溫度時，在層26頂端的額外涂布的 電阻性或傳導(dǎo)性的厚膜可靠地且一致地不會沉入絕緣熱塑性層16，從而危及電絕緣的完整 性。因而，填料顆粒起著增強層16的作用。合適的陶瓷材料的例子包括氧化鋁、氧化 鋯、氧化硅、(可選地二氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯或者氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、二氧化鈦、鋯酸 鈣、碳化硅、氮化鈦、鎳鋅鐵氧體(nickel zinc ferrite)、羥磷灰石及其任意組合。氧化鋁 具有最高的熱傳導(dǎo)性和介電強度。已觀察到，按照例如IEC 60335 (國際電工委員會)的調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)，如圖Ib和2b所 示的基底介電層16的成層在250°C時優(yōu)選地實現(xiàn)了 180微米的最低厚度以獲得3000V的耐 壓強度(hi-pot strength)。當(dāng)噴射或絲網(wǎng)印刷的時候，這會要求多達六層用來實現(xiàn)。每層 在600°C以下加工，一般是到400-500°C，以固化涂層?？蛇x地，所要求的厚度、所要求的組合物和填料裝載的厚膜可在以約400°C到約450°C的溫度范圍加工之前被直接放置在基底上。使用常規(guī)的熔爐在空氣中執(zhí)行熱加工或 者也可以使用頂加熱。本加熱器元件優(yōu)于基于玻璃粉電介質(zhì)的加熱器的地方在于，不像基 于玻璃粉電介質(zhì)的加熱器所要求的條件，在本設(shè)備中，用于獲得熔融流動的加工參數(shù)并不 是關(guān)鍵性的，并且熔爐輪廓也不是關(guān)鍵性的。頂部介電層沈被加入基底介電層20、22和M以提供附到電阻加熱器層18和導(dǎo) 電帶觀的結(jié)合層。最上面的層沈盡管由和基底介電層20、22和M相同的熱塑性聚合物 制成，但是最上面的層沈具有比這些基底介電層高的填料裝載，按重量計高達95%，并且 以和基底介電層20、22和M —樣的方式被施用和加工。在頂部介電層沈中，聚合物中存在的填料的重量百分比范圍為約5-95%，并且優(yōu) 選地重量百分比范圍為約40-80%，并且最優(yōu)選地其以重量百分比范圍為約60-70%的量 存在。頂部介電層沈也用于提供增強的機械穩(wěn)定性和改進的熱膨脹系數(shù)(CTE)，這在加工 和在升高的溫度下施加的電能下的隨后的操作過程中促進絕緣介電層20、22和M和電阻 加熱器層18更好的熱匹配?；跓o鉛復(fù)合溶膠凝膠的電阻加熱器層18被涂布到熱塑性復(fù)合物涂層上并被加 工(燒結(jié))到低于600°C的溫度，典型地在約400°C到約450°C (但不局限于此)的范圍內(nèi) 以固化涂層。此溫度被選定以產(chǎn)生沒有揮發(fā)性和/或有機組分的無裂縫層18。復(fù)合溶膠 凝膠電阻厚層18可根據(jù)Olding等人的發(fā)行于2004年5月18日的美國專利號6，736，997 和發(fā)行于2008年12月2日的美國專利號7，459，104 (在此以其整體通過引用并入本申請) 的教導(dǎo)而制作，并且，如Olding專利公布中所描述的，電阻粉末可以是石墨、銀、鎳、摻雜的 氧化錫或者任何其它合適的電阻材料中的一種。溶膠凝膠制劑是含有反應(yīng)性金屬有機或金屬鹽溶膠凝膠前體的溶液，其被熱加工 形成例如氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、(可選地二氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯或者氧化釔穩(wěn)定的氧化 鋯)、二氧化鈦、鋯酸鈣、碳化硅、氮化鈦、鎳鋅鐵氧體、羥磷灰石及其任意組合或其組合的陶 瓷材料。溶膠凝膠過程涉及制備穩(wěn)定的液體溶液或“溶膠”，包含無機金屬鹽或金屬有機化 合物例如金屬醇鹽。溶膠然后被涂布到基底材料上并經(jīng)歷轉(zhuǎn)變以形成固體凝膠相。當(dāng)在升 高的溫度下進一步干燥和燒結(jié)的時候，“凝膠”被轉(zhuǎn)變成陶瓷涂層。溶膠凝膠制劑可以是有機金屬溶液或者鹽溶液。溶膠凝膠制劑可以是水溶液、有 機溶液或其混合物。無鉛導(dǎo)電厚膜可被用于制造用于產(chǎn)生到電阻厚膜元件18的電連接的導(dǎo)電帶/導(dǎo) 電條觀。這種導(dǎo)電帶觀在電阻涂層的涂布之前(看圖2b)或之后(看圖lb)被涂布。