在消費電子領(lǐng)域，有各種各樣功能實現(xiàn)需要用到加熱部件，如火遍大江南北的馬桶發(fā)熱器、便攜自熱水杯、電熱蒸煮飯盒、電熔槍、美發(fā)器、電子煙等等，不僅品種繁多，而且市場增長速度相當迅猛。

要讓這些產(chǎn)品自發(fā)“熱起來”，就少不了發(fā)熱體的支持。而先進陶瓷因具有高導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕、高絕緣、抗氧化等特性，是常見的發(fā)熱體選擇之一。

目前陶瓷發(fā)熱體主要分為兩類，MCH陶瓷發(fā)熱體及PTC半導(dǎo)體陶瓷。相比PTC陶瓷發(fā)熱體，具有相同加熱效果情況下MCH陶瓷發(fā)熱體能節(jié)約20~30%電能，發(fā)熱效率高（可高達98.6%）更加節(jié)省能源，且長時間使用無功率衰減，因此是更為主流的選擇。

注：MCH是Metal Ceramics Heater的縮寫，即金屬陶瓷發(fā)熱體，它是利用高溫共燒多層陶瓷技術(shù)將發(fā)熱電阻漿料（鎢，鉬，錳，銀，鈀等高熔點金屬）按照發(fā)熱電路設(shè)計要求印刷于流延成型生坯（氧化鋯、氧化鋁陶瓷或氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷等）上，然后多層疊合，發(fā)熱線路內(nèi)置于陶瓷材料內(nèi)，在約1650℃燒結(jié)使其一體化，陶瓷體起到保護和絕緣的作用，發(fā)熱體無明火，耐腐蝕、耐高溫、壽命長、高效節(jié)能、穩(wěn)定均勻、熱補償快，產(chǎn)品不含鉛、汞、六價鉻等有害物質(zhì)，可完全符合歐盟環(huán)保要求。（圖片來源：東莞市國研電熱材料有限公司）

那么在現(xiàn)代材料科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展的今天，一個優(yōu)秀耐用的陶瓷發(fā)熱體應(yīng)該具有什么特性呢？就此問題小編咨詢了專注于金屬陶瓷發(fā)熱體研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的高新技術(shù)企業(yè)——東莞市國研電熱材料有限公司，接下來就一起看看專業(yè)廠商的看法吧。

一、發(fā)熱均勻性佳

這一點很好理解，比如說卷發(fā)器，如果發(fā)熱體的發(fā)熱均勻性不佳，就會導(dǎo)致頭發(fā)出現(xiàn)卷度不一的情況。為達到相關(guān)要求，要點有：1）充當絕緣層和基體的陶瓷的制備；2）發(fā)熱線路的布局。

美發(fā)器用陶瓷發(fā)熱體（來源：東莞國研）

首先是陶瓷方面，承載發(fā)熱電路的陶瓷基體是通過流延成型制備的，純度、厚度的控制主要就是在這一步中完成，因此對流延工藝的掌握程度就很重要，隨后再根據(jù)實際需要定制形狀和尺寸。至于晶粒大小，則主要受工藝條件的影響：如原料的粒度分布、配方化學(xué)組成的控制、燒結(jié)制度（包括氣氛、壓力、最高溫度、保溫時間及冷卻方式等）。

發(fā)熱電路方面，這一步的操作是在制備出陶瓷流延坯體后，將制備好的高溫金屬厚膜漿料布線印刷在坯體的一面上，此時線路的設(shè)計布局至關(guān)重要。同時東莞國研還強調(diào)，除了這點外，漿料的用料也要均勻。

參考文獻中發(fā)熱體的印刷線路設(shè)計及印刷后樣品照片

二、升溫迅速

以氧化鋁材質(zhì)為主的陶瓷發(fā)熱體使用的是目前流行的電阻加熱原理設(shè)計，即當電流通過發(fā)熱絲線路時，發(fā)熱絲線路會發(fā)熱，而且氧化鋁陶瓷等具有金屬正溫度特性，產(chǎn)品阻值會隨著溫度上升而增大，從而降低產(chǎn)品的實際使用功率，同時不會影響加熱效果。

為了使升溫速度更快，理論上陶瓷基板的導(dǎo)熱、正溫度系數(shù)與功率密度原則上越高越好，但這也需要建立在產(chǎn)品溫控精確，可確保最終溫度符合使用要求的前提下。東莞國研解釋，發(fā)熱陶瓷件的溫度是通過控制電阻或電壓來控制的，其阻值功率可根據(jù)客戶需求定制個性化生產(chǎn)的，而升溫速度快的主要訣竅則是國研自行研發(fā)的金屬漿料，可滿足客戶不同需求。

