НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
HEATING ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURE AND APPLICATION THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к нагревательному элементу и способу его изготовления и применение, в частности, относится к технической области композитных материалов и порошковой металлургии.
Предпосылки к созданию изобретения
[0002] Принцип работы низкотемпературных сигарет заключается в следующем: за счет нагрева материала нагревательного элемента при определенных внешних условиях реальной эксплуатации температура быстро повышается до заданного уровня (как правило, до 300-400°C (градусов Цельсия), и далее специальный табак, окружающий нагревательный элемент, подвергается нагреву, создавая при этом у пользователя ощущение курения, аналогичное ощущению при курении традиционных сигарет. Благодаря более низкой температуре генерирования дымообразующего аэрозоля в низкотемпературных сигаретах обеспечивается снижение токсичности по сравнению с традиционными сигаретами, при этом к табаку могут быть добавлены специальные ароматизирующие вещества либо вкус может быть оптимизирован в соответствии с различными предпочтениями пользователей, по этой причине во многих странах приветствуется применение таких сигарет.
[0003] В настоящее время способ нагрева, используемый в низкотемпературных сигаретах, представляет собой способ резистивного нагрева, и нагревание в источнике нагрева осуществляется путем пропускания электрического тока через    нагревательный резистор. Нагревательным элементом в соответствующем оборудовании, как правило, является металлокерамический нагревательный элемент. Металлокерамический нагревательный элемент обычно изготавливают методом печати, нанося суспензию для нагревательного элемента на керамическую заготовку, формируя определенную цепь и обеспечивая сцепление металла с подложкой путем последующего обжига, затем наносят глазурь и подсоединяют электроды. Несмотря на то, что керамический нагревательный элемент позволяет удовлетворить спрос на продукцию в определенной степени, процесс его изготовления является сложным, стоимость изготовления высокая, и при этом существуют проблемы нестабильного качества изделий. Указанные недостатки в значительно степени сдерживают применение и реализацию на рынке низкотемпературных сигарет.
[0004] Таким образом, существует острая необходимость в разработке новых материалов тепловыделяющих элементов. Требования к характеристикам нагревательного элемента для низкотемпературных сигарет в основном включают: 1) биосовместимость, отсутствие токсичности при низких и высоких уровнях температуры; 2) регулируемое сопротивление; 3) способность выдерживать определенную степень высокой температуры, высокая противоокислительная стойкость и высокая термостабильность с определенной устойчивостью к высоким температурам; 4) способность противостоять коррозии табачной среды, высокая химическая стабильность; 5) хорошая теплопроводность; 6) высокие механические характеристики при комнатной и высокой температуре; 7) превышение срока службы в десятки тысяч раз. Существующие отдельные сплавы или керамический материал едва ли могут соответствовать вышеприведенным требованиям.
Краткое изложение сущности изобретения
[0005] Ввиду вышеуказанных проблем в настоящем изобретении предлагается создание нагревательного элемента, способ его изготовления и применение, благодаря чему нагревательный элемент обладал бы стойкостью к окислению, стабильным качеством изготовления, высокой равномерностью нагрева; при этом процесс изготовления является простым, эффективным и экономичным.
[0006] Для достижения вышеуказанных целей в соответствии с одним аспектом настоящее изобретение предусматривает создание нагревательного элемента, включающего подложку и покрытие, нанесенное на внешнюю поверхность подложки; при этом подложка включает твердую фазу и однородную фазу; твердая фаза включает однофазную керамику или многофазную керамику, однородная фаза включает один вид металла или сплав металлов; при этом покрытие предназначено для предотвращения окисления нагревательного элемента.
[0007] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения один вид металла является хромом или алюминием.
[0008] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения сплав металлов является сплавом, содержащим хром и (или) алюминий.
[0009] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная массовая доля хрома и (или) алюминия в сплаве составляет 10%-50%.
[0010] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие является композитным покрытием, содержащим хром и (или) алюминий.
[0011] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения композитное покрытие является композитным нитридным слоем, содержащим хром и (или) алюминий.
[0012] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная атомная доля хрома и (или) алюминия в композитном нитридном слое составляет 50%-100%.
[0013] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения однофазная керамика включает любую керамику из карбидной керамики, нитридной керамики, боридной керамики и оксидной керамики.
[0014] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения однофазная керамика включает однофазную керамику на основе твердых растворов, получаемую с использованием нескольких веществ, включающих карбиды, нитриды, бориды и оксиды.
[0015] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения многофазная керамика включает несколько однофазных керамик.