其 可在溫度為450°C或較低的溫度下使用單獨的加工步驟加工，或者可選地它可以和電阻厚 膜18 —起被共燒結(jié)。無鉛導(dǎo)電厚膜能由包含鎳、銀或任何其他適合的傳導(dǎo)性粉末或片材料 的復(fù)合溶膠凝膠制劑制成。溶膠凝膠制劑可以由但不限于氧化鋁、氧化硅、氧化鈷或在溶液 中穩(wěn)定的二氧化鈦金屬有機前體制備?？蛇x地，導(dǎo)電條28可從任何商業(yè)上可獲得的無鉛并且可在450°C或更低溫度下熱 加工的厚膜產(chǎn)品而生產(chǎn)得到。一種合適的厚膜產(chǎn)品是來自Parelec公司的Parmod VLT，其 包含反應(yīng)性的銀金屬有機物和分散在載體中的銀片或粉末，且通常能夠在200-450°C的溫 度下被燒結(jié)。盡管ParmodVLT是優(yōu)選的商業(yè)上可獲得的導(dǎo)電厚膜產(chǎn)品，但是應(yīng)該理解的是， 可以使用其它合適的導(dǎo)電厚膜產(chǎn)品，并且本發(fā)明并不局限于這些示例性產(chǎn)品。因為導(dǎo)電膜可能不會暴露到電阻厚膜內(nèi)的加熱溫度，所以一些高溫聚酰亞胺或聚酰胺-酰亞胺基的銀 厚膜產(chǎn)品也可適用于生產(chǎn)導(dǎo)電厚膜條觀。現(xiàn)在將會以如下非限制性例子闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，這些例子和用于制造 加熱器元件的加工條件的目的僅僅是示例的，并不是要限制本發(fā)明的范圍。例如，所用的基 底、制作每一個不同的層所用的組分將會決定加工溫度，但是也應(yīng)該明白的是，基底材料、 熱塑性聚合物、填料材料、電阻加熱器層組成的變化也伴隨著不同的加工溫度和其它條件。實施例1如圖2b所示的厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件40通過將基底介電的三個介電層 20,22和M涂布和加工到400°C而制作在304SS基底材料12上，其使用的制劑包括均勻 穩(wěn)定分散體中的按重量計25份Victrex704PEEK粉末、4份Solvay Torlon AI-50PAI粉末 和15份P662B氧化鋁粉末的比率。盡管Victrex 704PEEK和Torlon PAI是優(yōu)選粉末，但 是應(yīng)該理解的是，其它商業(yè)上可獲得的合適的粉末可以被使用，且本發(fā)明并不局限于這些 示例性的產(chǎn)品。單層頂端介電層沈使用包括均勻穩(wěn)定分散體中的以重量計7份Vicote 704PEEK粉末與13份P662B氧化鋁粉末的比率的制劑被涂布和加工到400°C。無鉛導(dǎo)電厚 膜條觀使用商業(yè)上可獲得的無鉛厚膜銀質(zhì)墨Parmod VLT而涂布和加工到400°C。無鉛電 阻性厚膜18使用包括分散在基于氧化鋁的溶膠凝膠溶液中的石墨粉末的制劑而涂布和加 工到400°C。電阻厚膜18被涂布到熱塑性基介電絕緣金屬基底沈/24/22/20上，以便它和 導(dǎo)電條觀接觸來形成厚膜加熱元件40。包含均勻穩(wěn)定分散體中的以重量計35份Vicote 704PEEK粉末、2. 2份Solvay Torlon A1-50PAI粉末和15份P662B氧化鋁粉末的頂層制劑被涂布到加熱元件上以提供 頂層42來賦予防潮和抗氧化性。此頂層42被加工到400°C。線連接器然后被附著在如圖 加所示的連接到電源32的厚膜加熱元件40。當(dāng)電壓V施加到加熱元件40時，此元件根據(jù) 輸入功率V2/R加熱，其中R是加熱元件的電阻。加熱元件40通過3. 5kV AC室溫耐壓測試 60秒，并能在約250°C下持續(xù)操作。實施例2厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例1制造，但是導(dǎo)電條觀使用包括分散在 基于氧化硅的溶膠凝膠溶液中的銀片的無鉛銀厚膜制劑而涂布并加工到400°C。實施例3厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例1制造，但是基底材料12是鋁而不是 304SS。實施例4厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例1制造，但是電阻厚膜18在導(dǎo)電條28 之前涂布，使得條觀被涂布到厚膜18的頂端以呈現(xiàn)圖Ib中的結(jié)構(gòu)。實施例5厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例1制造，但是導(dǎo)電條28和電阻厚膜18 都在加工到400°C之前被涂布。實施例6厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例1制造，但是導(dǎo)電條28和電阻厚膜18 被加工到450°C。
