АТОМАЙЗЕР ИЗ КОМПОЗИТНОЙ КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ATOMIZER FROM COMPOSITE CERAMICS AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[001] Настоящее изобретение относится к технологии атомайзеров электронных сигарет, в частности к атомайзеру из композитной керамики и способу его изготовления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Большинство существующих атомайзеров электронных сигарет имеют конструкцию, описанную в китайском патенте CN103270808B, в которой основной компонент атомайзера включает в себя электронагревательный корпус и жидкостный элемент, установленный на электронагревательном корпусе, причем электронагревательный корпус образован спирально закрученным нагревательным проводом; при этом в китайском патенте CN205624474U описывается основной нагревательный компонент атомайзера из керамики, содержащий керамический теплоноситель и маслонаправляющий элемент, подающий курительное масло в керамический теплоноситель, отличающийся тем, что керамический теплоноситель включает в себя керамическое основание и теплоноситель, интегрально сформированный с керамическим основанием; маслонаправляющий элемент представляет собой хлопчатобумажную ткань, обертывающую керамический нагревательный корпус, строение которой позволяет впитывать поток курительного масла, поступающего через масловпускное отверстие.
[003] Каждый из упомянутых атомайзеров состоит из отдельных функциональных частей, которые могут быть образовывать единое целое, только когда они задействованы определенной внешней силой, приложенной к ним, или дополнительной физической структурой, но процесс сборки является сложным, и дискретные функциональные части могут отсоединиться.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[004] Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков упомянутого уровня техники и создание атомайзера из композитной керамики, применяемого в составе электронных сигарет, а также создание способа его изготовления, в котором атомайзер интегрально сформирован как единое целое посредством специального процесса обжига.
[005] Согласно первому аспекту изобретения предлагается атомайзер из композитной керамики, содержащий первый основной корпус и второй основной корпус, интегрально сформированный с первым основным корпусом посредством процесса остекления и герметизации; первый основной корпус и второй основной корпус соединены через остекленную поверхность, образованную путем глазирования поверхности, и остекленная поверхность полностью или частично закрывает соединение между первым основным корпусом и вторым основным корпусом, при этом первый основной корпус включает в себя теплоноситель и токопроводящий канал для нагрева; токопроводящий канал образован на поверхности или внутри теплоносителя и включает в себя первую контактную часть и вторую контактную часть, выполненные с возможностью подключения к источнику питания, и второй основной корпус используется для передачи жидкости.
[006] Далее, токопроводящий канал печатается на теплоносителе через печатный принтер, а затем токопроводящий канал и теплоноситель обжигаются в восстановительной атмосфере при достаточной температуре в течение определенного времени, после чего формируется первый основной корпус.
2
[007] Далее, температура для обжига первого основного корпуса составляет от 1400 до 1600°C, восстановительная атмосфера представляет собой водородную атмосферу (H), а продолжительность времени обжига составляет от 18 до 24 часов.
[008] Далее, токопроводящий канал полностью или частично образует слой контактного электронагрева, расстояние от которого до второго основного корпуса не превышает толщину первого основного корпуса.
[009] Далее, расстояние между слоем контактного электронагрева и вторым основным корпусом меньше или равно 0,3 мм (это позволяет повысить эффективность использования тепла и усилить эффект распыления).
[0010] Далее, теплоноситель  полностью или частично выполнен из керамики.
[0011] Далее, токопроводящий канал состоит из суспензии металлического вольфрама и смеси марганца с порошком фарфора.
[0012] Далее, слой контактного электронагрева полностью или частично перекрывает поверхность первого основного корпуса или размещается в первом основном корпусе; значение сопротивления слоя контактного электронагрева составляет 0,02-3 Ом.
[0013] Также первая контактная часть и вторая контактная часть имеют, по меньшей мере, одну из форм, выбранных из группы, которая состоит из: контактных точек; витков или токоведущих проводов, которые расположены между положительным и отрицательным полюсами источника питания; и токопроводящие стержни с функциями поддержки.
