CN111053298B - 柔性发热体及其制造方法和柔性发热组件及气溶胶产生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性发热体及其制造方法和柔性发热组件及气溶胶产生器,该发热体包括片状的柔性基底、设置于所述基底上的至少一个发热线路、设置于所述基底上并连接于每一所述发热线路两端的导电线路、以及覆盖于所述至少一个发热线路外的柔性保护膜。该柔性发热组件呈螺旋圆筒状,包括柔性发热体以及涂覆于发热体设置有所述至少一个发热线路的一侧表面的气溶胶产生基质,此结构可增加发热体与气溶胶产生基质的直接接触面积和加热面积,发热体可对气溶胶产生基质实现全方位加热,气溶胶产生基质受热更快、更均匀,减少了预热时间,使发热体可达到即抽模式,具有出烟快、烟雾量大等优点。
Description
技术领域
本发明涉及雾化领域,更具体地说,涉及一种柔性发热体及其制造方法和使用方法及气溶胶产生器。
背景技术
加热不燃烧烟作为一种新型电子烟,主要通过发热体通电后精确控制温度加热烟草,可在低温条件下迅速释放烟草中的烟草提取物,使消费者能达到与传统卷烟抽吸燃烧时同等的生理强度,但却释放更少的有害成分。目前,国内外都已推出不同类型的发热体对烟草等气溶胶产生基质进行加热,如片状、棒状和管状发热体。
片状和棒状发热体加热烟草原理为发热片***烟支中间部位,发热片表面电阻材料通电后散发热量加热烟草并在烟草中传热。此加热方式需预热一段时间(通常15~20s)使烟草充分加热才能开始抽吸,加热面积较小导致烘烤出的烟雾量小(与真烟相比),且多次抽吸后最接近发热片的烟草已过度烘烤,致使抽吸后期口感中出现焦味,口感一致性较差。
管状发热体加热烟草原理则是将烟支***管内,管壁表面电阻材料通电后散发热量加热管内烟草并在烟草中传热。此加热方式理论上可实现增加烟草与发热体的接触面积,缩短烟草预热时间快速出烟。但是由于管内壁与烟支之间存在缝隙,热传导较慢导致预热时间较慢,加热前期烟雾量小。
因此,急需一款可快速充分加热气溶胶产生基质,且烘烤出大烟雾量的发热体。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种柔性发热体及其制造方法和使用方法及气溶胶产生器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种柔性发热体,包括片状的柔性基底、设置于所述基底上的至少一个发热线路、设置于所述基底上并连接于每一所述发热线路两端的导电线路、以及覆盖于所述至少一个发热线路外的柔性保护膜。
在一些实施例中,所述至少一个发热线路、所述导电线路和所述保护膜均采用磁控溅射镀膜形成。
在一些实施例中,所述基底采用硅酸铝纤维纸、PI膜、流延陶瓷片中的至少一种。
在一些实施例中,所述保护膜采用流延片、氮化物陶瓷材料、氧化物陶瓷材料中的至少一种,所述保护膜的热膨胀系数与所述基底的热膨胀系数相适配。
在一些实施例中,所述保护膜采用直流或射频磁控溅射ZrO2、Al2O3、SiO2、Si3N4复合膜中的至少一种制备而成,所述保护膜的厚度为100~1000nm。
在一些实施例中,所述发热线路的厚度为1~3.5μm,所述导电线路的厚度为1~5μm。
在一些实施例中,所述发热体还包括与所述导电线路连接的电极引线。
在一些实施例中,所述发热线路包括设置于所述基底上的过渡层以及设置于所述过渡层上的发热层。
在一些实施例中,所述过渡层采用Cr、ZrNi和TiN中的至少一种,所述发热层采用Pt、AgPd、AuPd、PtRu、PtRh、NiCr和NiCrAlY中的至少一种。
在一些实施例中,所述导电线路包括设置于所述基底上的打底层、设置于所述打底层上的中间缓冲层、以及设置于所述中间缓冲层上的导电层。
在一些实施例中,所述打底层采用纯Ti、纯Ni中的至少一种,所述中间缓冲层采用纯Ti、纯Ni中的至少一种,所述导电层采用Au、Ag、Cu中的至少一种。
本发明还提供一种柔性发热体的制造方法,包括以下步骤:
S1、提供一片状的柔性基底,将所述基底放入镀膜机腔内;
S2、在所述基底上磁控溅射,以形成至少一个发热线路;
S3、在所述基底上磁控溅射,以形成导电线路;
S4、在所述至少一个发热线路上磁控溅射,以形成保护膜。
在一些实施例中,在所述步骤S1中,将所述基底进行酒精擦拭清洗后放入镀膜机腔内,抽真空并预热,并对所述基底的表面进行离子清洗;
