一种陶瓷加热体的制作方法

本发明涉及电子烟技术领域，尤其涉及一种陶瓷加热体。

背景技术：

由于低温烘烤电子烟具有不燃烧、不产生一氧化碳等有毒物质等优点，近年来在全球范围内得到了迅猛发展；而陶瓷加热体做为其核心部件，决定着电子烟的整体设计和性能质量水平。目前市面上的电子烟陶瓷加热体，根据其外型的不同，分为管状、片状、针状三大类，主要是采用氧化铝或氧化锆陶瓷来制作，配合高温烧成的钨浆、钼浆、铂浆、金浆等作为电极材料。

早期产品主要采用氧化铝进行制作，但因氧化铝导热系数高(导热系数:25-36w/m.k)，热量向非加热区传导快，导致其存在着升温速度慢、功耗高、底部焊线位置的温度过高等缺陷；部分产品为了解决底部焊线位置的温度过高等问题，设置了隔热法兰盘等结构，造成了结构复杂化、外形不美观和成本上升。

另有部分现有技术采用氧化锆材料进行产品制作，常用的3y氧化锆的热导率约为2.09w/m.k，较氧化铝有明显的下降，可有效的解决氧化铝材料产品存在的升温慢、功耗高、焊线区温度高的问题；但同时也带来了加热体表面温度分布非常不均匀的情况。

而且氧化铝、氧化锆材料需要在1400℃以上高温进行烧结，能配合其使用的高温电极浆料主要有钨浆、金浆、铂浆等，但钨浆需要在惰性气氛或还原气氛下烧结，对工艺要求较高；铂浆、金浆等可以在氧化气氛下烧结，但材料本身成本昂贵。

同时，采用氧化铝制作的加热针存在升温速度慢(8～10秒升到350℃)、焊接区温度高(高于100℃)、功耗高的缺点，并且产品表面的温度差较大(10秒内温差在20～40℃)；而采用氧化锆陶瓷来制作加热针，虽然可以提升产品的升温速度(5秒左右升温到350℃)、降低产品焊线区的温度(小于100℃)，但产品的温度差却增大了(10秒内温差50℃以上)；而采用氧化铝和氧化锆的混合物对热导率的影响不大，也无法解决上述问题。

综上所述，现有技术中缺乏一种升温速度快、表面温度差异小且焊线区温度低的针状加热体。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中缺乏一种升温速度快、表面温度差异小且焊线区温度低的针状加热体的问题，提供一种电子烟用陶瓷加热体。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种陶瓷加热体，包括：陶瓷芯棒，在所述陶瓷芯棒的表面设置有加热电路，在所述陶瓷芯棒和加热电路外设置有陶瓷导热层，所述陶瓷导热层的导热率大于所述陶瓷芯棒的导热率；所述加热电路是采用真空磁控溅射工艺整面镀膜然后再激光蚀刻线路而成型的。

在本发明的一些实施例中，还具有如下特征：

所述陶瓷导热层为氮化铝或氮化硅类的高导热绝缘陶瓷。

所述陶瓷导热层是通过真空磁控溅射镀膜工艺在陶瓷芯棒和加热电路表面真空镀膜而成型的。

还包括测温电路，所述测温电路和所述加热电路设置在所述陶瓷芯棒的表面。

所述测温电路和所述加热电路一起通过溅射、激光蚀刻方式成型在所述陶瓷芯棒表面。

所述芯棒为带有柱状本体和尖部的棒状，从而使电子烟用陶瓷加热体轴向上依次为尖部、发热部和端部，所述发热部的截面形状为圆形、椭圆形或圆角矩形。

所述端部设置电极焊盘，所述电极焊盘连接有电极引线。

所述陶瓷芯棒为具有高抗弯强度、低热导系数的陶瓷材料，其抗弯强度≥250mpa，热导系数≤5.0w/m.k。

所述加热线路为往复回折设置的电阻发热电路。

所述陶瓷芯棒由注射成型或模塑成型制作的陶瓷生坯经高温烧结而成。

本发明的有益效果为：提供陶瓷加热体，通过在陶瓷芯棒表面溅射加热电路，并设置一层导热率大于陶瓷芯棒的导热层，加热电极上方仅有一层陶瓷导热层，可以大幅提升升温速度；同时，导热层的存在降低了对陶瓷芯棒热导率的要求，使其可采用低热导率材料，减少热量通过陶瓷芯棒向端部传递，从而可以降低焊线区温度以及产品的功耗。

附图说明

图1是本发明实施例中电子烟用陶瓷加热体的平面展开图。

图2是本发明实施例中电子烟用陶瓷加热体的外观示意图。

图3是本发明实施例中电子烟用陶瓷加热体的截面示意图。

其中，1-陶瓷芯棒，2-加热电路，3-测温电路，4-导热层，5-尖部，6-发热部，7-端部。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

电子烟陶瓷加热体主要有管状、片状、针状三大类，主要采用氧化铝或氧化锆陶瓷来制作，配合高温烧成的钨浆、铂浆、金浆等作为电极材料。大部分的是用氧化铝，电极材料用钨，存在的主要问题：一是钨需要在还原气氛下进行烧结，二是氧化铝的热导率高，加热时热量通过瓷体向加热区外扩散，导致加热体的后端焊接区温度升高，不但热量散失严重还会导致其他器件发热，所以需要增加低导热的法兰环来阻止热量的扩散，会使加热器结构变复杂，成本增加。