[0014] Далее, второй основной корпус полностью или частично выполнен из пористой керамики на основе оксида алюминия, пористой керамики из карбида кремния или пористой керамики из нитрида кремния.
[0015] Далее, формы поперечного сечения первого основного корпуса и второго основного корпуса представляют собой круги, полые кольцевые сечения, прямоугольники или треугольники, которые могут быть выполнены посредством полусухого прессования, формования геля или литья под давлением и, наконец, посредством обжига.
[0016] Далее, первый основной корпус частично перекрывает поверхность второго основного корпуса, чтобы уменьшить общие потери тепла первого основного корпуса, увеличить площадь пористой поверхности второго основного корпуса и усилить эффект распыления.
[0017] Также композитный атомайзер включает в себя два первых основных корпуса и один второй основной корпус, причем второй основной корпус расположен между двумя первыми основными корпусами, и первые основные корпуса соединены со вторым основным корпусом через остекленные поверхности, образованные путем частичного оплавления (глазирования) контактной поверхности, расположенной между ними.
[0018] Далее, отверстие для выпуска дыма на композитном атомайзере представляет собой шов, расположенный на стыке первого основного корпуса и второго основного корпуса, или канал, расположенный в первом основном корпусе, или канал, расположенный во втором основном корпусе.
[0019] В соответствии со вторым аспектом изобретения предложен способ изготовления атомайзера из композитной керамики, в котором первый основной корпус и второй основной корпус интегрально сформированы как единое целое посредством процесса остекления и герметизации. Конкретные этапы процесса заключаются в следующем:
2
2
3
2
2
Этап 1: выполняют остекление на поверхности первого основного корпуса, при этом толщина остекленной поверхности должна находиться в диапазоне 5-40 мкм с использованием прозрачной глазури, которая включает в себя следующие компоненты в массовых процентах: прозрачная фритта 80% -94%, каолин 5% -19% и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 0,2% -1%, где химические составы прозрачной фритты содержат в массовых процентах SiO 40%-60%, AlO 2%-15%, NaO 0-8 %, KO 0-5%, ZnO 3% -15%, BaO 2% -10%, CaO 5%-15% и MgO 0% -10%, при этом глазурь имеет температуру плавления 600-1000°С, перед остеклением необходимо довести значение вязкости суспензии глазури до 0,5-1,5 Па·с; а также выполняют сушку, продувку сажи и вытирают воду на первом основном корпусе; а также
[0020] Этап 2: размещают первый основной корпус в горизонтальном тигле, размещают второй основной корпус на первом основном корпусе, регулируют температуру обжига в диапазоне 700-1000°С и регулируют вязкость расплава η (она должна находиться в пределах диапазона 2 <lgη <6).
[0021] Далее, способ остекления на этапе 1 представляет собой процесс сухого остекления или остекления с использованием щеток.
[0022] На упомянутых этапах процесса вязкость суспензии глазури может сильно влиять на процесс остекления с использованием щеток, состав прозрачной фритты в компонентах глазури влияет на вязкость расплава (η) и значение вязкости расплава (η), в свою очередь, напрямую влияет на эффект герметизации. Когда вязкость расплава мала, пористая керамика имеет тенденцию поглощать глазурь за счет капиллярной силы; при этом, когда вязкость слишком велика, глазурь не растекается в достаточной степени, вызывая тем самым низкое значение интеграции между пористой керамикой и керамикой MCH. Необходимо контролировать вязкость расплава, которая должна находиться в пределах 2<lgη<6.
[0023] Полезные эффекты изобретения заключаются в следующем: пористый керамический материал и нагревательный керамический материал герметизируются и интегрально формируется как единое целое посредством процесса остекления и обжига, таким образом, достигается высокая прочность и долгий срок службы; в то же время, чистый и безопасный пористый керамический материал используется для направления жидкости, а равномерно нагревающийся керамический материал используется для нагрева и распыления, таким образом можно избежать карбонизации и горения курительного масла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0024] Фиг.1: вид сверху первого основного корпуса в варианте осуществления изобретения 1.
