Керамический нагревательный элемент, способ его изготовления и его применение
Изобретение относится к области электротехники, а именно к керамического нагревательному элементу и способу его изготовления. Снижение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) и повышение точности контроля температуры являются техническим результатом изобретения. Керамический нагревательный элемент включает керамическую стержневую матрицу, при этом электронную пасту наносят печатью на поверхность керамической стержневой матрицы методом декалькомании. Способ изготовления включает нанесение электронной пасты на керамическую стержневую матрицу методом декалькомании. Кроме того, настоящее изобретение дополнительно предусматривает применение керамического нагревательного элемента в нагревателе для инновационных изделий для курения табака. Керамический нагревательный элемент, изготовленный в соответствии с предложенным способом обеспечивает быстрое тепловыделение, легкую установку нагревателя внутри низкотемпературной сигареты и извлечение из нее. Керамический нагревательный элемент с нанесенной печатью электронной пасты методом декалькомании обладает стабильным и низким температурным коэффициентом сопротивления, при этом обеспечивается возможность того, что после обжига сопротивление изделия изменится в незначительной степени под воздействием температуры в процессе использования, что позволяет создать простую схему и достичь высокой надежности генерирования тепла. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[001] Настоящее изобретение относится к области нагревательных устройств и, в частности, к керамическому нагревательному элементу, к способу его изготовления и к его применению.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[002] Керамический нагревательный элемент представляет собой своего рода высокоэффективный нагреватель, характеризующийся равномерным распределением тепла и исключительно высокой теплопроводностью, при этом обеспечивается равномерное распределение температур нагреваемой поверхности, в результате чего исключаются горячие и холодные участки на оборудовании. Кроме того, керамический нагревательный элемент также обладает такими преимуществами, как длительный срок службы, высокие теплоизоляционные характеристики, высокие механические свойства, антикоррозионная стойкость и сопротивление в магнитном поле. На данный момент существуют два основных типа керамических нагревательных элементов, а именно: PTC (положительный температурный коэффициент) керамический нагревательный элемент и MCH (металлический керамический нагреватель) керамический нагревательный элемент соответственно. Для изготовления двух типов изделий используют абсолютно различные материалы, в то время как материал готовых изделий аналогичен керамике. Таким образом, указанные изделия носят общее название «керамические нагревательные элементы». PTC керамический нагревательный элемент представляет собой термистор, состоящий из PTC керамического нагревательного элемента и алюминиевой трубки. Ввиду преимуществ, заключающихся в низкой термостойкости и высокой эффективности теплообмена, PTC керамический нагревательный элемент является электрическим нагревателем, обладающим такими свойствами, как автоматическое регулирование температуры и энергосбережение. По сравнению с PTC керамическим нагревательным элементом в MCH керамическом нагревательном элементе, являющимся новым типом высокоэффективного экологически безопасного и энергосберегающего керамического нагревательного элемента, используется глиноземная керамика, что позволяет сэкономить 20-30% электроэнергии при аналогичном тепловом воздействии.