實施例7厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例1制造，只是不包含頂層42以呈現(xiàn)圖Ib 中的結(jié)構(gòu)10，但是帶有如圖2b中顯示的所示導(dǎo)電條觀。實施例8厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例1制造，只是具有相同組成的基底介質(zhì) 的4個層例如層M/22/20被涂布并加工到400°C并且頂部介電層例如層沈是不被包括的。 此實施例中的基底介電層之上的介電頂層不含有PAI，因為它可能與銀膜電極反應(yīng)而在加 熱元件操作的過程中導(dǎo)致電氣故障。實施例9厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件通過如實施例1中的涂布和加工基底M/22/20和 頂端26介電層而制成。電阻厚膜條然后使用包括在氧化鋁溶膠凝膠溶液中的銀片的制劑 被涂布并加工到400°C。銀條的長度和寬度被設(shè)置成給予所要求的電阻。在此實施例中，銀 的電阻條(或者它可以是基于石墨的)取代了電阻層18和導(dǎo)電條28，因為它的尺寸和電阻 系數(shù)被選擇成使得其起到兩者的作用，并且其以長條的形式跨過表面被放置，以便能把表 面加熱。電觸點被制造到這種電阻條的兩端。實施例10厚膜熱塑性絕緣電阻加熱元件根據(jù)實施例8制造，只是4層涂布的基底介電層的 制劑包括均勻穩(wěn)定分散體中的以重量計為40份Ryton PPS粉末、40份P662B氧化鋁粉末 和1份煙化氧化硅。(和對、22、20組分相同的四層介電層)。加熱元件通過3.5kVAC室溫 耐壓測試60秒。如用在這里的，術(shù)語“包括(comprises)”、“包括(comprising) ”、“包含 (including)，，和“包含(includes)，，應(yīng)被解釋為包括并且是開放式的，而不是排他性 的。特別地，當(dāng)用于包括權(quán)利要求的此說明書中時，術(shù)語“包括(comprise)”和“包括 (comprising) ”及其變化形式意味著指定的特征、步驟或組成被包括了。這些術(shù)語不應(yīng)被詮 釋成排除其它特征、步驟或組成的存在。上述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的描述已經(jīng)被呈現(xiàn)來描述本發(fā)明的原理并且不將 本發(fā)明限制到所示的特定實施方案。本發(fā)明的范圍意圖通過包含在所附權(quán)利要求及其等效 形式中的所有的實施方案來限定。
權(quán)利要求
1.一種在基底的表面上的無鉛厚膜加熱元件，包括介電涂層，所述介電涂層位于所述表面上，所述介電涂層由電絕緣熔融可流動高溫?zé)?塑性聚合物與預(yù)選量的填料材料混合而制成；以及無鉛電阻厚膜，所述無鉛電阻厚膜位于所述介電涂層上，具有電阻，使得當(dāng)電壓施加到 所述無鉛電阻厚膜時，所述無鉛電阻厚膜響應(yīng)性地加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱元件，其中所述電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔镞x 自由以下組成的組聚苯硫醚(PPQ、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚芳基酰胺(PARA)、液晶聚合 物、聚砜(PQ、聚苯醚砜(PEQ、聚苯砜(PPSU)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚 醚酮(PEK)、聚醚酮醚酮(PEKEK)、自加強聚亞苯基(SRP)，及其任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱元件，其中所述電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔镉?聚醚醚酮(PEEK)和聚酰胺-酰亞胺(PAI)的組合制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的加熱元件，其中所述無鉛電阻厚膜是在所述介電涂層 之上涂布的長條，并且所述無鉛電阻厚膜的長度、寬度和電阻被選擇為當(dāng)電壓施加到所述 長條的兩端時可加熱到選定的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱元件，其中在所述介電涂層上涂布的所述長條為具電阻 性質(zhì)的銀或具電阻性質(zhì)的石墨的長條。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的加熱元件，包含與所述無鉛電阻厚膜電接觸的兩個 導(dǎo)電體，所述導(dǎo)電體具有用于將電壓施加到所述導(dǎo)電體的觸點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加熱元件，其中所述兩個導(dǎo)電體是涂布在所述無鉛電阻厚膜 的頂部表面的至少一部分上的兩個分開的導(dǎo)電厚膜條。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加熱元件，其中所述導(dǎo)電厚膜條實質(zhì)上從所述無鉛電阻厚膜 的周界延伸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加熱元件，其中所述導(dǎo)電體是夾在所述介電涂層和所述無鉛 電阻厚膜中間并且和所述無鉛電阻厚膜的至少一部分相接觸的兩個分開的導(dǎo)電厚膜條。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱元件，其中所述兩個分開的導(dǎo)電厚膜條實質(zhì)上從所述 電阻介電涂層和所述無鉛電阻厚膜的周界延伸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項所述的加熱元件，其中所述電絕緣熔融可流動高溫 熱塑性聚合物由顆粒大小在從約1微米到約100微米范圍內(nèi)的粉末制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加熱元件，其中所述熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔镉深w粒 大小在從約1微米到約20微米范圍內(nèi)的粉末制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到2中任一項所述的加熱元件，其中所述填料材料選自由陶瓷、 玻璃、和高溫聚合物組成的組，并且其中，所述填料材料的重量百分比范圍為約5%到約 95%。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項所述的加熱元件，其中所述填料材料由顆粒大小在 從約0. 1微米到約100微米范圍內(nèi)的顆粒制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的加熱元件，其中所述顆粒的顆粒大小的范圍是從約1微米 到約20微米。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項所述的加熱元件，其中所述無鉛電阻厚膜由溶膠凝 膠復(fù)合物制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一項所述的加熱元件，其中所述介電涂層包含兩層或多 層電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲?，其中，包含第一預(yù)選量的填料材料的第一層電絕 緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲け煌坎嫉剿龌椎谋砻嫔?，并且其中，包含預(yù)選量的填 料材料的第二層或隨后的電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲け浑S后涂布到所述第一層 電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲ど稀?br> 18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱元件，其中所述第一預(yù)選量的填料材料的重量百分比 范圍是從約5%到約80%。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱元件，其中所述第一預(yù)選量的填料材料的重量百分比 范圍是從約20%到約60%。