热敏陶瓷电加热玻璃及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热敏陶瓷电加热玻璃及其制备方法，属于具有电加热功能的玻璃技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国建筑节能政策的推出与实施，以及老百姓节能减排意识和社会客观节能需求的提高，国家产业政策一直将节能玻璃作为重点支持与鼓励发展的产品。建筑物通过窗户散失的能量不低于建筑总耗量的50%，而通过玻璃散失的能量又占整个窗户散失能量的70%以上。
[0003]在正常情况下，室内能量的流失大多在窗户位置。不仅表现在夏天的空调制冷上，也同时表现在冬天的室内采暖方面。为了能使寒冬季节减少室内热量流失并能同时向室内输送热量补偿消耗，人们发明了诸多能持续加热的中空玻璃窗，其中主要为导热丝和薄膜法两类。
[0004]其中导热丝法包括在中空玻璃第二面或第三面设计排列导电金属加热丝(如申请号为200720101189.9的专利所示)和在PVB胶中夹导热丝、高温油墨、彩晶丝印等，并置于两层玻璃基片之间形成夹层玻璃(如申请号为201110276730.0,200920182472.8的专利所示)，这类导热丝法制备的加热玻璃均存在影响玻璃表面颜色、玻璃表面视觉受干扰、生产涉及有机化学物污染等问题。
[0005]薄膜法包括在玻璃表面镀一层导电加热薄膜，并将其设置在中空玻璃从室内向室外的第二面，通过持续通电，来达到加热目的，如申请号为200520066772.1、201210065335.2的专利所示。这类方法存在所镀膜层耐候性差、膜层质量稳定性不好、长时间加热玻璃颜色容易受影响等问题。
[0006]以上所述电加热玻璃均需要使用自动控制器编程控制连接电加热体的电源，同时需要配套的温度传感器等附属设备(如申请号为201120389393.1的专利所示)，存在不利于加热玻璃的安装及后续维护等问题。
[0007]半导体电热膜(SemiconductorElectroheating Film，简称 SEHF)，又称金属氧化物电热膜，是能紧密结合在电介质表面上，通电后成为面状热源的薄膜状半导体电热材料，它具有熔点高、硬度大、电阻低、热效率高、化学稳定性好等特点，特别是耐酸和碱，在加热过程中无明火的特性，在电热领域受到人们的重视。通过工艺、成分控制等手段，半导体加热膜可以实现依靠薄膜自身特性控制温度，成为安全的“智能”型发热材料，它是近一段时期导热膜发热体的主要研宄方向。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种热敏陶瓷电加热玻璃及其制备方法，将半导体电热膜技术引入电加热玻璃，采用磁控溅射工艺，制作出其具有智能化加热效果，可自动根据环境温度控制电加热玻璃状态，结构简单，性能稳定，同时兼顾高透明、恒温加热、除霜除雾等效果。
[0009]本发明是通过以下的技术方案实现的:
[0010]一种热敏陶瓷电加热玻璃，包括基底片，并在所述基底片表面形成电加热功能膜，所述电加热功能膜由依次采用磁控溅射工艺形成的离子阻挡层、热敏半导体透明加热层和保护层组成。
[0011]这种热敏半导体透明加热层即是一种半导体电热膜在电加热玻璃中的应用，同时为了兼顾电加热玻璃的稳定性和透光性，在其两面还分别添加了离子阻挡层和保护层。
[0012]本发明所应用的溅射技术工艺是一种物理气相沉积，是制备膜材料的重要方法之一，它是利用带电荷的粒子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质制成的靶电极(阴极)，并将靶材原子溅射出来使其沿着一定的方向运动到衬底并最终在衬底上沉积成膜的方法。磁控溅射是把磁控原理与普通溅射技术相结合利用磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，以此改进溅射的工艺。
[0013]所述基底片为超白玻璃、普通玻璃、着色玻璃中的一种，其厚度为3-10_。
[0014]所述离子阻挡层为硅氧化物、锌氧化物、钛氧化物、锡氧化物和锌铝氧化物中的一种所形成的层结构，其厚度为10?30nm。
[0015]所述热敏半导体透明加热层为二硼化钛掺碳化硅、氧化锆、氮化铝中的一种或多种所形成的层结构；或者钛酸钡掺氧化镧、氧化铌、氧化钇中的一种或多种所形成的层结构，其厚度为30?200nmo
[0016]所述热敏半导体透明加热层的更优选厚度为80?120nm。
[0017]所述热敏半导体透明加热层具体混合方式为:以二硼化钛为基础料，掺入质量分数占所述热敏半导体透明加热层总混合料的0.1?15%的碳化硅、氧化锆、氮化铝中的一种或多种，余量为混合辅助剂；或者以钛酸钡为基础料，掺入质量分数占所述热敏半导体透明加热层总混合料的0.2?20%的氧化镧、氧化铌、氧化钇中的一种或多种，余量为混合辅助剂。