[003] В области использования низкотемпературных сигарет MCH керамический нагревательный элемент в целом используется в качестве нагревательного элемента. В частности, в MCH керамическом нагревательном элементе металлический нагревательный слой наносят печатным способом на керамическую подложку методом трафаретной печати. Иначе говоря, высокотемпературный жаропрочный металл (например, молибден, вольфрам или аналогичные металлы) используют в качестве внутреннего электрода нагревательного контура, при этом MCH керамический нагревательный элемент является именно высокоэффективным и энергосберегающим керамическим нагревательным элементом, изготавливаемым путем совместного обжига в восстановительной атмосфере при температуре в диапазоне от 1400℃ до 1800℃ при проведении ряда специальных технологических процессов изготовления. В ходе технологического процесса сырец из глинозема служит в качестве изолирующего слоя и матрицы, в то время как изготовленный проводник из высокотемпературной металлической толстопленочной пасты наносят печатью на поверхность сырца. Затем верхнюю и нижнюю керамические подложки из глинозема ламинируют и разрезают на пластины и далее проводят пайку с проволочными выводами после обжига в печи с восстановительной атмосферой водорода при высокой температуре и таким образом обеспечивают изготовление MCH нагревательного элемента. Однако внутренний электрод располагают посередине глиноземной керамики на обеих сторонах, в результате чего глиноземная керамика поглощает тепло. Таким образом, эффективность тепловыделения внутреннего электрода не является высокой, и, следовательно, не высокой является эффективность всего керамического нагревательного элемента. Кроме того, добавление сырца может привести к увеличению толщины керамического нагревательного элемента, в результате чего затрудняется вставка элемента в низкотемпературные сигареты и его извлечение из них. Несмотря на то, что в источниках информации раскрываются разнообразные электронные пасты для изготовления электронных нагревательных элементов, изготавливаемые нагревательные элементы с применением электронных паст известного уровня техники выпускаются различными партиями, что, в свою очередь, приводит к существенному отклонению температурного коэффициента сопротивления (ТКС), в результате чего возникают значительные трудности с регулированием сопротивления. Следовательно, процент дефектных изделий может быть крайне высок, ошибка ТКС изделия может быть существенной, в результате чего программа управления схемой может быть неспособной обеспечивать точное регулирование температуры. Кроме того, по причине использования известных электронных паст существует проблема в плане достижения низкого ТКС при одновременном обеспечении удовлетворительной ошибки ТКС.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[004] Цель настоящего изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков, присущих предшествующему уровня техники, и в создании керамического нагревательного элемента для оформления настоящего изобретения, при этом керамический нагревательный элемент обладает преимуществами в плане быстрого тепловыделения и его легкой вставки в сигарету низкотемпературного нагрева табака и извлечения из нее, и характеризуется чрезвычайно стабильным и низким ТКС в различных партиях изделий.
[005] После проведения многочисленных экспериментов изобретатель настоящего изобретения неожиданно обнаружил, что каждая партия изделий, изготовленных с применением электронной пасты, состоящей из определенных компонентов, обладала исключительно стабильным ТКС, при этом ТКС был удовлетворительно низким, что позволило изобретателю создать настоящее изобретение.
[006] Для достижения вышеуказанных целей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусматривается создание керамического нагревательного элемента, включающего керамическую стержневую матрицу, при этом резистивный нагревательный элемент размещен на поверхности керамической стержневой матрицы, и резистивный нагревательный элемент представляет собой сплав, содержащий вольфрам, марганец и, по меньшей мере, одну добавку, выбранную из группы, включающей рутений, теллур, германий и ванадий.
[007] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения материал керамической стержневой матрицы представляет собой, по меньшей мере, оксид алюминия, нитрид кремния, стекло, нитрид алюминия и карбид кремния.
[008] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения резистивный нагревательный элемент изготовлен путем нанесения трафаретной печатью электронной пасты методом декалькомании, при этом электронная паста содержит вольфрам, марганец, добавку и органический растворитель, при этом добавку выбирают из группы, содержащей, по меньшей мере, рутений, теллур, германий и ванадий.
[009] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения конец керамической стержневой матрицы представляет собой конический конец, и предпочтительно, чтобы размер резистивного нагревательного элемента вблизи конического конца в продольном направлении керамической стержневой матрицы превышал размер другого конца.
[0010] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения весовое отношение вольфрама к марганцу составляет от 7:3 до 9,5:0,5. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения содержание добавки составляет 0,5-5 весовых процентов от общего веса вольфрама и марганца. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения органический растворитель представляет собой смесь терпинеола, этилцеллюлозы и абсолютного этанола, и предпочтительно, чтобы содержание органического растворителя составило 5-20 весовых процентов от общего веса вольфрама и марганца.
[0011] В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает создание способа изготовления керамического нагревательного элемента, при этом способ включает нанесение электронной пасты на керамическую стержневую матрицу методом декалькомании.
[0012] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения выполнение печати методом декалькомании включает нанесение электронной пасты на бумажную пленку для формирования переводной бумаги, и предпочтительно, чтобы при печати обеспечивалось нанесение большего количества электронной пасты на один конец бумажной пленки, чем на другой конец.
[0013] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения бумажная пленка выполнена, по меньшей мере, из тонкой бумаги, бумаги из древесной массы, бумаги из углеродных волокон, бумаги из синтетического волокна, бумаги из натурального волокна и аналогичных материалов.