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱元件，其中所述第一預(yù)選量的填料材料的重量百分比 范圍是從約35%到約45%。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱元件，其中所述兩層或多層電絕緣熔融可流動高溫?zé)?塑性基厚膜中的最頂層電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲ぐ念A(yù)選量的填料材料高 于所述最頂層膜的下面的膜中預(yù)選量的填料材料，并且其中，所述最頂層膜中的所述填料 材料的重量百分比范圍從超過約5%到約95%。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱元件，其中所述最頂層膜中的所述填料材料的重量百 分比范圍是從約40%到約80%。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加熱元件，其中，所述最頂層膜中的所述填料材料的重量 百分比范圍從是約60%到約70%。
24.根據(jù)權(quán)利要求1到23中任一項所述的加熱元件，包含涂布到所述無鉛電阻厚膜 的頂端的保護性頂層。
25.根據(jù)權(quán)利要求1到對中任一項所述的加熱元件，其中所述基底是從由金屬、金屬合 金、塑料、玻璃、陶瓷和半導(dǎo)體組成的組中挑選的。
26.根據(jù)權(quán)利要求1到25中任一項所述的加熱元件，其中所述無鉛電阻厚膜由無鉛復(fù) 合溶膠凝膠制劑制成，當(dāng)在升高的溫度下燒結(jié)時，所述無鉛復(fù)合溶膠凝膠制劑被轉(zhuǎn)變成無 裂縫的陶瓷涂層。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的加熱元件，其中所述溶膠凝膠制劑包括反應(yīng)性金屬有機或 金屬鹽溶膠凝膠前體，所述反應(yīng)性金屬有機或金屬鹽溶膠凝膠前體選擇成使得所述無鉛電 阻厚膜包含從由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯(可選為二氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯或者氧化釔穩(wěn)定 的氧化鋯)、二氧化鈦、鋯酸鈣、碳化硅、氮化鈦、鎳鋅鐵氧體、羥磷灰石及其任意組合組成的 組中挑選的陶瓷材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的加熱元件，其中所述溶膠凝膠制劑是有機金屬溶液或鹽溶液。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的加熱元件，其中所述溶膠凝膠制劑是水溶液、有機溶液或 其混合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的加熱元件，其中所述陶瓷材料是從氧化鋁、氧化硅、氧化鋯 和二氧化鈦組成的組中挑選的。
31.一種在基底的表面上產(chǎn)生密封的電絕緣熱塑性基涂層的方法，包含的步驟是a)通過以下步驟在所述基底的所述表面產(chǎn)生介電涂層i)在溶液中混合熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔锓勰┖皖A(yù)選量的粉末填料材料來形成 均勻穩(wěn)定分散體； )將所述均勻穩(wěn)定分散體涂布到所述基底的表面以在其上得到涂層；iii)在足以從所述均勻穩(wěn)定分散體中除去任何揮發(fā)性和/或有機組分的溫度下熱加 工所述涂布的基底，并且使所述熱塑性聚合物粉末熔融流動并在所述基底上產(chǎn)生包含所述 填料材料的至少一層電絕緣涂層；b)涂布無鉛電阻厚膜制劑到所述至少一層電絕緣涂層的頂部表面上并熱加工所述無 鉛電阻厚膜制劑以產(chǎn)生無鉛電阻厚膜；以及c)施加導(dǎo)電體以與所述無鉛電阻厚膜產(chǎn)生電接觸，以用來將電能施加到所述無鉛電阻 厚膜來加熱所述無鉛電阻厚膜。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔锓勰┑慕M分 選自由以下組成的組聚苯硫醚(PPQ、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚芳基酰胺(PARA)、液晶聚 合物、聚砜(PQ、聚苯醚砜(PEQ、聚苯砜(PPSU)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、 自加強聚亞苯基(SRP)及其任意組合。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔锓勰?由聚醚醚酮(PEEK)和聚酰胺-酰亞胺(PAI)的組合制成。
