[发明专利]电加热用陶瓷材料及其应用

说明书

本申请公开了电加热用陶瓷材料及其应用。该电加热用陶瓷材料其由包括以下步骤的方法所制得：（A）提供基于碳化硅的生坯，碳化硅的用量占生坯原料总质量的80wt%以上；（B）将所述生坯在添加浸渗材料的条件下烧结，直至使所述浸渗材料溶渗入所述生坯主相中，所述浸渗材料为硅单质和/或硅合金向碳化硅陶瓷主相中浸渗入硅单质、硅合金的硅材料后，陶瓷材料的导电性大幅改善，更意外的收获是，陶瓷材料的力学强度基本能维持在碳化硅陶瓷的普遍水平。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料的技术领域，尤其涉及电加热用陶瓷材料及其应用。

背景技术

电加热器是新型烟草制品的重要组成部分。从传统的金属材料（金属合金发热丝）到非金属材料（PTC热敏陶瓷）最后到金属陶瓷复合材料（MCH金属陶瓷发热体），电加热材料的发展继承了上一代的优点摒弃了其缺点，但仍然存在一定的不足之处。例如，传统电热材料金属合金丝易氧化加热效果差；PTC热敏陶瓷因弱导电性和低居里温度而掺杂却难于烧结；MCH基板材料的最佳选择以及克服金属和陶瓷共烧的难点。

中国发明专利CN110200331A公开了一种电子烟加热器，其采用氧化锆增韧氧化铝的ZTA为陶瓷基板，在该陶瓷基板表面依序印刷有底部绝缘层、上电极层、下电极层、可焊层和表面绝缘层所构成，但在印刷焊层后金属与陶瓷共烧时仍存在诸多的工艺上的难点，如共烧时的气氛、温度及制度等。

由此可知，以上陶瓷发热体所用的陶瓷材料，由于其导电性较弱，因而需要在陶瓷发热体上另行配置导电部件，这样增加了陶瓷发热体的制作难度。

发明内容

有鉴于此，本申请提供电加热用陶瓷材料及其应用，在确保力学强度不损害的情况下极大地提高了导电性。

根据所属领域技术人员普遍的认知水平，陶瓷发热体的陶瓷材料的导电性非常弱以至于视为绝缘材料，这是陶瓷材料的基本公知属性。为了提高陶瓷材料的导电性，向其中掺杂导电物质是主流途径。而导电物质的掺杂则难以避免地带来陶瓷烧结的困难度，从而表现出陶瓷的烧结密度不够，带来其力学强度的急剧降低。即，陶瓷材料的导电性、力学强度之间似乎存在不可调和的矛盾。

本发明人摒弃了先知技术中试图添加导电物质的改进思路。意外地发现，向碳化硅陶瓷主相中浸渗入硅单质、硅合金的硅材料后，陶瓷材料的导电性大幅改善，更意外的收获是，陶瓷材料的力学强度基本能维持在碳化硅陶瓷的普遍水平。基于此，创造了本申请。

第一方面，本申请提供电加热用陶瓷材料，其由包括以下步骤的方法所制得：

（A）提供基于碳化硅的生坯，碳化硅占生坯原料总质量的80wt%以上；

（B）将所述生坯在添加浸渗材料的条件下烧结，直至使所述浸渗材料溶渗入所述生坯主相中，所述浸渗材料为硅单质和/或硅合金。

生坯

本申请生坯基于碳化硅，是指生坯中以碳化硅为主要成分的。具体而言，碳化硅的用量占生坯原料总质量的80wt%以上。即生坯的原料以碳化硅为主料和常规技术中所填加的一些诸如粘合树脂、烧结填料等，或者生坯烧结成型后材料以碳化硅为主相。

对于生坯的原料，作为主料的碳化硅，其用量为80wt%以上，以生坯的原料达到总质量为100wt%计。这样可以达到较好的陶瓷材料的硬度、耐高温性、抗氧化性等。

注意的是，作为本申请的生坯的原料，填加单质碳不是必需的。因为，烧结后陶瓷材料中通常所需要的游离形式碳，这些游离形式碳可维持材料的韧性。而游离碳并不是只能依赖于所填加的单质碳。生坯的原料中通常填加粘合剂等高分子树脂类在高温烧结过程中会碳化，以产生游离形式碳。