[0014] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения выполнение печати методом декалькомании дополнительно включает наклеивание переводной бумаги на керамическую стержневую матрицу, обработанную кислотой или щелочью, и предпочтительно, чтобы выполнение печати методом декалькомании дополнительно включало обжиг керамической стержневой матрицы оклеенной переводной бумагой при температуре 1200°C-1800°C в течение 1-4 часов.
[0015] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает выполнение глазурования погружением по завершению печати методом декалькомании, с последующим обжигом при температуре 1000°C-1200°C.
[0016] В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение дополнительно предусматривает применение вышеуказанного керамического нагревательного элемента и керамического нагревательного элемента, изготовленного в соответствии с вышеупомянутым способом в нагревателе элементе для инновационных изделий для курения табака, и предпочтительно применение вышеуказанного керамического нагревательного элемента и керамического нагревательного элемента, изготовленного в соответствии с вышеупомянутым способом, в нагревателе для инновационных изделий для курения табака, в частности, применение в нагревателе для низкотемпературных сигарет.
[0017] Таким образом, керамический нагревательный элемент в соответствии с настоящим изобретением и керамический нагревательный элемент, изготовленный в соответствии с вышеупомянутым способом настоящего изобретения, обладает преимуществами в плане быстрого тепловыделения и его легкой вставки в низкотемпературную сигарету и извлечения из нее. Кроме того, за счет использования керамического нагревательного элемента, на который печатью нанесена электронная паста настоящего изобретения методом декалькомании, ТКС является исключительно стабильным и низким в различных партиях изделий, в результате чего обеспечивается достаточно легкое регулирование сопротивления и достигается исключительно низкий процент дефектных изделий. Ввиду превосходных характеристик, заключающихся в низком ТКС, нанесение электронной пасты настоящего изобретения на металлокерамический нагревательный элемент позволяет достичь чрезвычайно стабильного и низкого уровня ТКС, при этом гарантируется, что ТКС изделий после обжига в каждой партии остается стабильным, и при этом сопротивление изменяется в незначительном диапазоне при воздействии температуры в процессе использования, в результате чего обеспечивается создание простого контура и достижение высокой общей надежности нагрева.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения подробно проиллюстрированы ниже в настоящем документе. Следует понимать, что описанные в настоящем документе конкретные варианты осуществления носят чисто иллюстративный характер и приведены для пояснения настоящего изобретения, при этом они ни в коей мере не ограничивают настоящее изобретение.
[0019] Конечные точки и любые значения диапазонов, раскрытых в настоящем документе, не ограничены точным диапазоном или значением, и следует понимать, что указанные диапазоны или значения включают значения, близкие к указанным диапазонам или значениям. В плане диапазонов числовых значений могут быть получены один или несколько новых диапазонов числовых значений путем сочетания значений конечной точки каждого диапазона, либо путем сочетания значения конечной точки каждого диапазона и значения отдельной точки, либо путем сочетания значений отдельных точек, при этом указанные численные диапазоны следует рассматривать как конкретно раскрытые в настоящем документе.
[0020] В соответствии со значением, используемым в настоящем контексте, термин "электронная паста" относится к основному материалу для изготовления металлокерамического нагревательного элемента, и указанная паста относится к пасте, полученной путем смешивания твердого порошка и жидкого растворителя до получения однородной консистенции посредством трехвалкового процесса прокатки. В зависимости от области применения электронные пасты могут быть разделены на категории, включающие диэлектрические пасты, резистивные пасты и электропроводящие пасты; в зависимости от различных типов используемых подложек электронные пасты могут быть подразделены на электронные пасты для керамических подложек, электронные пасты для полимерных подложек, электронные пасты для стеклянных подложек, электронные пасты для подложек металл-диэлектрик и т.д.; в зависимости от различных температур спекания электронные пасты могут быть подразделены на электронные пасты высокотемпературной сушки, электронные пасты среднетемпературной сушки и электронные пасты низкотемпературной сушки; в зависимости от области применения электронные пасты могут быть далее подразделены на электронные пасты общего и специального назначения; и в зависимости от различной стоимости электропроводящей фазы электронные пасты могут быть подразделены на электронные пасты на основе драгоценных металлов и электронные пасты на основе недрагоценных металлов.
