氮化硅发热体及加热装置的制作方法

1.本技术涉及电热元件领域，特别是涉及氮化硅发热体及加热装置。


背景技术：

2.氮化硅具有高强度、低密度、耐高温等性质，它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
3.氮化硅发热体亦称氮化硅陶瓷发热体，其具有绝缘性强，电热转换效率高，抗酸、抗碱、抗腐蚀、不结垢等优异性能，广泛应用于航空、航天、兵器、通讯、机械、医学器材、冶金、化工、石油、汽车、内燃机、生活电器等领域。
4.公布号为cn105936595a的中国专利公开了一种氮化硅发热体及其制备方法，该氮化硅发热体由发热源及发热本体组成，所述发热源为钨丝，所述发热本体以氮化硅(si3n4)、三氧化二铝(al2o3)、三氧化二钇(y2o3)、氮化铝(aln)为原料，经配制研磨、模压成型、高温烧结的制备方法制备而成，以原料的总重量计，原料中名组分的重量份数为：氮化硅(si3n4)80～95、三氧化二铝(al2o3)0.1～5、三氧化二钇(y2o3)、2～8氮化铝(aln)3～5。使用该方法所生产出的氮化硅发热体具有较高可靠性和安全性，断裂韧性增加，弯曲强度增加。
5.公布号为cn114679801a的中国专利公开了一种全陶瓷发热体，包括外发热层、内绝缘层和内发热层，由内向外依次为内发热层、内绝缘层和外发热层，所述外发热层与内发热层电连接，所述外电阻层与内电阻层的陶瓷材料重量配比：氮化硅：碳化硅：氧化铝：氧化钇：氧化镧：二硅化钼＝(500～700)：(100～300)：(40～80)：(50～90)：(0～30)：(500～800)，所述外电阻层与内电阻层的配比值不同，集发热和温度传感于一体，不会受外界环境影响，加热或点火可靠，寿命可靠。
6.申请人未发现将两者优势组合的相关产品。


技术实现要素：

7.基于此，有必要提供一种氮化硅发热体及加热装置。
8.一种氮化硅发热体，包括夹层结构体；
9.所述夹层结构体包括第一发热部及第二发热部，其中，所述第一发热部及所述第二发热部具有共用的氮化硅中间层，且所述氮化硅发热体于所述第一发热部及所述第二发热部分别引出用于单独控制的引线结构。
10.上述氮化硅发热体，开创性地采用了夹层设计，一方面通过共用氮化硅中间层缩小了结构的体积，相对节省了材料；另一方面通过两个发热部实现分区单独精确控制，可实现双温区的单独温控效果；再一方面通过阵列分布设置或者体积放大缩小设置，可应用于多个不同的领域，包括电子烟、热水器、电热壶、即热式水龙头等，亦可应用于生活供暖或汽车供暖等领域，丰富了产品的应用线。
11.进一步地，在其中一个实施例中，所述引线结构避让所述氮化硅中间层设置。
12.进一步地，在其中一个实施例中，所述引线结构含有接地引线且所述第一发热部及所述第二发热部共用所述接地引线设置。
13.进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体还包括覆设于至少部分所述夹层结构体外部的保护膜层。
14.在其中一个实施例中，所述第一发热部及所述第二发热部均为电热丝外覆氮化硅结构或电热膜外覆氮化硅结构；或者，所述第一发热部及所述第二发热部中的一个为电热丝外覆氮化硅结构，另一个为电热膜外覆氮化硅结构。
15.在其中一个实施例中，所述第一发热部及所述第二发热部均为氮化硅复合二硅化钼结构。
16.在其中一个实施例中，所述第一发热部为电热丝外覆氮化硅结构或电热膜外覆氮化硅结构，且所述第二发热部为氮化硅复合二硅化钼结构。
17.在其中一个实施例中，所述夹层结构体具有相异的端部，其中一端为所述第一发热部，另一端为所述第二发热部。
18.在其中一个实施例中，所述夹层结构体具有相平的端部，其中一侧为所述第一发热部，另一侧为所述第二发热部。
19.在其中一个实施例中，所述第一发热部及所述第二发热部分别引出相同方向的所述引线结构。
20.在其中一个实施例中，所述第一发热部及所述第二发热部的除了所述引线结构及所述氮化硅中间层之外的其余位置用于接触液态导热介质。
21.在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体整体具有圆柱形或螺柱形的结构。
22.在其中一个实施例中，所述第一发热部及所述第二发热部的除了所述引线结构及所述氮化硅中间层之外的其余位置用于接触液态导热介质；且所述氮化硅发热体整体具有圆柱形或螺柱形的结构。
23.在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体于其中部开设有贯通其自身的穿槽，所述穿槽仅穿过所述第一发热部及所述第二发热部中的一个，且所述穿槽避让所述氮化硅中间层。