[0016] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения толщина покрытия составляет от 0,5 до 1,5 микрон.
[0017] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения нагревательный элемент обладает электрическим удельным сопротивлением от 0,001 до 0,05 Ом·см.
[0018] В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение предусматривает создание способа изготовления вышеуказанного нагревательного элемента, включающего следующие этапы:
[0019] (1) получение однофазного или многофазного керамического порошка и порошка одного вида металла или сплава металлов;
[0020] (2) получение порошкообразной смеси методом шарового помола однофазного или многофазного керамического порошка, порошка одного вида металла или сплава металлов и порошковой добавки;
[0021] (3) получение гранулированного порошка путем высушивания порошкообразной смеси;
[0022] (4) получение подложки путем формования под давлением и спеканием гранулированного порошка;
[0023] (5) получение нагревательного элемента путем нанесения покрытия на поверхность подложки.
[0024] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения нагревательный элемент шлифуют и полируют на шлифовальном станке для повышения качества поверхности нагревательного элемента.
[0025] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения при получении легированного порошка несколько металлических элементарных порошков, содержащих хром и (или) алюминий, помещают в первый резервуар для шарового помола в соответствии с определенным массовым соотношением и после герметизации в резервуар подают аргон и далее происходит механическое легирование в первом резервуаре для шарового помола;
[0026] при этом, соотношение шаров и материала в первом резервуаре для шарового помола составляет 15:1-25:1, скорость вращения составляет 300-500 оборотов в минуту и продолжительность шарового помола составляет 48-96 часов.
[0027] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения после завершения механического легирования в первый резервуар для шарового помола добавляет стеариновую кислоту для продолжения шарового помола, и продолжительность шарового помола составляет от 0,5 до 4 часов.
[0028] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная массовая доля элементарного порошка хрома и (или) алюминия составляет 10%-50%.
[0029] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения однофазный или многофазный керамический порошок, порошок одного вида металла или сплава металлов и порошковую добавку добавляют во второй резервуар для шарового помола, и шаровой помол во втором резервуаре для шарового помола выполняют после добавления абсолютного этилового спирта;
[0030] при этом, соотношение шаров и материала во втором резервуаре для шарового помола составляет 5:1-10:1, скорость вращения составляет 120-350 оборотов в минуту и продолжительность шарового помола составляет 24-96 часов.
[0031] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения массовая доля каждого компонента в материале второго резервуара для шарового помола составляет соответственно: 42,00%-68,00% однофазного или многофазного керамического порошка, 12,00%-30,00% порошка одного вида металла или сплава металлов и 16,5%-46% порошковой добавки.
[0032] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения порошкообразную смесь подвергают вакуумной сушке при температуре 75-90 ℃.
[0033] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения при формовании под давлением давление прессования составляет 200-400 МПа и продолжительность поддержания давления составляет 0,5-2 минуты.
-1
[0034] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения формованную заготовку после формования под давлением спекают при степени вакуумирования, превышающей 1*10 Па, температура спекания составляет от 1220 до 1450 ℃ и продолжительность поддержания температуры составляет 15-60 минут.
[0035] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения на поверхность подложки наносят покрытие с использованием установки магнетронного распыления с несколькими мишенями;
-3
[0036] При этом материал-мишень установки магнетронного распыления с несколькими мишенями является сплавом, содержащим хром и (или) алюминий, степень вакуумирования превышает 3*10Па, распыление материала мишени обеспечивается с помощью катода постоянного тока, мощность распыления составляет 80-120 Ватт, продолжительность распыления составляет от 1 до 2 часов, температура распыления составляет 280-320 ℃ и распыление для нанесения покрытия осуществляется в смеси аргона и азота.
[0037] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная атомная доля хрома и (или) алюминия в материале-мишени составляет 50%-100%.
[0038] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения порошковая добавка включает порошок карбида вольфрама, порошок молибдена и порошок графита.
[0039] В соответствии с другим аспектом в настоящем изобретении предлагается применение вышеуказанного нагревательного элемента и способ изготовления вышеуказанного нагревательного элемента в нагревателе нового вида табачного изделия.
[0040] Настоящее изобретение обладает приведенными ниже преимуществами ввиду вышеизложенных технических решений:
[0041] 1. Нагревательный элемент настоящего изобретения включает подложку и покрытие с целью предотвращения окисления подложки. Твердая фаза подложки включает однофазную или многофазную керамику. Однородная фаза включает один вид металла или сплав металлов, обладающих высокой противоокислительной стойкостью, стабильным качеством и высокой равномерностью нагрева, в результате чего обеспечивается соответствие требованиям к нагреву новых табачных изделий.