[0021] В соответствии со значением, используемым в настоящем контексте, термин "температурный коэффициент сопротивления (ТКС)" относится к относительным изменениям значения сопротивления при изменении температуры сопротивления на 1 градус (то есть скорость изменения значения сопротивления по отношению к сопротивлению). Формула расчета ТКС имеет вид ТКС=(RT2-RT1)/[(T2-T1)×RT1], и единица измерения обозначается ppm/°C (частей на миллион на градус Цельсия), где T1 обозначает первую температуру, T2 обозначает вторую температур, RT1 обозначает значение сопротивления при первой температуре, и RT2 обозначает значение сопротивления при второй температуре. ТКС является параметром, тесно взаимосвязанным с микроструктурой металла, и имеет теоретическое максимальное значение при отсутствии каких-либо дефектов. Иными словами, величина ТКС per se характеризует в определенной степени выполнение металлизации. В ходе проведения научных исследований и опытно-конструкторских работ или мониторинга инновационной технологии в режиме онлайн ТКС может быть использован для проведения предварительного мониторинга и оперативной оценки надежности металлов.
[0022] В соответствии со значением, используемым в настоящем контексте, термин «печать методом декалькомании» относится к процессу печати шаблона рисунка на поверхности специальной бумаги или пластиковой пленки с использованием керамического пигмента. Далее бумагу со сформированным на ней рисунком перемещают, приклеивают к поверхности матрицы и затем обжигают при высокой температуре таким образом, чтобы переводная бумага с рисунком была прочно присоединена к поверхности матрицы.
[0023] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусматривается создание керамического нагревательного элемента. Керамический нагревательный элемент включает керамическую стержневую матрицу, при этом электронную пасту наносят печатью на поверхность керамической стержневой матрицы методом декалькомании.
[0024] С целью устранения недостатков предшествующего уровня техники путем осуществления настоящего изобретения, керамический нагревательный элемент настоящего изобретения представляет собой стержневидный керамический нагревательный элемент, широко используемый в инновационных изделиях для курения табака, в частности в низкотемпературных сигаретах. Таким образом, керамический нагревательный элемент может в целом включать керамическую стержневую матрицу типовой формы. Материл керамической стержневой матрицы, в частности, не ограничен каким-либо конкретным материалом и может представлять собой известный материал керамической матрицы в данной области техники. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления материал керамической стержневой матрицы представляет собой, по меньшей мере, оксид алюминия, нитрид кремния, стекло, нитрид алюминия и карбид кремния.
[0025] В пасте на основе вольфрама вольфрам является основным теплогенерирующим компонентом. Следует учесть, что вольфрам обладает исключительно высоким ТКС, в результате чего ТКС всей электронной пасты может оказаться высоким, и это в свою очередь усложнит создание нагревательного элемента, обладающего стабильным и низким ТКС. Тем не менее изобретатель обнаружил после проведения исследований, что партии изделий, изготовленных с использованием определенных вольфрамовых паст соответствующей композиции, могут обладать чрезвычайно стабильным ТКС, и при этом обеспечивается дальнейшее существенное снижение ТКС электронной пасты, благодаря чему достигается положительный эффект низкого ТКС керамического нагревательного элемента. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения электронная паста может содержать вольфрам, марганец, добавку и органический растворитель, при этом добавку выбирают из группы, содержащей, по меньшей мере, рутений, теллур, германий и ванадий. Более предпочтительно, чтобы содержание добавки составляло 0,5-5 весовых % (например, 1,5 весовых %, 2 весовых %, или 2,5 весовых %).
[0026] Кроме того, тип и содержание органического растворителя в композиции электронной пасты настоящего изобретения конкретно не ограничены, и органический растворитель может быть растворителем известного типа и его содержание соответствует содержанию, принятому в данной области техники. В предпочтительном варианте осуществления органический растворитель может представлять собой смесь терпинеола, этилцеллюлозы и абсолютного этанола и содержать, например, 90-95 весовых процентов (например, 94 весовых процента) терпинеола, 3-5 весовых процентов (например, 5 весовых процентов) этилцеллюлозы и 1-3 весовых процента (например, 1 весовой процент) абсолютного этанола, и предпочтительно, чтобы содержание органического растворителя составляло 5-20 весовых процентов от общего веса вольфрама и марганца.