24.在其中一个实施例中，一种加热装置，其包括任一项所述氮化硅发热体及与所述氮化硅发热体电连接的供电模组。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术所述氮化硅发热体一实施例的结构示意图。
27.图2为图1所示实施例的另一标识示意图。
28.图3为图1所示实施例的另一标识示意图。
29.图4为图3所示实施例的另一方向示意图。
30.图5为本技术所述氮化硅发热体另一实施例的结构示意图。
31.图6为本技术所述氮化硅发热体另一实施例的结构示意图。
32.图7为图6所示实施例的另一标识示意图。
33.图8为图6所示实施例的另一标识示意图。
34.图9为图8所示实施例的另一方向示意图。
35.图10为本技术所述氮化硅发热体另一实施例的结构示意图。
36.图11为本技术所述氮化硅发热体另一实施例的结构示意图。
37.附图标记：第一发热部100、第二发热部200、穿槽300、氮化硅中间层400、引线结构500、夹层结构体600、第一引线结构510、第二引线结构520、第一引线部511、第二引线部512、第三引线部521、第四引线部522。
具体实施方式
38.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
39.需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本技术的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
41.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.除非另有定义，本技术的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本技术的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
43.本技术公开了一种氮化硅发热体及加热装置，其包括以下实施例的部分结构或全部结构；即，所述氮化硅发热体及加热装置包括以下的部分技术特征或全部技术特征。在本技术一个实施例中，一种氮化硅发热体，包括夹层结构体；所述夹层结构体包括第一发热部及第二发热部，其中，所述第一发热部及所述第二发热部具有共用的氮化硅中间层，且所述氮化硅发热体于所述第一发热部及所述第二发热部分别引出用于单独控制的引线结构。上
述氮化硅发热体，开创性地采用了夹层设计，一方面通过共用氮化硅中间层缩小了结构的体积，相对节省了材料；另一方面通过两个发热部实现分区单独精确控制，可实现双温区的单独温控效果；再一方面通过阵列分布设置或者体积放大缩小设置，可应用于多个不同的领域，包括电子烟、热水器、电热壶、即热式水龙头等，亦可应用于生活供暖或汽车供暖等领域，丰富了产品的应用线。
44.在其中一个实施例中，一种氮化硅发热体如图1所示，其包括夹层结构体600及引线结构500；所述夹层结构体600包括第一发热部100及第二发热部200，结合图2，其中所述第一发热部100及所述第二发热部200具有共用的氮化硅中间层400，且所述氮化硅发热体于所述第一发热部100及所述第二发热部200分别引出用于单独控制的引线结构500。本实施例中，所述引线结构500包括第一引线结构510及第二引线结构520，其中，所述氮化硅发热体于所述第一发热部100引出用于单独控制所述第一发热部100的第一引线结构510，所述氮化硅发热体于所述第二发热部200引出用于单独控制所述第二发热部200的第二引线结构520；第一引线结构510包括第一引线部511及第二引线部512，第二引线结构520包括第三引线部521及第四引线部522。本实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200分别引出相同方向的所述引线结构500。其他实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200亦可设有相异方向的所述引线结构500。所述引线结构500的位置及方向可根据实际产品及其实际需求设置，但具体的需求须在设计定型之前确定。