在所述步骤S4中,通入比例为1:1的氩气和氧气至腔内工作气压为0.4Pa,打开SiO2靶、ZrO2靶、Al2O3靶或Si3N4靶电源,在功率密度为2~6W/cm2和在常温~500℃条件下进行溅射,形成厚度为100~1000nm的所述保护膜。
在一些实施例中,所述步骤S2包括:
在所述基底上磁控溅射,以形成过渡层;
在所述过渡层上磁控溅射,以形成发热层。
在一些实施例中,在所述步骤S2中,通入氩气至腔内工作气压为0.5Pa,打开Cr靶、ZrNi靶或TiN靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述基底上镀膜5~15min,形成厚度为10~200nm的所述过渡层;
关闭所述Cr靶、ZrNi靶或TiN靶电源,打开NiCr靶、NiCrAlY靶、Pt靶、AgPd靶、AuPd靶、PtRu靶或PtRh靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述过渡层上镀膜60~120min,形成厚度为1~2.5μm的所述发热层。
在一些实施例中,所述步骤S3包括:
在所述基底上磁控溅射,以形成打底层;
在所述打底层上磁控溅射,以形成中间缓冲层;
在所述中间缓冲层上磁控溅射,以形成导电层;
在所述导电层上锡焊电极引线,以形成导电电极。
在一些实施例中,在所述步骤S2中,通入氩气至腔内工作气压为0.5Pa,打开钛靶或镍靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述基底上镀膜5~10min,形成所述打底层;
关闭所述钛靶或镍靶电源,再打开镍靶或钛靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述打底层上镀膜10~30min,形成所述中间缓冲层;
再关闭所述镍靶或钛靶电源,打开银靶、铜靶或金靶电源,在功率密度为4~8W/cm2常温下在所述中间缓冲层上镀膜30~120min,形成所述导电层。
本发明还提供一种柔性发热组件,所述发热组件呈螺旋圆筒状,所述发热组件包括上述任一项所述的发热体以及涂覆于所述发热体设置有所述至少一个发热线路的一侧表面的气溶胶产生基质。
在一些实施例中,所述气溶胶产生基质为添加有粘性物质的气溶胶产生基质,所述气溶胶产生基质的厚度为0.5~1mm。
本发明还提供一种气溶胶产生器,包括上述任一项所述的发热体。
实施本发明至少具有以下有益效果:该柔性发热体在使用时,可将气溶胶产生基质涂覆于发热体的表面,然后将覆盖有气溶胶产生基质的发热体卷绕呈螺旋圆筒状形成发热组件,此结构可增加发热体与气溶胶产生基质的直接接触面积和加热面积,发热体可对气溶胶产生基质实现全方位加热,气溶胶产生基质受热更快、更均匀,减少了预热时间,使发热体可达到即抽模式,具有出烟快、烟雾量大等优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明一些实施例中发热组件的制造流程图;
图2是本发明一些实施例中发热体的发热线路的结构示意图;
图3是本发明一些实施例中发热体的导电线路的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-3所示,本发明一些实施例中的柔性发热组件包括柔性发热体1以及涂覆于发热体1的一侧表面上的气溶胶产生基质2。该柔性发热体1包括片状的柔性基底11、设置于基底11上的至少一个发热线路12、设置于基底11上并连接于每一发热线路12两端的导电线路13、与导电线路13连接的电极引线14、以及覆盖于该至少一个发热线路12外的柔性保护膜。
该柔性发热体1在使用时,可将添加有粘性物质的气溶胶产生基质2(例如添加有粘性物质的再造烟草)涂覆于发热体1设置有发热线路12的一侧的表面,气溶胶产生基质2的厚度可以为0.5~1mm,然后将覆盖有气溶胶产生基质2的发热体1卷绕呈螺旋圆筒状,形成柔性发热组件。此结构可增加发热体1与气溶胶产生基质2的直接接触面积和加热面积,发热体1可对气溶胶产生基质2实现全方位加热,气溶胶产生基质2受热更快、更均匀,减少了预热时间,使发热体1可达到即抽模式,具有出烟快、烟雾量大等优点。
发热体1的基底11上可设置有两个或两个以上的发热线路12,且每一个发热线路12的两端均电性连接有电极引线14,可对气溶胶产生基质2实行分段式加热,让气溶胶产生基质2分段依次被加热,而不是一次加热完,提高气溶胶产生基质的利用率和抽吸便利性,同时可避免对已烘烤的气溶胶产生基质过度烘烤产生焦味,提升抽吸口感。各发热线路12可以沿卷绕后的轴向(本实施例中为基底11的宽度方向)分布,也可沿卷绕后的周向(本实施例中为基底11的长度方向)分布,也可在沿卷绕后的轴向和周向同时分布。