34.根據(jù)權(quán)利要求31、32或33所述的方法，其中步驟a)i)、ii)和iii)被重復(fù)一次或 多次，以用來生產(chǎn)疊加在彼此的頂部上的兩個或多個電絕緣涂層，每個涂層包含所述填料 材料。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔锓勰┖退?粉末填料材料的比率在最頂層電絕緣涂層中被調(diào)整，以在所述最頂層電絕緣涂層之下的電 絕緣涂層和所述無鉛電阻厚膜之間提供有效的熱膨脹系數(shù)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述最上面的電絕緣涂層中的所述粉末填料材 料的重量百分比范圍是從約40%到約80%。
37.根據(jù)權(quán)利要求31到36中任一項所述的方法，其中所述熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆?物粉末的顆粒大小范圍是從約1微米到約100微米。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述熔融可流動高溫?zé)崴苄苑勰┑念w粒大小是 從約1微米到約20微米。
39.根據(jù)權(quán)利要求31到38中任一項所述的方法，其中所述粉末填料材料的顆粒大小范 圍是從約0. 1微米到約100微米，并且是從由陶瓷、玻璃或高溫聚合物組成的組中挑選的。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述粉末填料材料的顆粒大小范圍是從約1微 米到約20微米。
41.根據(jù)權(quán)利要求31到40中任一項所述的方法，其中所述預(yù)選量的填料材料的重量百 分比范圍是從約5%到約80%。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述預(yù)選量的填料材料的重量百分比范圍是從 約20%到約60%。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述預(yù)選量的填料材料的重量百分比范圍是從 約35%到約45%。
44.根據(jù)權(quán)利要求31到43中任一項所述的方法，其中所述無鉛電阻厚膜制劑是含有反應(yīng)性金屬有機或金屬鹽溶膠凝膠前體的無鉛復(fù)合溶膠凝膠制劑，所述無鉛復(fù)合溶膠凝膠制 劑被涂布到在所述基底上的含有所述填料材料的所述至少一層電絕緣涂層上，接著所述溶 膠凝膠制劑在升高的溫度下被燒結(jié)而轉(zhuǎn)變成陶瓷涂層。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中所述反應(yīng)性金屬有機或金屬鹽溶膠凝膠前體包 含的組分使得所述陶瓷涂層包含從由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、二氧化鈦、二氧化鈰及其任 意組合組成的組中選擇的陶瓷材料。
46.根據(jù)權(quán)利要求31到45中任一項所述的方法，其中所述施加導(dǎo)電體的步驟c)包括 在所述電阻厚膜被涂布后，在所述電阻厚膜的頂部表面的至少一部分上涂布兩個分開的導(dǎo) 電厚膜條。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中所述導(dǎo)電厚膜條實質(zhì)上從所述無鉛電阻厚膜的 周界延伸出。
48.根據(jù)權(quán)利要求31到45中任一項所述的方法，其中所述施加導(dǎo)電體的步驟c)包含 在涂布所述電阻厚膜制劑的步驟b)之前，在所述介電涂層的頂部表面的至少一部分上涂 布兩個分開的導(dǎo)電厚膜條，使得所述導(dǎo)電厚膜條被夾在所述介電涂層和所述無鉛電阻厚膜 中間，并與所述無鉛電阻厚膜的至少一部分相接觸。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述導(dǎo)電厚膜條被涂布成使得所述導(dǎo)電厚膜條 實質(zhì)上從所述電絕緣介電涂層和所述無鉛電阻厚膜的周界延伸出。
50.根據(jù)權(quán)利要求31到49中任一項所述的方法，其中所述基底是從由金屬、金屬合金、 塑料、玻璃、陶瓷和半導(dǎo)體組成的組中選擇的。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所述基底是鋁和鋁合金中的一種，并且其中，在 步驟a)iii)和b)中的所述熱加工不超過約600°C。