45.在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体整体具有圆柱形或螺柱形的结构。在其中一个实施例中，如图3所示，所述氮化硅发热体或其所述夹层结构体600呈圆柱形，亦即所述氮化硅发热体或其所述夹层结构体600整体具有圆柱形或螺柱形的结构。圆柱形或螺柱形的结构会存在内部热量传导的问题，因此可采用其实施例所述穿槽的设计，以便于实现热传递。进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体整体具有长条形结构，其中一端为所述第一发热部100，另一端为所述第二发热部200，中间位置为所述氮化硅中间层400。在其中一个实施例中，所述夹层结构体600具有相异的端部，其中一端为所述第一发热部100，另一端为所述第二发热部200。在其中一个实施例中，所述夹层结构体600具有相平的端部，其中一侧为所述第一发热部100，另一侧为所述第二发热部200。其余实施例以此类推，不做赘述。进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅中间层400具有物理间隔的至少两部分中间体，例如相对设置的两个所述中间体或者环状设置的至少三个所述中间体等；每一个所述中间体均邻接外部环境设置，相邻两个所述中间体之间通过空气、所述第一发热部100或者所述第二发热部200相间隔，且每一个所述中间体均邻接所述第一发热部100或者所述第二发热部200，亦即形成了多个相对独立的三明治结构。这样的设计，有利于提供多段发热作用，满足针对特定产品有两个或多个高热位置及多个低热位置的加热需求，且所述氮化硅中间层400形成的至少两部分中间体之间亦具有相对较好的散热环境，既能多区域输出高低温及其精准控温，亦能满足多区域分别控制温度的需求，尤其适合对于温度控制要求严格的微形产品上的应用。
46.进一步地，各实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200均为采用氮化硅为原料的结构件，亦即所述第一发热部100及所述第二发热部200的主要成分为氮化硅。在其中一个实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200的氮化硅占质量比大于60％至70％。其他成分包括稀土元素、第三主族(iii a)例如铝等、第四主族(iv a)例如硅
等、过渡元素及其化合物等；还可以包括电热丝及电热膜的组成元素及其化合物。如前所述，所述第一发热部100及所述第二发热部200的成份材料除了氮化硅之外，还可以包括三氧化二铝、三氧化二钇、氮化铝及二硅化钼等。
47.在其中一个实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200均为电热丝外覆氮化硅结构或电热膜外覆氮化硅结构；在其中一个实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200中的一个为电热丝外覆氮化硅结构，另一个为电热膜外覆氮化硅结构。进一步地，在其中一个实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200均为电热丝外覆氮化硅结构或电热膜外覆氮化硅结构且电热丝或电热膜的密度占比或者功率密度相异设置，即内部分布的电热丝或电热膜的数量不同，以使所述第一发热部100及所述第二发热部200的发热量相异设置。此外，还可以配合相异的电热丝或电热膜的结构，以及相异的输入电压或输入电流，实现相异的发热量，这样的设计，一方面有利于通过分区单独精确控制而实现双温区的单独温控效果，另一方面有利于通过相异的发热量设计形成不同位置的热量输出，尤其适合一些炙疗装置及相异位置供暖装置使用。
48.在其中一个实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200均为氮化硅复合二硅化钼结构。在其中一个实施例中，所述第一发热部100为电热丝外覆氮化硅结构或电热膜外覆氮化硅结构，且所述第二发热部200为氮化硅复合二硅化钼结构。这样的设计，一方面将两种氮化硅发热体实现优势结合，另一方面进一步地利用了氮化硅发热体热膨胀系数小的优点，避免长期使用过程中由于相异结构的热胀冷缩所导致的结构变形或者连接不佳问题。
49.进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅中间层400邻接所述第一发热部100及所述第二发热部200的发热结构，所述发热结构通常为电致热结构，如前所述电热丝或电热膜等。进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体还于所述氮化硅中间层400中延伸设有导热条，所述导热条用于以传导方式进行热传递，导出所述氮化硅中间层400的内部热量。