[0042] 2. Твердая фаза настоящего изобретения включает однофазную или многофазную керамику, обладающую высокой прочностью, высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и термостабильностью.
[0043] 3. Однородная фаза настоящего изобретения включает один вид металла или сплав металлов, обладающих высокой пластичностью и хорошей обрабатываемостью.
[0044] 4. Настоящее изобретение предусматривает создание композитного нитридного слоя, что позволяет повысить антиокислительную устойчивость и стабильность покрытия.
[0045] 5. Однородная фаза настоящего изобретения включает один вид металла - хром или алюминий - или сплав, содержащий хром и (или) алюминий, и покрытие является композитным покрытием, содержащим хром или алюминий, в результате чего повышается прочность сцепления покрытия с подложкой.
[0046] 6. Способ изготовления нагревательного элемента настоящего изобретения является простым, эффективным и экономичным.
[0047] 7. Настоящее изобретение позволяет получить сплав стабильного качества путем механического легирования и повышения механических, физических и химических свойств сплава.
[0048] 8. В настоящем изобретении используется установка магнетронного распыления с несколькими мишенями для нанесения защитного слоя на поверхность, в результате чего обеспечивается повышение однородности покрытия.
[0049] 9. Порошковая добавка настоящего изобретения включает порошок карбида вольфрама, порошок молибдена и порошок графита, способствующие измельчению, повышению прочности и плотности зерен.
[0050] 10. Настоящее изобретение характеризуется простотой конструкции, удобством в пользовании и широкими перспективами на рынке.
[0051] Другие особенности и преимущества настоящего изобретения изложены в приведенном ниже описании, и их часть становится очевидной из описания либо понятна путем осуществления настоящего изобретения. Цели и иные преимущества настоящего изобретения могут быть достигнуты и реализованы на основе устройств, в частности, приведенных в описании изобретения, формуле изобретения и прилагаемых рисунках.
Описание вариантов осуществления настоящего изобретения
[0052] Осуществление настоящего изобретения подробно описывается ниже со ссылкой на прилагаемые рисунки и варианты осуществления настоящего изобретения с целью более полного понимания настоящего изобретения, каким образом технические средства применимы для решения технических проблем и достижения технических эффектов и их соответствующего внедрения. Следует отметить, что, если в настоящем изобретении отсутствуют противоречия, варианты осуществления настоящего изобретения и признаки в вариантах осуществления могут сочетаться друг с другом, и разработанные технические решения находятся в пределах объема правовой защиты настоящего изобретения.
[0053] В соответствии с одним аспектом нагревательный элемент, предлагаемый настоящим изобретением, может включать подложку и покрытие, нанесенное на внешнюю поверхность подложки. При этом подложка может включать твердую фазу и однородную фазу, и твердая фаза может включать однофазную или многофазную керамику, обладающую высокой прочностью, высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и термостабильностью. Однородная фаза может включать один вид металла или сплав металлов с хорошей пластичностью и обрабатываемостью. Покрытие может быть использовано с целью предотвращения окисления нагревательного элемента. Нагревательный элемент настоящего изобретения обладает высокой противоокислительной стойкостью, стабильным качеством и высокой равномерностью нагрева, в результате чего обеспечивается соответствие требованиям к нагреву новых табачных изделий.
[0054] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения один вид металла является хромом.
[0055] В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения один вид металла является алюминием.
[0056] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения сплав металлов является сплавом, содержащим хром и (или) алюминий, в результате чего повышается теплопроводность, износостойкость, коррозионная стойкость и противоокислительная стойкость, придающие подложке высокие механические, физические и химические свойства.
[0057] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная массовая доля хрома и (или) алюминия в сплаве составляет 10%-50%, в результате чего обеспечивается дальнейшее повышение теплопроводности, коррозионной стойкости и противоокислительной стойкости.
[0058] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие является композитным покрытием, содержащим хром и (или) алюминий, с высокой противоокислительной стойкостью и стабильностью. При этом поскольку однородная фаза включает один вид металла хрома или алюминия, или сплав, содержащий хром и (или) алюминий и покрытие является композитным покрытием, содержащим хром и (или) алюминий, обеспечивается повышение прочности сцепления покрытия с подложкой.
[0060] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения композитное покрытие является композитным нитридным слоем, содержащим хром и (или) алюминий, в результате чего обеспечивается повышение противоокислительной стойкости и стабильности.
[0061] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная атомная доля хрома и (или) алюминия в композитном нитридном слое составляет 50%-100%.
