CN106756758A - 一种具有氮化铝薄膜的铝发热体、制备方法以及取暖装置 - Google Patents
一种具有氮化铝薄膜的铝发热体、制备方法以及取暖装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有氮化铝薄膜的铝发热体，包括铝基体，所述铝基体的表面覆盖氮化铝薄膜。本发明还涉及一种具有氮化铝薄膜的铝发热体的制备方法，该方法将脉冲电源的一极与铝基体相连，另一极与铝质工具电极相连；启动所述脉冲电源，在氮气气氛中在所述铝基体的上方移动所述工具电极，从而在所述铝基体表面形成氮化铝薄膜。本发明提供的发热体通过在铝基体表面形成氮化铝薄膜，避免铝氧化成氧化铝，确保所形成的铝发热体的导热性能不会因为表面形成的氧化铝而减小，能够实现快速热量传递，从而增加了传热效率；且本发明提供的发热体生产工艺简单，成本低。本发明提供的发热体可应用于取暖装置、尤其是对衡式取暖器，具有极强的市场应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及取暖器领域，具体涉及一种具有氮化铝薄膜的铝发热体。
背景技术
对衡式取暖器采用铝发热体，由于铝发热体的具有良好的导热性能、生产工艺简单，价格低廉而得到广泛应用，但是由于其铝表面极易氧化形成氧化铝，而氧化铝的导热系数仅为铝的1/8，从而大大减小其散热性能，进而降低其取暖效果，现有的生产中采用优化其结构，如制成串铝、翼片等结构来增加其散热面积，从而增加其散热效果或者采用其它的导热性能优异的陶瓷材质替代，如碳化硅等陶瓷块体。然而，由于受结构和工艺的限制，只能有限的增加散热面积，其改善作用有限，不能明显提高散热效率，而采用陶瓷块体发热体，其一般需烧结成型，其烧结温度需要1000°-1900°，过程不易控制，容易产生孔洞等缺陷，造成机械性能及热传导性能降低，并且使用块体的陶瓷材料，其体积较大，材料消耗多，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有氮化铝薄膜的铝发热体。
具体而言，本发明提供的具有氮化铝薄膜的铝发热体包括铝基体，所述铝基体的表面覆盖氮化铝薄膜。
本发明提供的发热体在铝基体表面覆盖氮化铝薄膜，隔绝铝与空气的接触，从而阻止铝表面被氧化成氧化铝。与未覆盖氮化铝薄膜的发热体相比，由于氮化铝具有良好的导热性能，其能够在时间和散热面积不变的情况下更快地将热量传递出去，从而增加了传热效率，进而提高发热体的取暖效果。
为了提高所述发热体的发热效率，本发明优选所述铝基体为表面去除氧化铝的铝基体。
为了确保所述氮化铝薄膜可以实现充分导热的效果，同时兼顾铝基体的特性以及覆膜成本，本发明优选所述氮化铝薄膜的厚度为1μm～300μm。在实际应用中，所述氮化铝薄膜的具体厚度可在上述范围内依据实际需要进行调整。本发明进一步限定所述氮化铝薄膜的密度为2.85g/cm3～3.02g/cm3。
本发明所述铝基体为本领域常规的具有发热功能的铝质基体。
作为一种优选方案，所述铝基体内部设置电热丝。该结构可参考对衡式取暖器内部发热体的工作方式。在实际应用中，当电热丝发热时，铝基材受热，继而将热量传递给铝表面的氮化铝，从而将热量快速、高效地传递到环境中，提高整个发热体的传热效率。
本发明同时提供了一种具有氮化铝薄膜的铝发热体的制备方法，该方法将脉冲电源的一极与铝基体相连，另一极与铝质工具电极相连；启动所述脉冲电源，在氮气气氛中在所述铝基体的上方移动所述工具电极，从而在所述铝基体表面形成氮化铝薄膜。
本发明采用的铝基材可采用本领域已知的传统工艺方法制备，本发明不做特殊限定。
为了进一步提高所得发热体的传热效率，本发明优选在覆盖氮化铝薄膜前，去除铝基体表面的氧化铝。
作为本发明的优选方案之一，所述去除的方法可以包括：用有机溶剂对所述铝基体进行清洗，再用热碱溶液浸泡。其中，所述有机溶剂和热碱溶液均选用对氧化铝溶解性质良好且对铝不具有腐蚀性的试剂，其中，有机溶剂可选用丙酮。所述清洗和浸泡程度均以去除氧化铝且不对铝基体造成损害的程度为宜。在实际操作时，可用丙酮对所述铝基体清洗5min～10min，再用50℃～75℃碱溶液浸泡10min～30min，以去除所述铝基体表面的氧化铝。上述处理后，可用清水对铝基材进行清洗，以去除所用溶剂，烘干后即可用于后续操作。