为保证发热区温度场一致性,需将发热线路12形成合适的图案,例如S型、螺旋型、波浪型等。发热线路12的图案可采用掩膜法或离子刻蚀法制备。掩膜法即通过在基底11上遮蔽非图案位置,溅射发热线路12后即在基底11上形成发热线路12图案。离子刻蚀法即采用先在基底11的整面镀发热线路12,涂光刻胶进行曝光固化后,离子刻蚀曝光的光刻胶和发热线路12区域,再去除未曝光光刻胶即形成所需发热线路12图案。导电线路13的图案也可采用掩膜法或离子刻蚀法制备。
发热线路12、导电线路13和保护膜均可采用磁控溅射镀膜形成。磁控溅射的方式可减小发热体1的整体厚度,同时又可提高发热线路12图案的阻值一致性和减小TCR的波动范围,更有利于发热场的温度精确控制。
基底11可以为耐高温、耐腐蚀、材料结构稳定的透明或非透明柔性绝缘片,为溅射的发热线路12和导电线路13提供载体。基底11在一些实施例中可采用耐高温的柔性绝缘PI薄膜、硅酸铝纤维纸、或流延制备的柔性陶瓷薄片中的至少一种。基底11的厚度可以为0..5~2mm。
发热线路12的作用是通电后稳定发热,加热气溶胶产生基质,其通常可采用电阻率较高(即电阻较高)、发热多的金属材料制成。在一些实施例中,发热线路12可以为直流或射频磁控溅射过渡层后再溅射Pt、AgPd、NiCr、NiCrAlY等金属或合金材料形成,其厚度可以为1~3.5μm。
发热线路12在一些实施例中可包括设置于基底11上的过渡层121以及设置于过渡层121上的发热层122。过渡层121主要是增强发热层122与基底11的结合力,增加结构稳定性,防止分离,提高发热体循环发热的膜基结合稳定性。过渡层121可采用与基底11和发热层122都形成稳定化学键结合的合金,例如其可采用Cr、ZrNi和TiN中的至少一种。发热层122应选择电阻率较高、发热多,高温发热后材料结构性能稳定,具备良好的高温抗氧化性能和抗腐蚀性能的材料,如Pt等贵金属材料或AuPd、PtRu、PtRh、AgPd等贵金属合金材料,或NiCr、NiCrAlY等耐高温合金材料等。
导电线路13的一端与发热线路12连接,另一端与电极引线14连接,用于与电极引线14焊接以及为发热线路12供电,其电阻率较小(即电阻小)、发热少。在一些实施例中,导电线路13可以为直流或射频磁控溅射纯Ti、纯Ni或者纯Ti和纯Ni打底过渡后再溅射Ag、Au、Cu等薄膜形成。导电线路13的厚度可与发热线路12的厚度相当或略高于发热线路12的厚度,在一些实施例中,导电线路13的厚度可以为1~5μm。
导电线路13在一些实施例中可包括设置于基底11上的打底层131、设置于打底层131上的中间缓冲层132、以及设置于中间缓冲层132上的导电层133。打底层131、中间缓冲层132分别可采用纯Ti、纯Ni中的至少一种,打底层131、中间缓冲层132分别镀膜形成,便于形成一定的厚度,还可增加结构稳定性,防止分离。导电层133可采用稳定性好、导电良好的金属材质,例如其可采用Au、Ag、Ni、Cu的至少一种,一般可采用银或铜,成本较低。
保护膜的作用是降低氧和杂质对发热线路12的侵蚀作用,防止加热时发热线路12与气溶胶产生基质2发生反应,同时减少烟垢的积累影响抽吸口感。在导电线路13的部分区域以及基底11上不设置有导电线路13和发热线路12的区域也可覆盖有保护膜。由于导电线路13需要焊接电极引线14,因此其与电极引线14焊接的区域不被保护膜覆盖。保护膜在一些实施例中可采用材料柔性好、热膨胀系数与基底11相匹配、高温稳定性良好、易清洁、耐蚀性良好的陶瓷类材料,如流延片、Si3N4等材料,或ZrO2、Al2O3、SiO2等氧化物材料。保护膜可采用直流或射频磁控溅射ZrO2、Al2O3、SiO2、Si3N4复合膜中的至少一种制备而成,其厚度可以为100~1000nm。
本发明还提供一种柔性发热体的制造方法,包括以下步骤:
S1、镀膜前处理:
提供一片状的柔性基底11,将基底11进行酒精擦拭清洗后放入镀膜机腔内,抽真空并预热,并对基底11的表面进行离子清洗。
S2、发热线路12的形成:
在基底11上磁控溅射,以形成发热线路12。
具体地,步骤S2可包括:
通入氩气至腔内工作气压为0.5Pa,打开Cr靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在基底11上镀膜5~15min,形成厚度为10~200nm的过渡层121。
然后关闭Cr靶电源,打开NiCr靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在过渡层121上镀膜60~120min,形成厚度为1~2.5μm的发热层122。
S3、导电线路13的形成:
在基底11上磁控溅射,以形成导电线路13。
具体地,步骤S3可包括:
通入氩气至腔内工作气压为0.5Pa,打开钛靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在基底11上镀膜5~10min,形成打底层131。关闭钛靶电源。
再打开钛靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在打底层131上镀膜10~30min,形成中间缓冲层132。关闭钛靶电源。
再开银靶电源,在功率密度为4~8W/cm2常温下在中间缓冲层132上镀膜30~120min,形成导电层133。
在导电层133上锡焊电极引线14,以形成导电电极。
S4、保护膜的形成:
通入比例为1:1的氩气和氧气至腔内工作气压为0.4Pa,在SiO2靶直流电源溅射功率密度为2~6W/cm2和在常温~500℃条件下进行溅射,形成厚度为100~1000nm的保护膜。
本发明还提供一种气溶胶产生器,包括用于容置发热组件的容腔以及设置于该容腔中的发热组件,发热组件的发热体1在通电升温后对气溶胶产生基质2进行烘烤加热,供用户吸食。
可以理解地,上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。
以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,可以对上述技术特点进行自由组合,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰,均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (20)
1.一种柔性发热体,其特征在于,所述柔性发热体包括片状的柔性基底(11)、设置于所述柔性基底(11)上的至少一个发热线路(12)、设置于所述柔性基底(11)上并连接于每一所述发热线路(12)两端的导电线路(13)、以及覆盖于所述至少一个发热线路(12)外的柔性保护膜;
所述柔性发热体用于在一侧表面涂覆气溶胶产生基质后卷制形成发热组件以加热气溶胶产生基质。
2.根据权利要求1所述的发热体,其特征在于,所述至少一个发热线路(12)、所述导电线路(13)和所述保护膜均采用磁控溅射镀膜形成。
3.根据权利要求1所述的发热体,其特征在于,所述柔性基底(11)采用硅酸铝纤维纸、PI膜、流延陶瓷片中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的发热体,其特征在于,所述保护膜采用流延片、氮化物陶瓷材料、氧化物陶瓷材料中的至少一种,所述保护膜的热膨胀系数与所述柔性基底(11)的热膨胀系数相适配。
5.根据权利要求1所述的发热体,其特征在于,所述保护膜采用直流或射频磁控溅射ZrO2、Al2O3、SiO2、Si3N4复合膜中的至少一种制备而成,所述保护膜的厚度为100~1000nm。
6.根据权利要求1所述的发热体,其特征在于,所述发热线路(12)的厚度为1~3.5μm,所述导电线路(13)的厚度为1~5μm。
7.根据权利要求1所述的发热体,其特征在于,所述发热体还包括与所述导电线路(13)连接的电极引线(14)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的发热体,其特征在于,所述发热线路(12)包括设置于所述柔性基底(11)上的过渡层(121)以及设置于所述过渡层(121)上的发热层(122)。
9.根据权利要求8所述的发热体,其特征在于,所述过渡层(121)采用Cr、ZrNi和TiN中的至少一种,所述发热层(122)采用Pt、AgPd、AuPd、PtRu、PtRh、NiCr和NiCrAlY中的至少一种。
10.根据权利要求1-7任一项所述的发热体,其特征在于,所述导电线路(13)包括设置于所述柔性基底(11)上的打底层(131)、设置于所述打底层(131)上的中间缓冲层(132)、以及设置于所述中间缓冲层(132)上的导电层(133)。