[0082] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения однофазная керамика включает одну из следующих видов керамики: карбидную керамику, нитридную керамику, боридную керамику и оксидную керамику.
[0062] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения однофазная керамика включает однофазную керамику на основе твердых растворов, получаемую с использованием нескольких веществ, включающих карбиды, нитриды, бориды и оксиды.
[0063] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения многофазная керамика включает несколько однофазных керамик.
[0064] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения толщина покрытия составляет 0,5-1,5 микрон.
[0065] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения удельное сопротивление нагревательного элемента составляет 0,001-0,05 Ом·см.
[0066] В соответствии с другим аспектом на основе вышеуказанного нагревательного элемента настоящим изобретением предлагается способ изготовления нагревательного элемента, включающий следующие этапы:
[0067] (1) получение однофазного или многофазного керамического порошка и порошка одного вида металла или сплава металлов;
[0068] (2) получение порошкообразной смеси методом шарового помола однофазного или многофазного керамического порошка, порошка одного вида металла или сплава металлов и порошковой добавки;
[0069] (3) получение гранулированного порошка путем высушивания порошкообразной смеси;
[0070] (4) получение подложки путем формования под давлением и спекания гранулированного порошка;
[0071] (5) получение нагревательного элемента путем нанесения покрытия на поверхность подложки.
[0072] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения шлифовка и полировка нагревательного элемента на шлифовальном станке позволяют повысить качество поверхности нагревательного элемента.
[0073] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения в процессе получения легированного порошка различные металлические элементарные порошки, включающие, по меньшей мере, хром или алюминий, добавляют в первый резервуар для шарового помола в соответствии с определенным массовым соотношением, и после герметизации в резервуар подают аргон. Механическое легирование проводят в резервуаре для шарового помола. Механическое легирование представляет собой процесс, при котором высокомощные измельчители или шаровые мельницы могут использоваться для достижения твердофазного легирования. Процесс является простым, эффективным и экономичным. При этом механическое легирование позволяет достичь стабильности качества сплава и повысить его механические, физические и химические свойства. При этом соотношение шаров и материала в первом резервуаре для шарового помола составляет 15:1-25:1, скорость вращения составляет 300-500 оборотов в минуту и продолжительность шарового помола составляет 48-96 часов, в результате чего обеспечивается повышение качества шарового помола.
[0074] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения после завершения механического легирования в первый резервуар для шарового помола добавляют стеариновую кислоту для продолжения шарового помола, и продолжительность шарового помола составляет от 0,5 до 4 часов, в результате чего обеспечивается измельчение зерен и повышение их текучести. Степень диспергирования частиц порошка является высокой.
[0075] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная массовая доля хрома и (или) алюминия в элементарном порошке составляет 10%-50%, в результате чего обеспечивается дальнейшее повышение теплопроводности, коррозионной стойкости и противоокислительной стойкости.
[0076] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения порошок однофазной или многофазной керамики, порошок одного вида металла или сплава металлов и порошковую добавку помещают во второй резервуар для шарового помола, и после добавления абсолютного этилового спирта шаровой помол выполняют во втором резервуаре для шарового помола, в результате чего обеспечивается повышение эффекта перемешивания и качества шарового помола. При этом соотношение шаров и материала во втором резервуаре для шарового помола составляет 5:1-10:1, скорость вращения составляет 120-350 оборотов в минуту и продолжительность шарового помола составляет 24-96 часов, в результате чего обеспечивается повышение качества шарового помола.
[0077] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения массовая доля каждого компонента в материале второго резервуара для шарового помола составляет соответственно: 42,00%-68,00% однофазного или многофазного керамического порошка, 12,00%-30,00% порошка одного вида металла или сплава металлов и 16,5%-46% порошковой добавки.
[0078] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения порошкообразную смесь подвергают вакуумной сушке при температуре 75-90 ℃, в результате чего достигается высокая скорость сушки и хороший эффект высушивания.
[0079] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения давление уплотнения при формовании под давлением составляет 200-400 МПа, и время поддержания давления составляет 0,5-2 минуты.
-1
[0080] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения формованную заготовку после формования под давлением спекают при степени вакуумирования, превышающей 1*10 Па, температура спекания составляет от 1220 до 1450 ℃ и продолжительность поддержания температуры составляет 15-60 минут, в результате чего обеспечивается повышение плотности подложки и ее комплексных механических свойств.