[0025] Фиг.2: вид сбоку в разрезе варианта осуществления изобретения 1.
[0026] Фиг.3: структурное представление электронной сигареты, содержащей атомайзер, в соответствии с вариантом осуществления изобретения 1.
[0027] Фиг.4: вид сверху первого основного корпуса в варианте осуществления изобретения 2.
[0028] Фиг.5: вид сбоку в разрезе варианта осуществления изобретения 2.
[0029] При этом: 1 - первый основной корпус, 2 - второй основной корпус, 3 - остекленная поверхность, 4 - токопроводящий канал, 5 - слой контактного электронагрева, 6 - отверстие, 7 - первая контактная часть, 8 - вторая контактная часть, 9 - полая деталь, 10 - первый корпус, 11 - второй корпус, 12 - резервуар для масла, 13 - канавка, 14 - атомайзер, 15 - основание, 17 - шов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] Четкое и подробное описание технических решений по данному изобретению приведено ниже в сочетании с конкретными вариантами осуществления изобретения. Следует понимать, что конкретные варианты осуществления изобретения, описанные в этом разделе, используются только для объяснения изобретения, а не для ограничения объема его использования.
[0031] Вариант осуществления изобретения 1
[0032] Как показано на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3, атомайзер из композитной керамики 14 включает в себя первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2, причем первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2 интегрально сформированы как единое целое в результате процесса остекления и герметизации, в котором первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2 соединяются через остекленную поверхность 3, образованную путем глазирования. Остекленная поверхность 3 частично закрывает соединение между первым основным корпусом 1 и вторым основным корпусом 2. Первый основной корпус 1 включает в себя теплоноситель  и токопроводящий канал 4 для нагрева, причем токопроводящий канал 4 находится внутри теплоносителя и имеет первую контактную часть 7 и вторую контактную часть 8, выполненные с возможностью подключения к источнику питания, и второй основной корпус 2 выполнен из пористого керамического материала на основе нитрида кремния и используется для пропускания жидкости.
2
[0033] Токопроводящий канал 4 может быть сформирован путем печати резистивного слоя на теплоносителе через печатный принтер, а затем напечатанные на нем теплоноситель и резистивный слой подвергаются обжигу в водородной среде (Н) при температуре 1600°С в течение 24 часов, в результате чего формируется первый основной корпус 1. Часть линий резистивного слоя в токопроводящем канале 4 образует слой контактного электронагрева 5, а остальные линии резистивного слоя выполняют функцию токоведущих проводов. Расстояние между слоем контактного электронагрева 5 и вторым основным корпусом 2 составляет 0,1 мм. Теплоноситель полностью выполнен из плотной керамики, а слой контактного электронагрева 5 может быть изготовлен из суспензии металлического вольфрама и смеси марганца с порошком фарфора.
[0034] Слой контактного электронагрева 5 расположен в первом основном корпусе 1 и имеет значение сопротивления в диапазоне от 0,02 до 3 Ом. Токопроводящий канал 4 может образовывать различные паттерны на теплоносителе. Первая контактная часть 7 и вторая контактная часть 8 являются точками контакта.
[0035] Формы поперечного сечения первого основного корпуса 1 и второго основного корпуса 2 включают в себя (но не ограничиваются ими): круги, полые кольцевые сечения, прямоугольники и треугольники, которые могут быть выполнены посредством полусухого прессования, гелевого литья или литья под давлением и, наконец, посредством обжига.
[0036] Отверстие для выпуска дыма на композитном атомайзере 14 - это специальное отверстие 6 на первом основном корпусе или отверстие, образованное с помощью полости детали 9.