本发明通过在所述铝基体的上方移动所述工具电极从而形成氮化铝薄膜。所述移动方式为平行移动，以确保形成薄膜的厚度均一、性质致密。在制备过程中，可在铝基材表面平行移动一次；也可以平行移动多次，以提高氮化铝薄膜的致密程度和/或根据实际需要提高氮化铝薄膜的厚度。其中，每次移动均覆盖铝基材表面积的100％。
所述工具电极的面积可以依据实际情况以及铝基材的表面积而定。作为一种方案，本发明可选用直径30mm～60mm的工具电极。
为了确保能够在铝基体表面形成均匀且厚度适宜的氮化铝薄膜，本发明优选在所述铝基体的上方移动所述工具电极时，工具电极与铝基体之间的距离为0.01mm～0.4mm。
为了确保能够在铝基体表面形成均匀、致密的氮化铝薄膜，本发明优选所述脉冲电源的电压为100V～800V，电流为2～20A。本发明还优选所述脉冲电源的脉冲宽度为1μs～200μs，脉冲间距为50μs～500μs。
采用上述优选参数，本发明可以在铝基体表面形成适宜厚度和密度的氮化铝薄膜。当在铝基材表面移动次数一次，氮化铝薄膜的厚度约为1μm～10μm；当移动多次时，氮化铝薄膜厚度增加。考虑到铝基材的性质、氮化铝薄膜形成的难易程度以及制备成本，所述氮化铝薄膜的厚度不超过300μm。
本发明通过大量实践发现，对于发热体这一特定对象而言，采用常规的薄膜形成工艺，如磁控溅射、电镀或化学镀等，均难以在发热体的铝基体表面形成致密、均匀的氮化铝薄膜，难以实现提高发热体整体传热效率的目的。本发明提供的方法针对铝基体表面的特点，可以确保氮化铝薄膜能够均匀形成，厚度适宜，氮化铝薄膜与铝基体结合紧密，且氮化铝薄膜内部结构致密，可以实现快速、均匀散热的目的。且该工艺设计巧妙、操作简单，成本低，适于工业化生产。
本发明同时保护包含所述具有氮化铝薄膜的铝发热体的取暖装置。
由于现有的对衡式取暖器多采用铝基体作为发热体，具有良好的导热性能、生产工艺简单，价格低廉而得到广泛应用，本发明所述取暖装置优选为对衡式取暖器。
与现有技术相比，本发明提供的发热体在铝基体表面形成氮化铝薄膜，隔绝铝与空气的接触，从而阻止铝表面被氧化成氧化铝，铝基体受热后，将热量传递给铝表面的氮化铝，由于氮化铝具有优异的导热性能(导热系数约为300W/m.K，约是氧化铝的10倍)，从而迅速将热量传递出来，进而提高散热效果。且本发明提供制备方法工艺简单，成本低，适于大规模工业化生产。本发明提供的发热体可应用于取暖装置、尤其是对衡式取暖器，具有极强的市场应用价值。
附图说明
图1为实施例1所述的结构示意图；图中：1、铝基体；2、氮化铝薄膜。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种具有氮化铝薄膜的铝发热体，其结构如图1所示；包括铝基体1，所述铝基体1表面覆盖氮化铝薄膜2。
所述氮化铝薄膜的厚度可依据实际需要设置不同的规格，如1μm、10μm、100μm或300μm。
所述氮化铝薄膜的密度在2.85g/cm3～3.02g/cm3的范围内，从而确保所述氮化铝薄膜可以实现充分导热的效果。
本发明在铝发热体表面覆盖氮化铝薄膜，隔绝铝与空气的接触，从而阻止铝表面被氧化成氧化铝，铝基材受热后，将热量传递给铝表面的氮化铝，由于氮化铝具有良好的导热性能，能够在相同时间相同的散热面积时较快的将热量传递出去，从而增加了传热效率，进而提高发热体的取暖效果。
实施例2
与实施例1相比，区别仅在于，在所述铝基体内部设置电热丝。
本实施例提供的发热体内部电热丝发热后，将热量传输给铝基体，继而将热量传递给氮化铝薄膜，可以使热量快速、高效地传输到环境中。
实施例3
本实施例提供了一种具有氮化铝薄膜的铝发热体的制备方法，包括以下步骤：将脉冲电源的一极与所述铝基体相连，将脉冲电源的另一极与铝质工具电极相连；启动所述脉冲电源，在氮气气氛中，在所述铝基体的上方移动所述工具电极，从而在所述铝基体表面形成氮化铝薄膜。
在制备过程中，所述工具电极与铝基体之间的距离为0.2mm；所述脉冲电源的电压为450V，电流为11A；所述脉冲电源的脉冲宽度为100μs，脉冲间距为275μs。
实施例4
与实施例3相比，区别仅在于：在制备过程中，所述工具电极与铝基体之间的距离为0.01mm；所述脉冲电源的电压为100V，电流为2A；所述脉冲电源的脉冲宽度为1μs，脉冲间距为50μs。
实施例5
与实施例3相比，区别仅在于：在制备过程中，所述工具电极与铝基体之间的距离为0.4mm；所述脉冲电源的电压为800V，电流为20A；所述脉冲电源的脉冲宽度为200μs，脉冲间距为500μs。