-3
[0081] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения после очистки и сушки подложки нанесение покрытия на ее поверхность выполняют на установке магнетронного распыления с несколькими мишенями, в результате чего обеспечивается повышение однородности покрытия. При этом материал-мишень установки магнетронного распыления с несколькими мишенями является сплавом, содержащим хром и (или) алюминий, степень вакуумирования превышает 3*10 Па, распыление материала мишени обеспечивается с помощью катода постоянного тока, мощность распыления составляет 80-120 ватт, время распыления составляет от 1 до 2 часов и температура распыления составляет 280-320 ℃, при этом распыление для нанесения покрытия осуществляют в атмосфере аргона и азота, в результате чего предотвращается окисление покрытия и обеспечивается повышение противоокислительной стойкости покрытия.
[0082] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения степень чистоты смеси газов составляет не менее 99,999%, в результате чего обеспечивается дальнейшее повышение противоокислительной стойкости покрытия.
[0083] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения соотношение аргона к азоту в потоке составляет 1:1, что обеспечивает высокую стабильность.
[0084] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная атомная доля хрома и (или) алюминия в материале-мишени составляет 50%-100%.
[0085] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения покрытие является композитным покрытием, содержащим хром и (или) алюминий, обладающими высокой противоокислительной стойкостью и стабильностью, в результате чего обеспечивается повышение прочность сцепления покрытия.
[0086] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения композитное покрытие является композитным нитридным слоем, содержащим хром и (или) алюминий, в результате чего обеспечивается повышение противоокислительной стойкости и стабильности.
[0087] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения суммарная атомная доля хрома и (или) алюминия в композитном нитридном слое составляет 50%-100%, в результате чего обеспечивается дальнейшее повышение антиокислительной устойчивости и стабильности покрытия.
[0088] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения порошковая добавка включает порошок карбида вольфрама, порошок молибдена и порошок графита, в значительной степени способствующие упрочнению, уплотнению и измельчению кристаллических зерен.
[0089] Способ изготовления нагревательного элемента настоящего изобретения прост, эффективен и экономичен. Изготовленный нагревательный элемент обладает высокой противоокислительной стойкостью, при этом качество изделия является более стабильным и генерирование тепла более равномерными.
[0090] В соответствии с другим аспектом в настоящем изобретении предлагается применение вышеуказанного нагревательного элемента в соответствии с настоящим изобретением и вышеуказанный способ для изготовления нагревательного элемента в соответствии с настоящим изобретением при изготовлении нового типа нагревательного элемента для табачных изделий.
[0091] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения нагревательный элемент применяют для нагрева низкотемпературных сигарет.
[0092] Ниже приведено описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0093] Первый вариант осуществления настоящего изобретения
[0094] В данном варианте осуществления настоящего изобретения способ изготовления нагревательного элемента может включать следующие этапы:
[0095] (1) добавление элементарных порошков Ni (никеля) и Cr (хрома) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола при соотношении массовой доли 1:1, подачу Ar (аргона) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола для проведения механического легирования. При этом соотношение шаров и материала в первом резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 15:1, скорость вращения составляет 300 об/мин (оборотов в минуту) и продолжительность помола составляет 48 ч (часов); добавление 2% SA (стеариновой кислоты) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола после завершения помола и продолжение помола в течение 0,5 часов, извлечение механически легированного NiCr (никель-хромового) порошка после завершения помола.
[0096] (2) добавление твердорастворного порошка Ti (C, N) (карбонитрида титана), порошка из никель-хромового сплава, порошка WC (карбида вольфрама), порошка Mo (молибдена) и порошка C (графита) во второй резервуар для высокоэнергетического шарового помола, добавление абсолютного этилового спирта и далее выполнение шарового помола. При этом соотношение шаров и материала во втором резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 5:1, скорость вращения составляет 120 оборотов в минуту и продолжительность шарового помола составляет 24 часа.
[0097] (3) вакуумная сушка изготовленной порошкообразной смеси при температуре 80° C для получения гранулированного порошка.
-1
[0098] (4) формование гранулированного порошка под давлением; давление прессования составляет 400 МПа (мегапаскалей), время поддержания давления составляет 1 минуту; и спекание формованной заготовки после прессования при степени вакуумирования, превышающей 1*10Па (Паскалей); температура спекания составляет 1420 ℃ и продолжительность поддержания температуры составляет 60 минут.