[0027] В соответствии с настоящим изобретением с целью упрощения процесса вставки и извлечения керамического нагревательного элемента из низкотемпературной сигареты концу керамической стержневой матрицы может быть придана остроконечная форма. Кроме того, в соответствии с общепринятым способом вставки и извлечения керамического нагревательного элемента из низкотемпературной сигареты конец, имеющий заостренную форму, может выступать в качестве вставного конца, расположенного ближе к конструкции сигареты, в то время как другой конец может быть расположен ближе к источнику электропитания. Кроме того, на другой конец может быть нанесено меньшее количество электронной пасты, что способствует поддержанию более низкой температуры, за счет чего керамический нагревательный элемент обеспечивает максимальную защиту источника электропитания в процессе эффективного нагревания сигареты. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления конец керамической стержневой матрицы может быть выполнен в виде конического конца, и предпочтительно, чтобы концентрация электронной пасты вблизи конического конца в продольном направлении керамической стержневой матрицы была выше, чем концентрация электронной пасты на другом конце.
[0028] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предусматривается способ изготовления керамического нагревательного элемента, при этом способ включает нанесение электронной пасты на керамическую стержневую матрицу методом декалькомании.
[0029] В отношении керамической стержневой матрицы и электронной пасты при способе изготовления керамического нагревательного элемента настоящего изобретения предпочтительные варианты осуществления материала и формы керамической стержневой матрицы и композиции электронной пасты могут быть аналогичны описанным выше вариантам осуществления, и их повторное описание не будет приведено.
[0030] В соответствии с настоящим изобретением с целью придания керамическому нагревательному элементу преимуществ, заключающихся в быстром нагреве и в легкой вставке и извлечении из низкотемпературной сигареты, электронную пасту наносят на керамическую стержневую матрицу методом декалькомании для прочного сцепления с ней в соответствии со способом изготовления настоящего изобретения, что позволяет не только эффективно снизить толщину керамического нагревательного элемента, но и обеспечивает размещение печатного контура (т.е. электронной пасты) непосредственной на поверхности керамического нагревательного элемента, тем самым существенно повышая эффективность тепловыделения. По той же самой причине существует необходимость в защите источника электропитания, т.е., на другой конец может быть нанесено меньшее количество электронной пасты, благодаря чему на этом конце обеспечивается более низкая рабочая температура. Кроме того, в процессе печати методом декалькомании существует возможность создания различных рисунков печатных схем в зависимости от потребностей, так как рисунок создается на плоскости. Таким образом, керамическому нагревательному элементу, изготовленному указанным способом, может быть придан требуемый внешний вид. В предпочтительном варианте осуществления выполнение печати методом декалькомании может включать нанесение печатью электронной пасты на бумажную пленку для формирования переводной бумаги (например, печать c пропусками, нанесение покрытия и т.д.), и предпочтительно, чтобы при печати обеспечивалась более высокая концентрация электронной пасты на одном конце бумажной пленки по сравнению с концентрацией на другом конце.
[0031] В соответствии с настоящим изобретением композиция бумажной пленки не ограничена какой-либо конкретной композицией и может включать любые стандартные ингредиенты, известные в данной области техники. В предпочтительном варианте осуществления бумажная пленка выполнена, по меньшей мере, из тонкой бумаги, бумаги из древесной массы, бумаги из углеродных волокон, бумаги из синтетического волокна, бумаги из натурального волокна и аналогичных материалов.
[0032] В соответствии с настоящим изобретением после формирования переводной бумаги с нанесенной на нее электронной пасты настоящего изобретения переводная бумага может быть переведена на керамическую стержневую матрицу и пройти последующую обработку для полного сцепления электронной пасты с поверхностью керамической стержневой матрицы. В предпочтительном варианте осуществления выполнение печати методом декалькомании дополнительно включает наклеивание переводной бумаги на керамическую стержневую матрицу, обработанную кислотой или щелочью, и предпочтительно, чтобы выполнение печати методом декалькомании дополнительно включало обжиг керамической стержневой матрицы, оклеенной переводной бумагой (предпочтительно в газовой смеси H2 и N2), при температуре 1200°C-1800°C в течение 1-4 часов. В более предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения до проведения этапа обжига выполнение печати методом декалькомании дополнительно включает сушку керамической стержневой матрицы, оклеенной переводной бумагой, при температуре 100°C-150°C последующим удалением клея при температуре 300°C-600°C.