11.根据权利要求10所述的发热体,其特征在于,所述打底层(131)采用纯Ti、纯Ni中的至少一种,所述中间缓冲层(132)采用纯Ti、纯Ni中的至少一种,所述导电层(133)采用Au、Ag、Cu中的至少一种。
12.一种柔性发热体的制造方法,其特征在于,所述柔性发热体用于在一侧表面涂覆气溶胶产生基质后卷制形成发热组件以加热气溶胶产生基质,所述制造方法包括以下步骤:
S1、提供一片状的柔性基底(11),将所述柔性基底(11)放入镀膜机腔内;
S2、在所述柔性基底(11)上磁控溅射,以形成至少一个发热线路(12);
S3、在所述柔性基底(11)上磁控溅射,以形成导电线路(13);
S4、在所述至少一个发热线路(12)上磁控溅射,以形成保护膜。
13.根据权利要求12所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤S1中,将所述柔性基底(11)进行酒精擦拭清洗后放入镀膜机腔内,抽真空并预热,并对所述柔性基底(11)的表面进行离子清洗;
在所述步骤S4中,通入比例为1:1的氩气和氧气至腔内工作气压为0.4Pa,打开SiO2靶、ZrO2靶、Al2O3靶或Si3N4靶电源,在功率密度为2~6W/cm2和在常温~500℃条件下进行溅射,形成厚度为100~1000nm的所述保护膜。
14.根据权利要求12所述的制造方法,其特征在于,所述步骤S2包括:
在所述柔性基底(11)上磁控溅射,以形成过渡层(121);
在所述过渡层(121)上磁控溅射,以形成发热层(122)。
15.根据权利要求14所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤S2中,通入氩气至腔内工作气压为0.5Pa,打开Cr靶、ZrNi靶或TiN靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述柔性基底(11)上镀膜5~15min,形成厚度为10~200nm的所述过渡层(121);
关闭所述Cr靶、ZrNi靶或TiN靶电源,打开NiCr靶、NiCrAlY靶、Pt靶、AgPd靶、AuPd靶、PtRu靶或PtRh靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述过渡层(121)上镀膜60~120min,形成厚度为1~2.5μm的所述发热层(122)。
16.根据权利要求12所述的制造方法,其特征在于,所述步骤S3包括:
在所述柔性基底(11)上磁控溅射,以形成打底层(131);
在所述打底层(131)上磁控溅射,以形成中间缓冲层(132);
在所述中间缓冲层(132)上磁控溅射,以形成导电层(133);
在所述导电层(133)上锡焊电极引线(14),以形成导电电极。
17.根据权利要求16所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤S2中,通入氩气至腔内工作气压为0.5Pa,打开钛靶或镍靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述柔性基底(11)上镀膜5~10min,形成所述打底层(131);
关闭所述钛靶或镍靶电源,再打开镍靶或钛靶电源,在功率密度为6~8W/cm2常温下在所述打底层(131)上镀膜10~30min,形成所述中间缓冲层(132);
再关闭所述镍靶或钛靶电源,打开银靶、铜靶或金靶电源,在功率密度为4~8W/cm2常温下在所述中间缓冲层(132)上镀膜30~120min,形成所述导电层(133)。
18.一种柔性发热组件,其特征在于,所述发热组件呈螺旋圆筒状,所述发热组件包括权利要求1-11任一项所述的发热体以及涂覆于所述发热体设置有所述至少一个发热线路(12)的一侧表面的气溶胶产生基质。
19.根据权利要求18所述的发热组件,其特征在于,所述气溶胶产生基质为添加有粘性物质的气溶胶产生基质,所述气溶胶产生基质的厚度为0.5~1mm。
20.一种气溶胶产生器,其特征在于,包括权利要求1-11任一项所述的发热体。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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