[0037] Как показано на Фиг. 3, электронная сигарета, содержащая атомайзер из композитной керамики 14, включает в себя первый корпус 10 и второй корпус 11, причем первый корпус 10 и второй корпус 11 формируют одно целое, располагаясь друг на друге и опираясь на основание 15 из силикагеля, предназначенное для соединения с первым корпусом 10; атомайзер из композитной керамики 14 также крепится на основании 15 из силикагеля. Первый корпус 10 оборудован резервуаром для масла 12, дно которого имеет канавку 13, в канавке 13 расположен волокнистый маслонаправляющий хлопчатобумажный элемент таким образом, что когда резервуар для масла 12 вставляется в первый корпус 10, волокнистый маслонаправляющий хлопчатобумажный элемент в канавке 13 входит в контакт со вторым основным корпусом 2 керамического атомайзера 14. Газовый канал 16, предназначенный для циркуляции газа, расположен между первым корпусом 10 и резервуаром для масла 12.
[0038] Когда электронная сигарета используется для курения, курительное масло в резервуаре для масла 12 передается на поверхность второго основного корпуса 2 через волокнистый маслонаправляющий хлопчатобумажный элемент в канавке 13, затем первый основной корпус 1 распыляет курительное масло на второй основной корпус 2, и распыленный курительный газ выходит из специального отверстия 6, полой детали 9 и внутренней полости второго основного корпуса 2, а затем вдыхается потребителем через газовый канал 16.
[0039] Вариант осуществления изобретения 2.
[0040] Как показано на Фиг. 4 и Фиг. 5, атомайзер из композитной керамики 14 включает в себя первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2, причем первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2 интегрально сформированы как единое целое в результате процесса остекления и герметизации, при котором первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2 соединяются через остекленную поверхность 3, образованную путем глазирования, при этом остекленная поверхность 3 частично перекрывает соединение между первым основным корпусом 1 и вторым основным корпусом 2. Первый основной корпус 1 включает в себя теплоноситель и токопроводящий канал 4 для нагрева, в котором токопроводящий канал 4 находится на поверхности теплоносителя и имеет первую контактную часть 7 и вторую контактную часть 8, выполненные с возможностью подключения к источнику питания, и первая контактная часть 7 и вторая контактная часть 8 выполняют роль токопроводящих стержней в данном варианте осуществления изобретения. Второй основной корпус 2 выполнен из пористой керамики (карбид кремния) и используется для пропускания жидкости.
2
[0041] Токопроводящий канал 4 может быть выполнен путем печати резистивного слоя на теплоносителе через печатный принтер, а затем напечатанные на нем теплоноситель  и резистивный слой могут быть подвержены обжигу в водородной среде (Н) при температуре 1400°С в течение 18 часов, в результате чего формируется первый основной корпус 1. Токопроводящий канал 4 полностью образует слой контактного электронагрева, его расстояние от второго основного корпуса 2 составляет 0,3 мм. Теплоноситель частично выполнен из плотной керамики, а токопроводящий канал 4 может быть изготовлен из суспензии металлического вольфрама и смеси марганца с порошком фарфора.
[0042] Токопроводящий канал 4 частично перекрывает поверхность первого основного корпуса 1, значение сопротивления слоя контактного электронагрева находится в диапазоне от 0,02 до 3 Ом.
[0043] Отверстие для выпуска дыма на композитном атомайзере 14 - это специальный шов 17 на стыке первого основного корпуса 1 и второго основного корпуса 2.
[0044] В композитном атомайзере 14 данного варианта осуществления изобретения два первых основных корпуса 1 и один второй основной корпус 2 взаимно соприкасаются и объединяются в определенной конструкции и последовательности, образуя единое целое. Как показано на Фиг. 5, композитный атомайзер состоит из двух первых основных корпусов 1 и одного второго основного корпуса 2, причем второй основной корпус 2 расположен между двумя первыми основными корпусами 1, и первые основные корпуса 1 соединены со вторым основным корпусом 2 через остекленные поверхности 3, образованные путем частичного оплавления контактной поверхности, а неостекленная часть формирует шов 17.