-3
2
[0099] (5) выполнение поверхностного покрытия на установке магнетронного распыления с несколькими мишенями после очистки и сушки подвергшегося спеканию образца. Материал-мишень представляет собой сплав CrAl, в котором атомное соотношение Al (алюминия) и Cr (хрома) составляет 1:1; степень вакуумирования составляет 2,5*10Па, мощность распыления составляет 80 ватт, время распыления составляет 1,5 часа, и температура распыления составляет 280 ℃; нанесения покрытия распылением осуществляют в смеси аргона и N (азота) со степенью чистоты 99,999%, и при этом соотношение аргона и азота в потоке газа составляет 1:1. Результаты теста показывают, что в соответствии с данными в Таблице 1 способ соответствует требованиям к электрическим и конструктивным характеристикам нагревательного элемента в нагревателе для низкотемпературных сигарет.
[00100] Далее образец с нанесенным покрытием шлифуют и полируют на шлифовальном станке.
[00101] При этом массовая доля твердорастворного порошка карбонитрида титана составляет 42%, массовая доля механически легированного никель-хромового порошка составляет 30%, массовая доля порошка карбида вольфрама составляет 13%, массовая доля порошка молибдена составляет 14%, и массовая доля порошка графита составляет 1%.
[00102] Второй вариант осуществления настоящего изобретения
[00103] В данном варианте осуществления настоящего изобретения способ изготовления нагревательного элемента может включать следующие этапы:
[00104] (1) добавление элементарных порошков Ni (никеля) и Al (алюминия) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола при соотношении массовой доли 1:2, подачу Ar (аргона) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола для проведения механического легирования. При этом соотношение шаров и материала в первом резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 20:1, скорость вращения составляет 350 об/мин, и продолжительность помола составляет 64 ч (часа); добавление 2% SA (стеариновой кислоты) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола после завершения помола и продолжение помола в течение 2 часов, извлечение механически легированного NiAl (никель-алюминиевого) порошка после завершения помола.
[00105] (2) добавление порошка карбида титана и карбида бора, механически легированного никель-алюминиевого порошка, порошка карбида вольфрама, порошка молибдена и порошка графита во второй резервуар для высокоэнергетического шарового помола, добавление абсолютного этилового спирта и далее выполнение шарового помола. При этом соотношение шаров и материала во втором резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 7:1, скорость вращения составляет 220 оборотов в минуту, и продолжительность шарового помола составляет 36 часов.
[00106] (3) вакуумная сушка изготовленной порошкообразной смеси при температуре 75° C для получения гранулированного порошка.
-1
[00107] (4) формование гранулированного порошка под давлением; давление прессования составляет 300 МПа, время поддержания давления составляет 1 минуту; и спекание формованной заготовки после формования под давлением при степени вакуумирования, превышающей 1*10Па; температура спекания составляет 1250 ℃, и продолжительность поддержания температуры составляет 45 минут.
-3
2
[00108] (5) выполнение поверхностного покрытия на установке магнетронного распыления с несколькими мишенями после очистки и сушки подвергшегося спеканию образца. Материал-мишень представляет собой TiAl (титано-алюминиевый) сплав, в котором атомное соотношение Ti (титана) и Al (алюминия) составляет 5:1; степень вакуумирования составляет 3*10Па, мощность распыления составляет 110 ватт, время распыления составляет 2 часа и температура распыления составляет 300 ℃; распыление для нанесения покрытия осуществляют в смеси аргона и N (азота) со степенью чистоты 99,999%, и при этом соотношение аргона и азота в потоке газа составляет 1:1. Результаты теста показывают, что в соответствии с данными в Таблице 1 способ соответствует требованиям к электрическим и конструктивным характеристикам нагревательного элемента в нагревателе для низкотемпературных сигарет.
[00109] Далее образец с нанесенным покрытием может быть отшлифован и отполирован на шлифовальном станке.
[00110] При этом, массовая доля твердорастворного порошка, образованного карбидом титана и карбидом бора, составляет 45%, массовая доля механически легированного никель-алюминиевого порошка составляет 27%, массовая доля порошка карбида вольфрама составляет 12%, массовая доля порошка молибдена составляет 15%, и массовая доля порошка графита составляет 1%.
[00111] Третий вариант осуществления настоящего изобретения
[00112] В данном варианте осуществления настоящего изобретения способ изготовления нагревательного элемента может включать следующие этапы:
[00113] (1) добавление элементарных порошков Ni и Cr в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола при соотношении массовой доли 3:1, подачу Ar в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола для проведения механического легирования. При этом соотношение шаров и материала в первом резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 25:1, скорость вращения составляет 320 об/мин, и продолжительность помола составляет 72 ч (часа); добавление 2% SA (стеариновой кислоты) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола после завершения помола и продолжение помола в течение 2 часов, извлечение механически легированного NiCr (никель-хромового) порошка после завершения помола.