52.根據(jù)權(quán)利要求31到51中任一項所述的方法，包括涂布保護性頂層，所述保護性 頂層被涂布在所述無鉛電阻厚膜的頂端之上。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中所述溶膠凝膠制劑在適于生產(chǎn)出無裂縫的陶瓷 涂層的升高的溫度下被燒結(jié)。
54.一種具有加熱的金屬組件的物件，包括a)具有金屬組件的物件，其配置成接觸另一物件，所述金屬組件具有一表面；b)無鉛厚膜加熱元件，其形成于所述金屬組件的所述表面上，用于加熱所述金屬組件， 所述無鉛厚膜加熱元件包括i)介電涂層，其位于所述表面上，所述介電涂層是包含預(yù)選量的填料材料的電絕緣熔 融可流動高溫?zé)崴苄曰衲ぃ?)無鉛電阻厚膜，其位于所述介電涂層上；iii)導(dǎo)電體，其與所述無鉛電阻厚膜產(chǎn)生電接觸；以及c)電池和開關(guān)，所述電池連接到所述導(dǎo)電體，所述開關(guān)把所述電池電連接到所述導(dǎo)電 體，使得當(dāng)所述開關(guān)打開時，電壓能夠通過所述導(dǎo)電體施加，從而使得所述無鉛電阻厚膜被 加熱。
55.根據(jù)權(quán)利要求M所述的物件，其中所述電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲び蔁?塑性聚合物制成，所述熱塑性聚合物選自由聚苯硫醚(PPS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚芳 基酰胺(PARA)、液晶聚合物、聚砜(PS)、聚苯醚砜(PES)、聚苯砜(PPSU)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮醚酮(PEKEK)、自加強聚亞苯基(SRP)及其任 意組合組成的組。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的物件，其中所述電絕緣熔融可流動高溫?zé)崴苄曰衲び删?醚醚酮(PEEK)和聚酰胺-酰亞胺(PAI)的組合制成。
57.根據(jù)權(quán)利要求M、55或56所述的物件，其中所述無鉛電阻厚膜由無鉛復(fù)合溶膠凝 膠制劑制成，當(dāng)在升高的溫度下被燒結(jié)時，所述無鉛復(fù)合溶膠凝膠制劑被轉(zhuǎn)化成陶瓷涂層。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的物件，其中所述溶膠凝膠制劑包括反應(yīng)性金屬有機或金屬 鹽溶膠凝膠前體，所述反應(yīng)性金屬有機或金屬鹽溶膠凝膠前體選擇成使得所述陶瓷涂層包 含從由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、二氧化鈦、二氧化鈰及其任意組合組成的組中挑選出的陶 瓷材料。
59.根據(jù)權(quán)利要求M到58中任一項所述的物件，所述物件是個人護理產(chǎn)品、電子標(biāo)牌 加熱器、燒水壺、飲料加熱器、加熱板、蒸汽發(fā)生器、在線熱水器、洗碗機、洗衣機、醫(yī)療和半 導(dǎo)體測試設(shè)備以及汽車應(yīng)用加熱器中的任一種。
60.根據(jù)權(quán)利要求M到59中任一項所述的物件，所述物件被大規(guī)模制造。
全文摘要
本發(fā)明提供了在基底上的由高溫熔融可流動熱塑性聚合物/粉末添加劑制劑以及無鉛電阻膜和導(dǎo)電膜制劑制成的集成厚膜加熱元件，該高溫熔融可流動熱塑性聚合物/粉末添加劑制劑在基底上形成電絕緣熱塑性介電涂層，而導(dǎo)電膜制劑被涂布并在加工溫度大大低于600℃時被燒結(jié)以在基底上形成集成厚膜加熱元件。這種厚膜加熱元件形成在首先涂布有電絕緣的填充熔融可流動高溫?zé)崴苄跃酆衔?粉末復(fù)合物層的基底材料上，在其上涂布的無鉛電阻厚膜能夠在很寬的能量密度范圍內(nèi)根據(jù)消費者和工業(yè)加熱元件的應(yīng)用要求來操作，其在溫度循環(huán)下，例如250℃下，具有合適的電絕緣性質(zhì)。
文檔編號C08L79/08GK102067719SQ200980123537
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者瑪麗·安·魯杰羅, 蒂莫西·羅素·奧爾丁 申請人:達泰克涂料股份公司