[0045] В данном варианте осуществления изобретения формы поперечного сечения первого основного корпуса 1 и второго основного корпуса 2 включают в себя (но не ограничиваются ими): круги, полые кольцевые сечения, прямоугольники и треугольники, которые могут быть выполнены посредством полусухого прессования, формования геля или литья под давлением и, наконец, посредством обжига. В других вариантах осуществления изобретения первая контактная часть 7 и вторая контактная часть 8 также могут быть витками или токоведущими проводами, расположенными между положительным и отрицательным полюсами источника питания.
[0046] Вариант осуществления изобретения 3.
[0047] Приводится способ изготовления атомайзера 14 из композитной керамики. Керамический атомайзер 14 изготавливается путем интегрального формирования первого основного корпуса 1 и второго основного корпуса 2 как единого целого в результате процесса остекления и герметизации. Конкретными этапами данного процесса являются:
[0048] Этап 1: выполняют остекление поверхности первого основного корпуса 1 способом сухого остекления или с использованием щеток (при этом толщина остекленной поверхности составляет 30 мкм) с использованием прозрачной глазури, которая включает в себя следующие компоненты в массовых процентах:
2
2
3
2
2
[0049] прозрачная фритта 80%, каолин 19% и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 1%; при этом химические составы прозрачной фритты содержат в массовых процентах SiO (60%), AlO (15%), NaO (2%), KO (2%), ZnO (5%), BaO (5%), CaO (9%), MgO (2%); температура плавления глазури составляет 600-1000°С, вязкость глазури в суспензии перед остеклением доводится до 1,5 Па·с; выполняют сушку, обдувку сажи и осушение воды на первом основном корпусе;
[0050] Этап 2: размещают первый основной корпус 1 в горизонтальном тигле, размещают второй основной корпус 2 на первом основном корпусе 1, поддерживают температуру обжига на уровне 800°С, регулируют вязкость расплава η на уровне lgη = 5,2.
[0051] Вариант осуществления изобретения 4.
[0052] Приводится способ изготовления атомайзера 14 из композитной керамики, в котором первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2 интегрально сформированы как единое целое посредством процесса остекления и герметизации, и конкретные этапы процесса заключаются в следующем:
[0053] Этап 1: способом сухого остекления или остекления с использованием щеток выполняют остекление поверхности первого основного корпуса 1 (толщина остекленной поверхности составляет 40 мкм) с использованием прозрачной глазури, которая включает в себя следующие компоненты в массовых процентах:
2
2
3
2
2
[0054] прозрачная фритта 94%, каолин 5,8% и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 0,2%; при этом химические составы прозрачной фритты содержат в массовых процентах SiO (50%), AlO (12%), NaO (4%), KO (2%), ZnO (10%), BaO (2%), CaO (12%), MgO (8%); температура плавления глазури составляет 600-1000°С, вязкость глазури в суспензии перед остеклением доводится до 0,5 Па·с; выполняют сушку, обдувку сажи, осушение воды и т.д. на первом основном корпусе 1;
[0055] Этап 2: размещают первый основной корпус 1 в горизонтальном тигле, размещают второй основной корпус 2 на первом основном корпусе 1, затем помещают другой первый основной корпус 1 на второй основной корпус 2, поддерживают температуру обжига на уровне 1000°С, регулируют вязкость расплава η на уровне lgη = 4,5.
[0056] Вариант осуществления изобретения 5.
