[发明专利]一种PTC陶瓷气体加热元件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种PTC陶瓷气体加热元件及其制备方法。所述PTC陶瓷气体加热元件包括：具有微孔结构的PTC陶瓷片或具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片作为基体，以及涂覆在基体表面的单面金属电极或双面的金属电极；优选地，所述基体的组成选自钛酸钡基的PTC陶瓷或氧化钒基的PTC陶瓷。

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料与元器件领域，具体涉及一种PTC陶瓷气体加热元件及其制备方法。

背景技术

PTC陶瓷材料是一种半导化的铁电陶瓷，在居里温度点以上因相变而呈现电阻阶跃性升高。PTC陶瓷材料因具有电阻-温度、电压-电流、电流-时间等特性可应用于恒温加热、过流保护、温度传感器等相关电子元件中，在家用电器、汽车工业、航空航天等领域中广泛应用。

对流动气体的加热是PTC陶瓷加热技术应用的重要领域之一。例如，中国专利1(申请号201821397677.3)公开了一种无叶风扇，该专利采用大孔径的蜂窝状多孔PTC陶瓷作为发热体，确保了空气在多孔PTC陶瓷中顺畅流通。再例如，中国专利2(申请号201720110676.5)公开了一种气浮式烘烤台，高压气体经由PTC或电热管组成的加热装置被加热后经多孔结构式烘烤平面流出，支撑并烘烤平台上的电子物件。诸如此类专利均涉及大孔径多孔结构的PTC气体加热应用，而微孔PTC材料及结构未见应用报道。

发明内容

基于上述背景，本发明的目的在于，提供一种兼具智能加热、透气节流与控压功能的PTC陶瓷气体加热元件及其制备方法。采用该方法制备的PTC陶瓷气体加热元件具有梯度微孔结构，渗透率在10^-16～10^-11m²区间，适用于各类高精密装备中的气体加热与节流控压，从而进一步提升整体组件的刚度、精度及静动态特性。

一方面，本发明提供了一种PTC陶瓷气体加热元件，包括：具有微孔结构的PTC陶瓷片或具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片作为基体，以及涂覆在基体(具有微孔结构的PTC陶瓷片或具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片)表面的单面金属电极或双面的金属电极；优选地，所述基体(具有微孔结构的PTC陶瓷片或具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片)的组成选自钛酸钡基的PTC陶瓷或氧化钒基的PTC陶瓷。

本发明中，对于提升组件刚度、承载力及精度的原理在于，通过具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片加热提高气体介质粘度，气体粘度的提高一方面可以增强节流效应从而使组件刚度得到提升；另一方面，增大组件系统气膜阻尼，使组件的稳定性得到加强，进而实现承载、刚度和精度进一步提高的目的。

较佳的，所述具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片的微孔分布类型为类三明治结构或渐进式结构；所述类三明治结构包含中间层以及分布在中间层两侧的至少1层的侧边层，且中间层的开口气孔率＜侧边层的开口气孔率。

较佳的，当具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片为A/B/C/D/E/F/G渐进式结构时，开口气孔率按照35％～45％至5％～15％方式沿进气方向递减排布或者按照5％～15％至35％～45％方式沿进气方向递增排布；微孔孔径为200nm～200μm。

较佳的，当具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片为类三明治结构时，具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片的结构包括：A/B/A、A/B/C/B/A、或A/B/C/D/C/B/A等。

较佳的，当具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片为类三明治结构时，中间层的开口气孔率为5％～20％；最边缘的侧边层的开口孔隙率为35％～45％；微孔孔径为200nm～200μm。

较佳的，当具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片为类三明治结构时，具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片的中间层厚度为0.3～3mm，每个侧边层的厚度为0.3～1mm。

较佳的，当具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片为渐进式结构时，具有梯度微孔结构的PTC陶瓷片各层厚度为0.3～3mm。所述具有微孔结构的PTC陶瓷片的总厚度为1～6mm。