实施例6
与实施例3相比，区别仅在于，对所述铝基体进行预处理，具体为：用丙酮对所述铝基体清洗8min，再用65℃的碱溶液浸泡20min，以去除所述铝基体表面的氧化铝。
实施例3～6均可制备得到实施例1或2提供的发热体，且均具有良好的传热效率和取暖效果。其中，实施例6制备得到的发热体性能最佳，实施例3其次。
实施例7
本实施例提供了一种对衡式取暖器，其中采用的发热体为实施例2提供的具有氮化铝薄膜的铝发热体。
本实施例提供的对衡式取暖器散热性能优异，取暖效果好，其效果显著优于现有的铝材质发热体取暖器。
本发明对实施例2提供的发热体以及对比例(与实施例2相比，区别仅在于，所述铝基体1表面未覆盖氮化铝薄膜2)提供的发热体进行检测，二者内部电热丝功率均为2000W，在标准状况下(25℃，标准大气压下)，分别在启动电热丝后第0s、10s、30s、60s、120s、300s、600s检测二者的表面温度，检测结果如表1所示：
表1：发热体表面温度测试结果
| 0s | 10s | 30s | 60s | 120s | 300s | 600s | |
| 对比例(℃) | 25.1 | 42.1 | 60.9 | 98.5 | 156.2 | 209.3 | 380 |
| 实施例2(℃) | 25.0 | 48.3 | 90.3 | 132.4 | 183.7 | 263.5 | 450.3 |
由表1结果可知，与未覆盖氮化铝薄膜的发热体相比，本发明提供的发热体可以快速将热量传递出来，表面升温速度快，散热效果优异。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (12)
1.一种具有氮化铝薄膜的铝发热体，包括铝基体，其特征在于，所述铝基体的表面覆盖氮化铝薄膜。
2.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述铝基体为表面去除氧化铝的铝基体。
3.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述氮化铝薄膜的厚度为1μm～300μm；
和/或，所述氮化铝薄膜的密度为2.85g/cm3～3.02g/cm3。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的发热体，其特征在于，所述铝基体内部设置电热丝。
5.一种具有氮化铝薄膜的铝发热体的制备方法，其特征在于，将脉冲电源的一极与铝基体相连，另一极与铝质工具电极相连；启动所述脉冲电源，在氮气气氛中在所述铝基体的上方移动所述工具电极，从而在所述铝基体表面形成氮化铝薄膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：去除所述铝基体表面的氧化铝。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述去除的方法包括：用有机溶剂对所述铝基体进行清洗，再用热碱溶液浸泡。
8.根据权利要求5～7任意一项所述的方法，其特征在于，在所述铝基体的上方移动所述工具电极时，工具电极与铝基体之间的距离为0.01mm～0.4mm。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述脉冲电源的电压为100V～800V，电流为2～20A；
和/或，所述脉冲电源的脉冲宽度为1μs～200μs，脉冲间距为50μs～500μs。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述铝基体表面形成厚度为1μm～300μm的氮化铝薄膜。
11.包含权利要求1～4任意一项所述发热体或权利要求5～10任意一项所述方法制备而成的发热体的取暖装置。
12.根据权利要求11所述的取暖装置，其特征在于，所述取暖装置为对衡式取暖器。
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2016
- 2016-12-27 CN CN201611227948.6A patent/CN106756758A/zh active Pending
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