[0033] В соответствии с настоящим изобретением на поверхность керамического нагревательного элемента может быть нанесен слой глазури с целью создания изоляции, повышения прочности и защиты нагревателя от повреждения. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления способ дополнительно включает выполнение глазурования погружением по завершению печати методом декалькомании, с последующим обжигом при температуре 1000°C-1200°C. После завершения процесса обжига керамический нагревательный элемент может быть дополнительно снабжен проволочными выводами. Таким образом, способ настоящего изобретения может дополнительно включать поверхностную обработку керамического нагревательного элемента на участках соединения пайкой с последующим присоединением проволочных выводов, участков спайки и припоя с помощью инструмента для проводного монтажа и помещением керамического нагревательного элемента в печь для пайки выводов при 700°C с целью формирования готового изделия.
[0034] Вышеприведенные соответствующие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть использованы отдельно или в сочетании с другими предпочтительными вариантами осуществления. В исключительно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ изготовления керамического нагревательного элемента настоящего изобретения включает: (1) расчет диаметра и длины керамической стержневой матрицы в зависимости от требований к изделию, разработку электронной пасты, соответствующей требованиям, расчет веса наносимой печатью пасты, создание форм и оснастки, необходимых для производства; (2) выполнение процесса печати с пропусками в чистом производственном помещении с использованием прецизионного печатного устройства с нанесением части приготовленной электронной пасты на поверхность бумажной основы с помощью схемы печатной формы для трафаретной печати для формирования переводной бумаги, при этом поверхность бумажной основы покрыта водорастворимым клеем, и бумажная основа выполнена, по меньшей мере, из тонкой бумаги, бумаги из древесной массы, бумаги из углеродных волокон, бумаги из синтетического волокна, бумаги из натурального волокна и аналогичных материалов; (3) наклеивание переводной бумаги, на которую печатью нанесен нагревательный контур, на керамическую стержневую матрицу, обработанную кислотой или щелочью; (4) сушка керамической стержневой матрицы оклеенной переводной бумагой при температуре 100°C-150°C, и удаление клея при температуре 300°C-600°C; (5) последующий обжиг после удаления клея в атмосфере смеси газов H2 и N2 при температуре 1200°C-1800°C в течение 1-4 часов; (6) нанесение тонкого слоя прозрачной глазури на керамический стержневидный нагревательный элемент после обжига методом глазурования погружением, и далее помещение керамического стержневидного нагревательного элемента в печь с восстановительной атмосферой для обжига при температуре 1000°C-1200°C; и (7) по завершению обжига керамического нагревательного элемента выполнение обработки поверхности на участках паяных соединений с последующим присоединением проволочных выводов, участков спайки и припоя с помощью инструмента для проводного монтажа и помещением керамического нагревательного элемента в печь для пайки выводов при 700°C с целью формирования готового изделия.
[0035] В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение дополнительно предусматривает применение вышеуказанного керамического нагревательного элемента и керамического нагревательного элемента, изготовленного в соответствии с вышеупомянутым способом в нагревателе для инновационных изделий для курения табака, и, в частности, применение в нагревателе для низкотемпературных сигарет.
[0036] Примеры
[0037] Органический растворитель приготовлен путем составления смеси, состоящей из 94 весовых процентов терпинеола, 5 весовых процентов этилцеллюлозы и 1 весового процента абсолютного этанола, при этом смесь составляли путем взвешивания терпинеола, этилцеллюлозы и абсолютного этанола в указанных пропорциях; далее компоненты перемешивали до получения однородной консистенции с помощью магнитной мешалки на водяной бане при температуре 90°C. Сначала брали 90 весовых частей вольфрамового порошка и 10 весовых частей марганцевого порошка и перемешивали до получения однородной консистенции. Далее смешанные порошки смешивали с 10 весовыми частями органического растворителя и затем смесь помещали в планетарную шаровую мельницу для перетира, при этом абсолютный этанол выступает в качестве компонента перетирочной среды, при этом весовое отношение смеси к измельчающей среде в форме шаров составляло 1,5:1. При этом скорость вращения шаровой мельницы составляла 500 об./мин. в течение 1,5 часов для приготовления композиции электронной пасты C1. Затем 5 партий композиций электронной пасты C1 изготавливали аналогичным образом.