进一步地，在其中一个实施例中，所述导热条延伸于所述夹层结构体600之外形成外导热体，且所述外导热体的轮廓与所述夹层结构体600的轮廓至少部分相似设置，这样的设计，一方面有利于导出所述氮化硅中间层400的内部热量；另一方面有利于配合具有液态导热介质的产品或者相关实施例，极大地提升了所述氮化硅中间层400的内部热量导出，具有相对更为优秀的发热效果；再一方面又形成了对所述氮化硅中间层400的保护，避免其由于热量蓄积而传递太慢造成所述氮化硅发热体损坏。可以理解的是，图1至图10的实施例仅供参考，实际应用中结构会有不同，但是原理都是一样的，所述发热结构紧贴所述氮化硅中间层400设置，或者是所述发热结构的其中一层紧贴所述氮化硅中间层400设置，以充分利用所述氮化硅中间层400的共用优势，达到节省材料，缩减体积的效果。由于氮化硅发热体具有耐用耐高温的优点，因此在老化测试中，所述氮化硅中间层400虽然被反复利用尤其是所述第一发热部100及所述第二发热部200同时工作时，所述氮化硅中间层400是输出热量最高的位置，但是仍通过了老化测试，能够正常工作，未出现预料之外的安全问题。尤其是配合具有所述导热条的实施例，具有相对更为优秀的发热效果。
50.进一步地，在其中一个实施例中，如图4所示，所述引线结构500避让所述氮化硅中间层400设置。进一步地，在其中一个实施例中，所述引线结构500含有接地引线且所述第一发热部100及所述第二发热部200共用所述接地引线设置或者所述第一发热部100的所述接
地引线及所述第二发热部200的所述接地引线至少部分重合设置。在其中一个实施例中，如图5所示，所述第二引线部512及所述第三引线部521均为接地引线，且所述第二引线部512及所述第三引线部521部分重合设置。这样的设计，有利于进一步缩减产品体积，以及简化连接的结构。
51.在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体于其中部开设有贯通其自身的穿槽，所述穿槽仅穿过所述第一发热部及所述第二发热部中的一个。在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体于其中部开设有贯通其自身的穿槽，所述穿槽仅穿过所述第一发热部及所述第二发热部中的一个，且所述穿槽避让所述氮化硅中间层。其余实施例以此类推，不做赘述。在其中一个实施例中，如图6所示，所述氮化硅发热体于其中部开设有贯通其自身的穿槽300，所述穿槽300仅穿过所述第一发热部100及所述第二发热部200中的一个，且所述穿槽300避让所述氮化硅中间层400。在其中一个实施例中，如图6所示，所述氮化硅发热体于所述夹层结构体600中部开设有贯通所述夹层结构体600自身的穿槽300，结合图7，所述穿槽300仅穿过所述第二发热部200，且所述穿槽300避让所述氮化硅中间层400，以便于实现所述第二发热部200的热传递。这种结构设计较为适用于柱形产品，亦可应用于长条形产品。进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体可以设置多个所述穿槽300，但一个所述穿槽300仅穿过所述第一发热部100或者仅穿过所述第二发热部200，在测试中发现如果一个所述穿槽300同时穿过所述第一发热部100及所述第二发热部200，会影响发热部件例如电热丝或者电热膜的均匀布置，有可能造成发热不均，从而影响产品设计寿命及使用的安全性。
52.结合图8，同样地，本实施例中，所述引线结构500避让所述氮化硅中间层400设置。在其中一个实施例中，结合图9，所述氮化硅发热体或其所述夹层结构体600整体具有圆柱形的结构，所述第一发热部100及所述第二发热部200分别引出相同方向的所述引线结构500，即所述第一引线部511、所述第二引线部512、所述第三引线部521及所述第四引线部522被引出的方向相同。
53.进一步地，在其中一个实施例中，如图10所示，所述夹层结构体600错层设置，其中所述第一发热部100及所述第二发热部200的端部相异设置，亦即所述第一发热部100及所述第二发热部200具有非相平的端部，本实施例中，所述第二发热部200的两端部均凸出所述第一发热部100之外，以实现额外的热传递部位。这样的设计，使得所述氮化硅发热体具有更多的适用产品选择，且由于开创性地采用了夹层设计，一方面通过共用氮化硅中间层400缩小了结构的体积，相对节省了材料；另一方面通过两个发热部以实现分区单独精确控制，可实现双温区的单独温控效果，当两个发热部同时工作时则能提供更快的制热作用；再一方面通过阵列分布设置或者体积放大缩小设置，可应用于多个不同的领域，丰富了产品的应用线。