[00114] (2) добавление порошка карбонитрида титана, механически легированного никель-хромового порошка, порошка WC (карбида вольфрама), порошка Mo (молибдена) и порошка графита во второй резервуар для высокоэнергетического шарового помола, добавление абсолютного этилового спирта и далее выполнение шарового помола. При этом соотношение шаров и материала во втором резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 7:1, скорость вращения составляет 350 об/мин, и продолжительность шарового помола составляет 48 часов.
[00115] (3) вакуумная сушка изготовленной порошкообразной смеси при температуре 90° C для получения гранулированного порошка.
-1
[00116] (4) формование гранулированного порошка под давлением; давление прессования составляет 300 МПа, время поддержания давления составляет 2 минуты; и спекание формованной заготовки после формования под давлением при степени вакуумирования, превышающей 1*10Па; температура спекания составляет 1450 ℃, и продолжительность поддержания температуры составляет 60 минут.
-3
[00117] (5) выполнение поверхностного покрытия на установке магнетронного распыления с несколькими мишенями после очистки и сушки подвергшегося спеканию образца. Материал-мишень представляет собой никель-хромовый сплав, в котором атомное соотношение Cr и Ni составляет 3:1; степень вакуумирования составляет 2,5*10Па, мощность распыления составляет 80 ватт, время распыления составляет 1 час, и температура распыления составляет 320 ℃; распыление для нанесения покрытия осуществляют в смеси аргона и N2 (азота) со степенью чистоты 99,999%, и при этом соотношение аргона и азота в потоке газа составляет 1:1. Результаты теста показывают, что в соответствии с данными в Таблице 1 способ соответствует требованиям к  электрическим и конструктивным характеристикам нагревательного элемента в нагревателе для низкотемпературных сигарет.
[00118] Далее образец с нанесенным покрытием шлифуют и полируют на шлифовальном станке.
[00119] При этом массовая доля твердорастворного порошка карбида титана составляет 68%, массовая доля механически легированного никель-хромового порошка составляет 12%, массовая доля порошка карбида вольфрама составляет 13%, массовая доля порошка молибдена составляет 6%, и массовая доля порошка графита составляет 1%.
[00120] Четвертый вариант осуществления настоящего изобретения
[00121] В данном варианте осуществления настоящего изобретения способ изготовления нагревательного элемента может включать следующие этапы:
[00122] (1) добавление элементарных порошков Fe, Cr и Ni в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола при соотношении массовой доли 1:4:1, подачу Ar (аргона) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола для проведения механического легирования. При этом соотношение шаров и материала в первом резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 20:1, скорость вращения составляет 350 об/мин, и продолжительность помола составляет 96 ч; добавление 2% SA (стеариновой кислоты) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола после завершения помола и продолжение помола в течение 4 часов, извлечение механически легированного FeCrNi порошка после завершения помола.
2
3
[00123] (2) добавление порошка TiC и AlO, механически легированного железо-хромо-никелевого порошка, порошка карбида вольфрама, порошка молибдена и порошка графита во второй резервуар для высокоэнергетического шарового помола, добавление абсолютного этилового спирта и далее выполнение шарового помола. При этом соотношение шаров и материала во втором резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 5:1, скорость вращения составляет 230 оборотов в минуту и продолжительность шарового помола составляет 24 часа.
[00124] (3) вакуумную сушку изготовленной порошкообразной смеси при температуре 80° C для получения гранулированного порошка.
-1
[00125] (4) формование гранулированного порошка под давлением; давление прессования составляет 300 МПа, время поддержания давления составляет 1 минуту; и спекание формованной заготовки после формования под давлением при степени вакуумирования, превышающей 1*10Па; температура спекания составляет 1350 ℃ и продолжительность поддержания температуры составляет 60 минут.
-3
[00126] (5) выполнение поверхностного покрытия на установке магнетронного распыления с несколькими мишенями после очистки и сушки подвергшегося спеканию образца. Материал-мишень представляет собой сплав CrAl, в котором атомное соотношение Al и Cr составляет 1:1; степень вакуумирования составляет 2,5*10Па, мощность распыления составляет 120 ватт, время распыления составляет 1 час и температура распыления составляет 320 ℃; распыление для нанесения покрытия осуществляют в смеси аргона и N2 (азота) со степенью чистоты 99,999%, и при этом соотношение аргона и азота в потоке газа составляет 1:1. Результаты теста показывают, что в соответствии с данными в Таблице 1 способ соответствует требованиям к электрическим и конструктивным характеристикам нагревательного элемента в нагревателе для низкотемпературных сигарет.