[0038] Исходя из значений содержания, приведенных в Таблице 1, композиции электронных пасты C1-C8 приготавливали способом, аналогичным способу, описанному выше, при этом каждую электронную пасту приготавливали в количестве 5 партий. Далее все партии композиции электронной пасты наносили методом печати на керамическую матрицу с использованием технологии трафаретной печати или иных известных технологий в данной области техники для формирования нагревательных элементов. Значения сопротивления нагревательных элементов, полученные на основе композиций электронных паст C1-C8 при уровнях температуры 25°C, 83°C, 150°C и 230°C измеряли, результаты измерений приведены в таблице 2. Далее получали значения ТКС на основе значений сопротивления в соответствующих партиях методом наименьших квадратов и линейной аппроксимации. Для каждой из композиций электронных паст C1-C8 средний ТКС 5-и партий и величину отклонения ТКС в отношении каждой партии ((ТКСn-средний ТКС)/средний ТКС, где n - 1, 2, 3, 4 или 5) рассчитывали на основе ТКС 5-и партий, а именно: ТКС1, ТКС2, ТКС3, ТКС4 и ТКС5 соответственно. Кроме того, среднюю величину отклонения ТКС 5-и партий (среднее значение величин отклонения ТКС 5-и партий) рассчитывали, как показано в таблице 2
[0039] Таблица 1
| Вольфрам | Мар- ганец |
Же- лезо |
Молиб-ден | Ру- тений |
Гер- маний |
Вана-дий | Теллур | ||
| C1 | Вольфрам Марганец | 90 | 10 | - | - | - | - | - | - |
| C2 | Вольфрам Марганец Железо | 90 | 10 | 2 | - | - | - | - | - |
| C3 | Вольфрам Марганец Молибден | 90 | 10 | - | 2 | - | - | - | - |
| C4 | Вольфрам Рутений | 98 | - | - | - | 2 | - | - | - |
| C5 | Вольфрам Марганец Рутений | 90 | 10 | - | - | 1 | - | - | - |
| C6 | Вольфрам Марганец Германий | 90 | 10 | - | - | - | 0,5 | - | - |
| C7 | Вольфрам Марганец Ванадий | 90 | 10 | - | - | - | - | 5 | - |
| C8 | Вольфрам Марганец Теллур | 90 | 10 | - | - | - | - | - | 2 |
[0040] Таблица 2
| ТКС1 | ТКС2 | ТКС3 | ТКС4 | ТКС5 | Средний ТКС | Средняя величина отклонения | ||
| C1 | Вольфрам Марганец | 3742 | 3528 | 3854 | 3928 | 3468 | 3704 | 4,45% |
| C2 | Вольфрам Марганец Железо | 3516 | 3324 | 3418 | 3589 | 3615 | 3492 | 2,78% |
| C3 | Вольфрам Марганец Молибден | 2995 | 3258 | 3196 | 3298 | 3028 | 3155 | 3,64% |
| C4 | Вольфрам Рутений | 3395 | 3216 | 3329 | 3428 | 3365 | 3347 | 1,77% |
| C5 | Вольфрам Марганец Рутений | 3275 | 3329 | 3314 | 3228 | 3295 | 3288 | 0,89% |
| C6 | Вольфрам Марганец Германий | 3108 | 3182 | 3189 | 3203 | 3199 | 3176 | 0,70% |
| C7 | Вольфрам Марганец Ванадий | 2988 | 3077 | 2923 | 3081 | 3029 | 3020 | 1,70% |
| C8 | Вольфрам Марганец Теллур | 3419 | 3499 | 3386 | 3420 | 3398 | 3424 | 0,87% |
[0040] Как проиллюстрировано в вышеприведенном примере, композиции электронных паст (C5-C8) настоящего изобретения позволяют изготовить нагревательные элементы, обладающие превосходными характеристиками. Среднее отклонение ТКС между несколькими партиями существенно ниже, чем среднее отклонение ТКС нагревательных элементов, изготовленных с применение других композиций электронных паст (C1-C4), что позволяет продемонстрировать превосходные характеристики, заключающиеся в стабильном и низком ТКС.