使用了鉑漿料的氧化鋯陶瓷發(fā)熱針Keycore Ⅱ圖（來源：東莞國研）

三、發(fā)熱效率高

出于節(jié)能考量，陶瓷發(fā)熱體的發(fā)熱效率越高，能省下的電量就越多。東莞國研介紹，陶瓷材料本身就是節(jié)能環(huán)保的代表，在功率相同的情況下，體積往往只有金屬管、玻璃管等電熱元件的1/8 ~ 1/3；發(fā)熱體功率也比其它發(fā)熱體功率高出許多——目前市面上的MCH發(fā)熱體的熱效率普遍都很高（基本在98%以上），節(jié)能（單位熱耗電量比PTC節(jié)省20~30%），且長時間使用無功率衰減。

四、耐高壓

東莞國研介紹，要讓陶瓷發(fā)熱體耐高壓，那么陶瓷基板的絕緣阻抗越高越好，這樣表面才能安全不帶電，比如說國研的發(fā)熱體產(chǎn)品經(jīng)測試能耐受2500V、5mA。

五、使用壽命長

若陶瓷發(fā)熱件的使用壽命足夠長且長時間使用無功率衰減，就意味著可實現(xiàn)免維護，因此可以降低使用和維護成本。由于陶瓷本身材質(zhì)大多能耐酸堿及其他腐蝕性物質(zhì)，適應(yīng)高腐蝕等惡劣環(huán)境的應(yīng)用，因此這方面與金屬相比有先天優(yōu)勢。因此關(guān)注重點主要在：陶瓷基板的強度與散熱越高越好，熱震（熱膨脹系數(shù)）越低越好。

除此之外，陶瓷發(fā)熱件的抗熱震性能取決于材料內(nèi)部熱應(yīng)力，幾何形狀和環(huán)境介質(zhì)等因素的影響，因此除了與陶瓷本身性能有關(guān)外，還與電阻漿料與陶瓷的結(jié)合能力、發(fā)熱線路發(fā)熱均勻性、網(wǎng)版印刷過程及燒結(jié)過程的殘余應(yīng)力及其分布、安裝使用受力等條件有關(guān)，如印刷線路設(shè)計應(yīng)使得發(fā)熱時的溫度梯度盡可能小，不容易形成熱應(yīng)力集中效應(yīng)，否則加熱片容易炸裂等。

到底怎樣的數(shù)據(jù)才算抗熱震性能好呢？東莞國研介紹道他們曾模擬客戶使用情景做過耐久性測試，當產(chǎn)品額定電壓下測試60S通/30S斷，可循環(huán)10000 次，然后放置在25℃下2小時以上，就可說明產(chǎn)品抗熱震性好。

六、搭配合適的導(dǎo)電金屬

這里主要指發(fā)熱電路用的導(dǎo)電金屬材質(zhì)的選擇。據(jù)東莞國研介紹，一般使用在此的搭配導(dǎo)電金屬有鎢漿、鉑漿、銀漿以及有機物金屬等，可依使用溫度選擇合適的材質(zhì)進行調(diào)配。在國研已量產(chǎn)的產(chǎn)品中，氧化鋯陶瓷發(fā)熱針就是使用鉑金漿料，此漿料可使TCR值和控溫方面更精準，發(fā)熱更均勻，讓熱導(dǎo)率遠不如氧化鋁的氧化鋯在印刷上發(fā)熱電路后，各方面性能都優(yōu)于上一代的氧化鋁陶瓷發(fā)熱針。

國研兩代發(fā)熱針產(chǎn)品性能對比

結(jié)語

小小的陶瓷加熱件，既符合環(huán)保要求、不含鉛、鎘、汞、多溴聯(lián)苯等有害物質(zhì)，又有耐腐蝕耐高溫、壽命長、高效節(jié)能等諸多優(yōu)點，為我們的生活持續(xù)帶來溫暖。在此感謝東莞國研對本文的支持，各位朋友若對國研的產(chǎn)品感興趣，也可以通過粉體圈與他們?nèi)〉寐?lián)系哦。

資料來源：

朱峰. 金屬陶瓷發(fā)熱體的制備和電阻溫度系數(shù)的調(diào)控[D]. 湖北:武漢理工大學(xué),2019.

賈淞,湯紅妍,董亮輝,等. MCH陶瓷傳導(dǎo)式高效加熱技術(shù)[C]. //第十六屆全國干燥會議 論文集. 2017:177-183.

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