[0057] Приводится способ изготовления атомайзера 14 из композитной керамики, в котором первый основной корпус 1 и второй основной корпус 2 интегрально сформированы как единое целое посредством процесса остекления и герметизации, и конкретные этапы процесса заключаются в следующем:
[0058] Этап 1: способом сухого остекления или остекления с использованием щеток выполняют остекление поверхности первого основного корпуса 1 (толщина остекленной поверхности составляет 40 мкм) с использованием прозрачной глазури, которая включает в себя следующие компоненты в массовых процентах:
2
2
3
2
2
[0059] прозрачная фритта 94%, каолин 5,5% и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 0,5%; при этом химический состав прозрачной фритты содержат в массовых процентах SiO (50%), AlO (10%), NaO (8%), KO (5%), ZnO (10%), BaO (2%), CaO (7%), MgO (8%); температура плавления глазури составляет 600-1000°С, вязкость глазури в суспензии перед остеклением доводится до 0,8 Па·с; выполняют сушку, обдувку сажи, осушение воды и т.д. на первом основном корпусе 1;
[0060] Этап 2: размещают первый основной корпус 1 в горизонтальном тигле, размещают второй основной корпус 2 на первом основном корпусе 1, поддерживают температуру обжига на уровне 1000°С, регулируют вязкость расплава η на уровне lgη = 3.
Позиция
Состав
Вязкость суспензии
Вязкость расплава(lgη)
Характеристика композитной керамики
Прочность скрепления на стыке
Пористость на стыке
Теплопроводность на стыке
Вариант осуществления изобретения 3
Прозрачная фритта 80%, каолин 19%, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 1%; химический состав прозрачной фритты: SiO<sub>2</sub> (60%), Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> (15%), Na<sub>2</sub>O (2%), K<sub>2</sub>O (2%), ZnO (5%), BaO (5%), CaO (9%), MgO (2%)
1,5 Па·с
5,2
10 МПа
50%
8 Вт/(м·К)
Вариант осуществления изобретения 4
Прозрачная фритта 94%, каолин 5,8%, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 0,2%; химический состав прозрачной фритты: SiO<sub>2</sub> (50%), Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> (12%), Na<sub>2</sub>O (4%), K<sub>2</sub>O (2%), ZnO (10%), BaO (2%), CaO (12%), MgO (8%)
0,5 Па·с
4,5
11 МПа
45%
9 Вт/(м·К)
Вариант осуществления изобретения 5
Прозрачная фритта 94%, каолин 5,5%, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 0,5%; химический состав прозрачной фритты: SiO<sub>2</sub> (50%), Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> (10%), Na<sub>2</sub>O (8%), K<sub>2</sub>O (5%), ZnO (10%), BaO (2%), CaO (7%), MgO (8%)
0,8 Па·с
3
18 МПа
52%
9,2 Вт/(м·К)
2
2
2
2
2
2
[0061] Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) в основном используется для регулирования вязкости суспензии глазури с тем, чтобы она хорошо распространялась в процессе остекления с помощью щеток, не проникая во второй основной корпус. Также при изготовлении глазури, чем выше содержание SiO в прозрачной фритте, тем ниже будет содержание KO и NaO, и, таким образом, в высокотемпературном состоянии спекания вязкость расплава повышается, что приводит к ухудшению контакта глазури с первым основным корпусом и вторым основным корпусом, что, в свою очередь, приводит к низкой прочности скрепления между глазурью и первым и вторым основными корпусами; также, чем ниже содержание SiO в прозрачной фритте, тем выше будет содержание KO и NaO, и, таким образом, в высокотемпературном состоянии спекания вязкость расплава понижается, что приводит к тому, что глазурь проникает во второй основной корпус; в результате, поры во втором основном корпусе забиваются, но прочность скрепления между глазурью и вторым основным корпусом является недостаточно высокой. Следовательно, ключевым аспектом технологии является точное соблюдение состава, включая значения вязкости суспензии и вязкости расплава.
[0062] Вышеприведенное описание показывает только некоторые конкретные варианты осуществления изобретения, а не ограничивает объем защиты изобретения. Все варианты или замены, сделанные специалистом в данной области техники в пределах объема технического раскрытия сущности изобретения, должны находиться в пределах объема защиты изобретения.