[0041] Выше приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, тем не менее, настоящее изобретение не ограничено конкретными деталями в указанных вариантах осуществления. В техническое решение настоящего изобретения могут быть внесены многочисленные незначительные изменения, не выходящие за пределы объема технической идеи настоящего изобретения, и при этом все указанные незначительные изменения находятся в пределах объема правовой охраны настоящего изобретения.
[0042] При этом следует понимать, что различные специфические технические признаки, описанные в вышеприведенных конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, могут быть скомбинированы любым приемлемым образом, не вызывая противоречий. Во избежание излишних повторов в настоящем изобретении не описаны отдельно различные возможные комбинации.
[0043] Кроме того, также могут быть произвольно скомбинированы различные варианты осуществления настоящего изобретения при условии, что они не противоречат идее настоящего изобретения, и они в свою очередь должны рассматриваться в качестве содержания, раскрытого настоящим изобретением.
1. Керамический нагревательный элемент, включающий керамическую стержневую матрицу, отличающийся тем, что на поверхности керамической стержневой матрицы выполнен резистивный нагревательный элемент, при этом резистивный нагревательный элемент представляет собой сплав, содержащий вольфрам, марганец и, по меньшей мере, добавку, выбранную из группы, содержащей рутений, теллур, германий и ванадий.
2. Керамический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что материал керамической стержневой матрицы представляет собой, по меньшей мере, оксид алюминия, нитрид кремния, стекло, нитрид алюминия и карбид кремния.
3. Керамический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что резистивный нагревательный элемент изготовлен путем нанесения печатью электропроводящей пасты методом декалькомании, при этом электронная паста содержит вольфрам, марганец, добавку и органический растворитель, при этом добавку выбирают из группы, содержащей, по меньшей мере, рутений, теллур, германий и ванадий.
4. Керамический нагревательный элемент по п. 1, отличающийся тем, что конец керамической стержневой матрицы представляет собой конический конец, и предпочтительно, чтобы длина резистивного нагревательного элемента вблизи конического конца в продольном направлении керамической стержневой матрицы превышала длину другого конца.
5. Керамический нагревательный элемент по п. 3 или 4, отличающийся тем, что весовое отношение вольфрама к марганцу составляет от 7:3 до 9,5:0,5.
6. Керамический нагревательный элемент по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что содержание добавки составляет 0,5-5 весовых процентов от общего веса вольфрама и марганца.
7. Керамический нагревательный элемент по любому из пп. 3-6, отличающийся тем, что органический растворитель представляет собой смесь терпинеола, этилцеллюлозы и абсолютного этанола, и предпочтительно, чтобы содержание органического растворителя составляло 5-20 весовых процентов от общего веса вольфрама и марганца.
8. Способ изготовления керамического нагревательного элемента по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что способ включает нанесение электронной пасты на керамическую стержневую матрицу методом декалькомании.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что выполнение печати методом декалькомании включает нанесение электронной пасты на бумажную пленку для формирования переводной бумаги.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что при печати обеспечивается нанесение большего количества электронной пасты на один конец бумажной пленки, чем на другой конец.
11. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что бумажная пленка выполнена, по меньшей мере, из тонкой бумаги, бумаги из древесной массы, бумаги из углеродных волокон, бумаги из синтетического волокна, бумаги из натурального волокна и аналогичных материалов.
12. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что выполнение печати методом декалькомании дополнительно включает наклеивание переводной бумаги на керамическую стержневую матрицу, обработанную кислотой или щелочью, и предпочтительно, чтобы выполнение печати методом декалькомании дополнительно включало обжиг керамической стержневой матрицы, оклеенной переводной бумагой, при температуре 1200°C -1800°C в течение 1-4 часов.
13. Способ по п. 8, дополнительно включающий: выполнение глазурования погружением по завершению печати методом декалькомании с последующим обжигом при температуре 1000°C -1200°C.
14. Применение керамического нагревательного элемента по любому из пп. 1-7 и керамического нагревательного элемента, изготовленного в соответствии со способом по любому из пп. 8-13, в нагревателе для инновационных изделий для курения табака.
15. Применение керамического нагревательного элемента по п. 14, отличающееся тем, что новые табачные изделия представляют собой низкотемпературные сигареты.