更进一步的，对于电子烟陶瓷加热体一般采用加热电路快速加热，要求在5～10秒内即达到设定的温度，所以存在加热体的加热部温度不均匀的问题。温度不均匀就会导致电子烟的有些地方烘烤不充分而导致烟雾量不足；而有些地方则过分烘烤而产生焦糊味，影响吸烟的口感，并产生很多对身体有害的物质。

如图1所示，为陶瓷芯棒、加热电路、测温电路、导热层的展开示意图；本发明提供一种电子烟用陶瓷加热体，包括：陶瓷芯棒1，在陶瓷芯棒1的表面溅射有加热电路2和测温电路3，在陶瓷芯棒1和加热电路2、测温电路3表面溅射一层导热层4，导热层4的导热率大于陶瓷芯棒1的导热率。

在本发明的另外一种实施例中，可以没有测温电路3。当陶瓷加热体包括测温电路3时，测温电路3和加热电路2同时通过整面溅射在柱状本体的上部，然后再通过激光蚀刻方式分别形成加热电路和测温线路。

如图2所示，为陶瓷加热体的外观示意图，包括尖部5，发热6和端部7。端部7设置电极焊盘，电极焊盘连接有电极引线。

因为加热电路2的是往复回折设置的电阻发热电路，在一种具体的实施例中是u形往复设置的电阻发热电路，所以有发热电路的地方温度高，没有发热电路的地方温度低，陶瓷芯棒的表面会存在很大的温度差，温度均匀性差；针对加热体表面温度不均匀的情况，本发明采用在加热体发热区的表面增加一层高热导率陶瓷的导热层，可以在一定程度上平衡加热体表面的热分布，使加热体表面温度差减小。

虽然导热层的高热导率有助于将加热电路产生的热量迅速传播均化，但其均化效果与导热层厚度相关，厚度越厚，均化效果越好，加热体表面温度差越小；本专利中，陶瓷导热层采用真空溅射方式来制作，决定其厚度相对较小，因此对热量平衡的效果难以做到很好，只能在一定程度上进行缓解；真空溅射导热层的厚度一般在1～3um，加热器表面的温度差能达到20～50℃。

在本发明中，陶瓷导热层为氮化铝或氮化硅等陶瓷材料，其优点是只导热不导电，不需要再制作绝缘层来保护导热层。具体是：在已通过溅射、激光蚀刻制作好加热电路、测温电路的陶瓷芯棒表面，再通过溅射制作导热层。此时的导热层已是致密陶瓷层不需要进行烧结，也不需要再制作绝缘层来保护。

在本发明中陶瓷芯棒采用具有低热导系数的高强度陶瓷材料，即采用低导热率的材料来解决升温速度慢、功耗高、底部焊线位置的温度过高等缺陷；同时，采用导热层缓解了温度在短时间内分布不均匀的问题。

所用的陶瓷芯棒材料具有较高抗弯强度、低导热系数(导热系数：≤5.0

w/m.k，抗弯强度大于250mpa)的陶瓷材质，用其制作加热体存在以下优点:

(1)芯棒本身具有较高的强度，可以满足加热体在使用时的要求，不容易发生加热器断裂的现象。

(2)因陶瓷芯棒材料热导率低，热量通过瓷体扩散减少，使产品具有升温速率更快、功耗更低、焊点位置温度低等明显优点。

如图2所示，在一个实施例中，采用针状的陶瓷加热体，所述陶瓷芯棒为带有柱状本体和尖部的棒状，所述加热电路2通过整面溅射在柱状本体的表面，然后再通过激光蚀刻方式形成加热线路、焊盘等，从而使电子烟用陶瓷加热体轴向上依次为尖部5、发热部6和端部7，陶瓷芯棒的截面形状为圆形、椭圆形或圆角矩形；在端部设置电极引线可以采用低温焊接，工艺更简单。

如图3所示，本发明的陶瓷加热体包含内芯棒1、加热电路2、测温电路3以及导热层4，在缠绕成型后分别形成加热层、测温层、导热层，其中加热层和导热层要在加热体上各形成一层，测温层可以与加热层合并在一层，也可以单独设置为一整层；加热电路为必备，测温电路及导热层可视产品不同需求进行删减。上述印刷的陶瓷基片，视其图案的组成，在内芯棒上进行缠绕成型时，可缠绕的功能层层数最少为1层，最多可3层。

上述中的陶瓷芯棒，由有机粘合剂(如丙烯酸树脂、pva、pvb、石蜡等热塑性树脂)、陶瓷粉体、增塑剂、分散剂、脱模剂等组成，经过混炼成瓷泥后，采用注射成型或模塑成型等方法制作成陶瓷生坯，再经高温烧结而成。

采用本申请的方法制作的加热体，在相同的加热功率下，升温速度可在2～3秒内达到350℃；视导热层厚度的不同，厚度在1～3um时，恒温10秒后，加热器表面温差在20～50℃。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。