[0018]所述热敏半导体透明加热层的居里温度为25?50°C，额定电压范围在0-380V，击穿电压彡500V。
[0019]所述保护层为硅的氮化物、硅的氧化物、钛的氧化物和氧化锌锡中的一种所形成的层结构，其厚度为O?50nm ;其中最优选的厚度为35nm。
[0020]本发明还公开了这种热敏陶瓷电加热玻璃的制备方法，是通过以下的步骤实现的:
[0021](I)制备热敏半导体透明加热靶材:以二硼化钛为基础料，掺入质量分数占所述热敏半导体透明加热层总混合料的0.1?15%的碳化硅、氧化锆、硼氮化铝中的一种或多种，余量为混合辅助剂；或者以钛酸钡为基础料，掺入质量分数占所述热敏半导体透明加热层总混合料的0.2?20%的氧化镧、氧化铌、氧化钇中的一种或多种，余量为混合辅助剂，在真空或保护气氛中1000?1800°C热压烧结I?6h，将得到的烧结材料进行机械切割、打磨、抛光等后处理后，得到热敏半导体透明加热材料靶材；
[0022](2)磁控溅射工艺制备电加热功能膜:将清洗洁净的基底片放入磁控溅射区，在真空条件下，通入保护气体，并且:
[0023]磁控溅射将离子阻挡层靶材沉积在基底片表面形成厚度为10?30nm的离子阻挡层；
[0024]磁控溅射将步骤(I)制备的热敏半导体透明加热靶材在离子阻挡层表面形成厚度为30?200nm的热敏半导体透明加热层；
[0025]磁控溅射将保护层靶材沉积在热敏半导体透明加热层表面形成厚度为O?50nm的保护层；
[0026](3)电极的制备:在制备完成的电加热功能膜表面两端分别涂覆粘接2?1mm宽的电极，在电极端部欧姆接触引出用于连接电源正负极的导线，最后在电极表面涂覆绝缘膜。
[0027]在步骤(I)中，所述混合辅助剂包括粘结剂、固化剂、活化剂、润滑松散剂、增强剂等，该混合辅助剂为市售产品，根据工艺需要，本领域技术人员会选择合适的混合辅助剂，从而使得到的热敏半导体透明加热材料靶材更加适用于下一步骤的磁控溅射工艺。
[0028]所述步骤⑶中的电极是电阻率小于1Χ10_5Ω.cm的电极材料，通常为导电银浆、金属铜带、金属银带、涂锡带等。
[0029]本发明的有益效果为:
[0030]1.本发明采用磁控溅射制备的纳米级电加热功能膜表面均匀，因此不存在加热不均或影响观察效果的问题，高透明度，加热均匀。
[0031]2.本发明制备的热敏半导体透明加热层是将半导体电热膜技术引入电加热玻璃，使电加热玻璃有了智能化加热效果，可以自动根据环境控制电加热玻璃的状态，能够恒温加热、除霜除雾，简化了现有技术的附属配件，降低生产成本。
【附图说明】
[0032]图1是本发明热敏陶瓷电加热玻璃结构的示意图
[0033]100-电加热功能膜，11-基底片，2-电极，3-导线，4-绝缘膜
[0034]图2是电加热功能膜的结构示意图
[0035]12-离子阻挡层，13-热敏半导体透明加热层，14-保护层
【具体实施方式】
[0036]以下结合实施例，对本发明做进一步说明。
[0037]实施例1
[0038]1.制备热敏半导体透明加热靶料(以质量分数计算):
[0039]将65%的二硼化钛粉末，掺入0.3%的碳化硅和10%的氮化铝，余量加入粘结剂、固化剂、活化剂、润滑松散剂、增强剂，充分混合均匀后，在氩气保护气氛下，炉温1800°C，模具压力50公斤/平方厘米，热压烧结，保温2h后随炉冷却，将得到的烧结材料进行机械切害J、打磨、抛光等后处理，得到热敏半导体透明加热靶材。
[0040]2.磁控溅射工艺制备电加热功能膜:
[0041]将6毫米厚度的普通白玻经纯净水清洗烘干后进入真空镀膜室。
[0042]中频反应磁控溅射，在氩氧气氛中溅射沉积纯硅靶，制备Si02层:设定功率80?90KW，中频电源频率为40KHz，厚度30nm，即为离子阻挡层。
[0043]中频反应磁控溅射，在氩气气氛中溅射沉积步骤I制备的热敏半导体透明加热靶材，制备热敏半导体透明加热层:设定功率60?80KW，中频电源频率为40KHz，厚度200nm。
[0044]中频反应磁控溅射，在氮气气氛中溅射沉积硅铝靶，制备Si3N4层:设定功率80?90KW，中频电源频率为40KHz，厚度50nm。
[0045]3.电极的制备:
[0046]去除膜层边部顶层Si3N4，在除膜区涂覆3mm宽导电银楽，并将的电极引线分别焊接到导电银浆上，之后表面覆盖绝缘膜。
[0047]实施例2
[0048]1.制备热敏半导体透明加热靶料(以质量分数计算):
[0049]将35 %的钛酸钡粉末，掺入15 %的氧化铌和5 %的氧化钇，余量加入粘结剂、固化剂、活化剂、润滑松散剂、增强剂，充分混合均匀后，在氩气保护气氛下，炉温1000°C，模具压力100公斤/平方厘米，热压烧结，保温3h后随炉冷却，将得到的烧结材料进行机械切割、打磨、抛光等后处理，得到热敏半导体透明加热靶材。
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