[00127] Далее образец с нанесенным покрытием может быть отшлифован и отполирован на шлифовальном станке.
[00128] При этом массовая доля твердорастворного порошка карбида титана и алюминия составляет 51%, массовая доля механически легированного никель-хромового порошка составляет 20%, массовая доля порошка карбида вольфрама составляет 14%, массовая доля порошка молибдена составляет 14%, и массовая доля порошка графита составляет 1%.
[00129] Пятый вариант осуществления настоящего изобретения
[00130] В данном варианте осуществления настоящего изобретения способ изготовления нагревательного элемента может включать следующие этапы:
[00131] (1) добавление элементарных порошков Ni и Al в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола при соотношении массовой доли 1:4, подачу Ar (аргона) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола для проведения механического легирования. При этом соотношение шаров и материала в первом резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 15:1, скорость вращения составляет 300 об/мин, и продолжительность помола составляет 48 ч; добавление 2% SA (стеариновой кислоты) в первый резервуар для высокоэнергетического шарового помола после завершения помола и продолжение помола в течение 2 часов, извлечение механически легированного NiAl порошка после завершения помола.
[00132] (2) добавление порошка SiC, механически легированного никель-алюминиевого порошка, порошка карбида вольфрама, порошка молибдена и порошка графита во второй резервуар для высокоэнергетического шарового помола, добавление абсолютного этилового спирта и далее выполнение шарового помола. При этом, соотношение шаров и материала во втором резервуаре для высокоэнергетического шарового помола составляет 7:1, скорость вращения составляет 320 оборотов в минуту и продолжительность шарового помола составляет 24 часа.
[00133] (3) вакуумную сушку изготовленной порошкообразной смеси при температуре 80° C для получения гранулированного порошка.
-1
[00134] (4) формование гранулированного порошка под давлением; давление прессования составляет 400 МПа, время поддержания давления составляет 1 минуту; и спекание формованной заготовки после формования под давлением при степени вакуумирования, превышающей 1*10 Па, температура спекания составляет 1410 ℃ и продолжительность поддержания температуры составляет 60 минут.
-3
[00135] (5) выполнение поверхностного покрытия на установке магнетронного распыления с несколькими мишенями после очистки и сушки подвергшегося спеканию образца. Материал-мишень представляет собой сплав TiAl, в котором атомное соотношение Al и Ti составляет 2:1; степень вакуумирования составляет 2,5*10Па, мощность распыления составляет 80 ватт, время распыления составляет 2 часа, и температура распыления составляет 320 ℃; распыление для нанесения покрытия осуществляют в смеси аргона и N2 (азота) со степенью чистоты 99,999%, и при этом соотношение аргона и азота в потоке газа составляет 1:1. Результаты теста показывают, что в соответствии с данными в Таблице 1 способ соответствует требованиям к электрическим и конструктивным характеристикам нагревательного элемента в нагревателе для низкотемпературных сигарет.
[00136] Далее образец с нанесенным покрытием может быть отшлифован и отполирован на шлифовальном станке.
[00137] При этом массовая доля твердорастворного порошка карбида титана составляет 52%, массовая доля механически легированного никель-алюминиевого порошка составляет 30%, массовая доля порошка карбида вольфрама составляет 8%, массовая доля порошка молибдена составляет 9%, и массовая доля порошка графита составляет 1%.
[00138] Таблица 1: Характеристики материалов нагревательного элемента в каждом варианте осуществления настоящего изобретения
№ варианта осуществ-ления
Твердость (твёрдость по шкале А Роквелла / твёрдость по Роквеллу)
Прочность при изгибе (МПа)
Трещино-стойкость K<sub>1c</sub> (МПа*м<sup>1/2</sup>)
Удельное сопротивление (Ом*см)
Скорость увеличения веса (400℃*100 ч) мг/см<sup>2</sup>
1
91,2
1782
8,1
0,0042
0,072
2
92,0
1673
8,0
0,0043
0,064
3
92,0
1231
5,5
0,0060
0,057
4
91,3
1658
6,3
0,0057
0,053
5
91,4
1722
8,5
0,0045
0,068
[00139] Несмотря на то, что раскрытые примеры осуществления настоящего изобретения приведены в вышеизложенном описании, в содержание включены лишь варианты осуществления, используемые исключительно для облегчения понимания настоящего изобретения, а не для ограничения настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут внести различные изменения и дополнения в форму и детали реализации изобретения, не выходящие за пределы существа и объема настоящего изобретения. Тем не менее, объем правовой охраны настоящего изобретения подпадает под объем прилагаемой формулы изобретения.