Способ изготовления плоского резистивного нагревателя

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электротермии, и может быть использовано для изготовления промышленных и бытовых электротепловых аппаратов. По способу изготовления плоского резистивного нагревателя выполняют операции формирования на подложке подслоя, диэлектрического и резистивного слоев методом плазменного напыления при взаимном перемещении подложки и плазмотрона с заданной относительной скоростью. Формирование резистивного слоя осуществляют многократным сканированием с относительной скоростью взаимного перемещения подложки и плазмотрона 200 - 600 м/мин. Способ обеспечивает формирование резистивной дорожки толщиной 50 - 250 мкм со стабильным электросопротивлением по ее длине. 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электротермии, и может быть использовано в промышленных и бытовых электротепловых аппаратах, в том числе для обогрева помещений и приготовления пищи.

Известны способы изготовления поверхностных резистивных нагревателей [1 и 2] в которых резистивный элемент получают методом плазменного напыления.

Общим недостатком этих способов является нестабильность электрического сопротивления резистивного элемента, его зависимость от температуры резистивного материала [1] а также от неоднородности состава композиционного материала резистивного слоя по его сечению и длине [2] Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления поверхностного резистивного нагревателя [3] по которому на подложке формируют подслой, диэлектрический и резистивный слои, причем последний формируют методом плазменного напыления порошка нихрома с размером частиц 40-100 мкм при взаимном перемещении подложки и плазмотрона с относительной скоростью 10-40 м/мин. В этом случае толщина резистивного слоя по его длине или площади в зависимости от формы резистивного нагревателя может отличаться от средней более чем на 30% что приводит к нестабильности электросопротивления резистивного слоя.

Задачей изобретения является создание способа изготовления резистивного нагревателя, обеспечивающего формирование резистивного слоя толщиной 0,05-0,25 мм со стабильным электросопротивлением по длине дорожки.

Поставленная задача решается за счет того, что на подложке формируют подслой, диэлектрический и резистивный слои методом плазменного напыления многократным сканированием плазмотрона при относительной скорости перемещения подложки и плазмотрона 200-600 м/мин.

Основанием для указанного выше ограничения параметров относительной скорости перемещения подложки и плазмотрона послужила серия экспериментов по изготовлению плоских резистивных нагревателей, результаты которых представлены в таблице. Из таблицы видно, что при скоростях перемещения, выходящих за границы значений 200-600 м/мин, увеличивается разброс значений электросопротивления по длине резистивной дорожки. Это объясняется тем, что при скоростях перемещения меньше 200 м/мин толщина резистивного слоя набирается за малое количество сканирований и соответственно возрастает разнотолщинность участков дорожки. При скоростях перемещения больше 600 м/мин ухудшается формирование резистивного слоя из-за флюктуаций в газопорошковой струе, влияющих на направление полета напыляемых частиц.

Способ изготовления плоского резистивного нагревателя включает следующие операции. На подложку материала, которым может быть керамика, сталь, алюминий и его сплавы и т.п. методом плазменного напыления наносят в качестве подслоя материал с коэффициентом линейного расширения, имеющим промежуточное значение в сравнении с материалами подложки и диэлектрического слоя. Толщина подслоя 50-100 мкм. На поверхности подслоя методом плазменного напыления формируют слой из диэлектрического материала, в качестве которого могут быть использованы оксиды некоторых металлов. Допускается наносить диэлектрический слой лакокрасочной технологией из органо-силикатных материалов. Толщина изолирующего слоя составляет 150-500 мкм. На электрический слой наносят резистивный слой в виде спирали определенной формы или сплошного слоя в зависимости от назначения нагревателя. Толщина резистивного слоя составляет 50-250 мкм в зависимости от требуемой мощности нагревателя. Для получения малогабаритных нагревателей в процессе напыления резистивного слоя вводят регулируемое количество окислительного газа, содержащего свободный кислород не менее 0,5 мас. от количества резистивного материала. Наличие дополнительного компонента оксидного происхождения в резистивном слое позволяет увеличить его электросопротивление. Регулирование электросопротивления осуществляют изменением расхода окислительного газа.

В случае необходимости резистивный слой покрывают электро- и теплоизоляционным или влагозащитным слоями с применением технологии плазменного напыления и других технологий (лакокрасочной, пропитывающей и т.п.).

Пример конкретного осуществления. Плоский резистивный нагреватель был изготовлен плазменным напылением на пластину толщиной 3 мм из алюминиевого сплава АМг6. Подложка предварительно была опескоструена электрокорундом и обезжирена по стандартной технологии. Напыление производили плазмотроном одной из отечественных серийных установок плазменного напыления, а именно УПУ-8М.

Напыление подслоя. Порошок марки ПХ20Н80 грануляцией 40-63 мкм напыляли на поверхность подложки при следующем режиме: плазмообразующие газы расход: аргон 30 л/мин + азот 10 л/мин, I=450-470 A, V=50 В, дистанция напыления (L) 100 мм, расход порошка 40 г/мин толщина подслоя (δ) 100 мкм.

Напыление диэлектрического слоя. Поверх подслоя наносили диэлектрический слой из порошка окиси алюминия марки А24 грануляцией менее 50 мкм. Режим напыления: плазмообразующие газы расход: аргон 20 л/мин + азот 20 л/мин, I= 520 А, V=65 В, L=100 мм, расход порошка 50 г/мин, δ=300 мкм.

Напыление резистивного слоя. Поверх диэлектрического слоя наносили резистивный слой в виде спирали из материала марки ПХ20Н80 грануляцией 40-63 мкм. Режим напыления: плазмообразующие газы расход: аргон 20 л/мин + азот 15 л/мин, I=500 A, V=60 В, L=100 мм, расход порошка 35 г/мин, δ= 150 мкм.

Все слои напылялись при относительной скорости перемещения подложки и плазмотрона 400 м/мин.

Все нагреватели, изготовленные по примерам 3, 4, 5 (см. таблицу), обеспечивали разброс значений электрического сопротивления менее 4% Резистивные нагреватели могут быть использованы в бытовых электротепловых аппаратах, например электроутюгах, электрочайниках, электрокипятильниках, электросковородах, электроплитах, электрообогревателях помещений и т. п. промышленных установках, например на роторных машинах для литья пластмасс, пресс-формах различного назначения и т.д.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОСКОГО РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ, при котором на подложке формируют подслой, диэлектрический и резистивный слои методом плазменного напыления и при этом выполняют взаимное перемещение подложки и плазмотрона с заданной относительной скоростью, отличающийся тем, что формирование резистивного слоя выполняют многократным сканированием с относительной скоростью взаимного перемещения подложки и плазмотрона 200 600 м/мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1