54.进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体如图11所示，其同样包括夹层结构体及引线结构；所述夹层结构体包括第一发热部100及第二发热部200，其中所述第一发热部100及所述第二发热部200具有共用的氮化硅中间层400，且所述氮化硅发热体于所述第一发热部100及所述第二发热部200分别引出用于单独控制的引线结构，所述引线结构包括第一引线结构及第二引线结构，其中，所述氮化硅发热体于所述第一发热部100引出用于单独控制所述第一发热部100的第一引线结构，所述氮化硅发热体于所述第二发热部200
引出用于单独控制所述第二发热部200的第二引线结构；第一引线结构包括第一引线部511及第二引线部512，第二引线结构包括第三引线部521及第四引线部522。本实施例中，所述第一引线部511、所述第二引线部512、所述第三引线部521及所述第四引线部522均为扁平接头。其他实施例中，所述第一引线部511、所述第二引线部512、所述第三引线部521及所述第四引线部522亦可采用其他结构设计，只需能够从所述夹层结构体中引出导体连接电源即可。这样的设计，同前所述，通过共用氮化硅中间层400缩小了结构的体积，相对节省了材料，又通过两个发热部实现了分区单独精确控制，可实现双温区的单独温控效果，结合延伸设计可实现更多的温度区间，当两个发热部同时工作时则能提供更快的制热作用。
55.进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅发热体还包括覆设于至少部分所述夹层结构体600外部的保护膜层；进一步地，在其中一个实施例中，所述保护膜层为绝缘导热膜。在其他实施例中，还可以将所述氮化硅发热体制成膜状，以形成氮化硅发热膜，如前所述，本技术所述氮化硅发热体通过阵列分布设置或者体积放大缩小设置，可应用于多个不同的领域，丰富了产品的应用线。
56.为了增强热传递效率，在其中一个实施例中，所述第一发热部100及所述第二发热部200的除了所述引线结构500及所述氮化硅中间层400之外的其余位置用于接触液态导热介质，即所述夹层结构体600用于接触液态导热介质。亦即所述氮化硅发热体除了所述引线结构500之外，接触到外部的其余位置接触液态导热介质。进一步地，在其中一个实施例中，所述夹层结构体600中开设有至少一道导流槽，所述导流槽用于将所述液态导热介质引导入所述夹层结构体600中以接触所述第一发热部100及/或所述第二发热部200。进一步地，在其中一个实施例中，所述氮化硅中间层400开设有至少一道所述导流槽。或者，在其中一个实施例中，采用穿槽300作为所述导流槽。这是利用了对流方式传递热量的作用，在一定限制条件下的中低温热传递，对流具有相对于传导及辐射更为量大有效的作用。但需要注意的是，具有导流槽的实施例，对于所述氮化硅发热体的整体抗压强度有负面影响，适用于承压不大且配合液态导热介质使用的相关发热产品。即便如此，采用公开号为cn110411884a的抗热震性能测试方法及系统对试制品进行抗热震性能测试，具有穿槽300或其他导流槽的实施例，亦已达成满足目标产品的合格质量要求。
57.在其中一个实施例中，一种加热装置，其包括任一实施例所述氮化硅发热体及与所述氮化硅发热体电连接的供电模组。各实施例中，所述供电模组通过所述引线结构为所述氮化硅发热体供电以实现加热功能。所述供电模组根据实际需要可以是简单的电池或者电池组，亦可为具备控制功能的电力设备，还可具有变压器等变电设备。在其中一个实施例中，一种加热装置，其包括氮化硅发热体及与所述氮化硅发热体电连接的供电模组，所述氮化硅发热体包括夹层结构体；所述夹层结构体包括第一发热部及第二发热部，其中所述第一发热部及所述第二发热部具有共用的氮化硅中间层，且所述氮化硅发热体于所述第一发热部及所述第二发热部分别引出用于单独控制的引线结构。其余实施例以此类推，不做赘述。这样的设计，所述加热装置通过所述氮化硅发热体的共用氮化硅中间层结构，缩小了所述氮化硅发热体结构的体积，相对节省了材料，且通过所述氮化硅发热体的两个发热部实现分区单独精确控制，可实现双温区的单独温控效果。同前所述，所述加热装置包括电子烟、热水器、电热壶、即热式水龙头等，亦可包括生活供暖设备或汽车供暖设备等。
58.需要说明的是，本技术的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组
合所形成的、能够实施的氮化硅发热体及具有所述氮化硅发热体的加热装置。根据结构、体积及连接方式等调整，所述氮化硅发热体可应用于电子烟、热水器、电热壶、即热式水龙头等，亦可应用于生活供暖或汽车供暖等领域。
59.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
60.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的专利保护范围应以所附权利要求为准。