НАГРЕВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПЛОСКИЙ СТАЛЬНОЙ

НАГРЕВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПЛОСКИЙ СТАЛЬНОЙ
Предполагаемое полезная модель относится к области электрического нагрева и может быть использовано при изготовлении нагревателей для бытовых, медицинских, сельскохозяйственных и других технических приборах и устройствах с рабочей температурой нагревательного элемента до 650° С. Например, электроконфорка, электроплитка, водонагреватели различного назначения, электроконвектор, электровентилятор и т.п.
Известен высокотемпературный нагревательный элемент /1/, состоящий из чередующихся резистивных и изоляционных слоев, которые выполнены из металлооксидных керметов, металлическая фаза которых представляет собой интерметаллическое соединение Ni, А1, в котором часть А1 изоморфно замещена Сг при общем содержании Сг в сплаве 2,5%, а оксидная фаза - алюмооксидную керамику 96А1 г О з + 2ТЮ г +2МпО г, причем в резистивных слоях металлическая фаза и оксидная находятся в соотношении 0,6 : 1, 4 а в изоляционных слоях, соответственно, как 1,6 : 4.
Известен резистивный пленочный нагреватель /2/, содержащий пленку из тугоплавкого соединения, нанесенную на изолирующую основу, выполненную из нитрида титана с определенным содержанием азота.
Ближайшим аналогом является толстопленочный резистивный элемент /3/, содержащий стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой, в качестве материала изолирующего и защитного слоя использована толстопленочная паста на основе бесщелочных стекол, причем паста для изолирующего слоя выполнена на основе бесщелочного кристаллизирующегося стекла, а паста для защитного слоя содержит бесщелочное стекло с керамическим наполнителем, при этом в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе порошка никеля с добавками порошка хрома или нихрома и стеклосвязующего.
Н05В 3/62
Недостатком известных нагревателей является нестабильность их параметров, недостаточная надежность, узкий диапазон питающего напряжения и значений удельной электрической мощности.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание плоского электрического нагревателя, позволяющего на его основе создать приборы и нагревательные системы отвечающие современным требованиям.
Поставленная задача решается тем, что в известном нагревателе электрическом плоском стальном, содержащем стальную подложку с последовательно размещенными на ней изолирующим и защитным стеклосодержащими слоями, между которыми расположен резистивный слой, в качестве материала резистивного слоя использована толстопленочная паста на основе соединения борида никеля, а в качестве материала изолирующего и защитного слоев использованы порошок либо толстопленочная паста на основе кристаллизующихся стекол - ситаллоцемента марки СЭ-3, или стеклоэмали марки ДСЭ.
Электронагреватель представляет собой подложку из металла, которую предварительно изолируют слоем диэлектрического стекла толщиной  200 мкм. На диэлектрическое покрытие методом толстопленочной технологии наносится нагревательный элемент и защитный слой, Причем изолирующий и защитный слои могут быть получены и пневмоэлектростатическим методом нанесения, обладающим более высокой производительностью.
Нагревательный элемент изготавливают следующим образом:
Подготавливают поверхность подложки, в качестве которой используют жаростойкую нержавеющую сталь марок 15Х25Т, 20X13, 08X17Т и 04X17Т или другую с аналогичными свойствами. Поверхности подложки придают нужную шероховатость - не ниже 6 класса. Обработку поверхности осуществляют одним из двух способов: или химическим травлением, или обработкой мелкодисперсным абразивным порошком корунда или карбида кремния на
пескоструйной установке. Перед нанесением изолирующего слоя подложку необходимо тщательно очистить, промыть и просушить.
Если изолирующий слой наносят методом сеткотрафаретной печати, то используют специально приготовленную пасту, содержащую стекло СЭ-3 или ДСЭ и органическое связующее на основе терпениола, составляющее 25-30 мас.% пасты. Пасту наносят в 4-6 слоев до толщины 180-220 мкм с последовательной сушкой и вжиганием каждого слоя.
Сушку осуществляют в сушильном шкафу или конвейерной печи при температуре (140-160)° С в течение 8-12 мин. Вжигание происходит в конвейерной печи при температуре 810-850° С. Длительность цикла вжигания составляет 35-60 мин.
После изолирующего слоя наносят резистивную толстопленочную пасту, представляющую собой суспензию мелкодисперсных порошков борида никеля (N1 зВ) и стекла в органическом связующем на основе ланолина. Для корректировки свойств пасты в ее состав в процессе приготовления вводят добавки: ZnO, Al, TiO 2, Bi 2 О 3 Для улучшения стабильности параметров нагревательного элемента, увеличения надежности и предельно допустимой токовой нагрузки нанесение резистивного слоя осуществляют за 2-3 цикла трафаретной печати с промежуточной сушкой при температуре 250-270° С в течение 15 мин. После чего проводят один цикл вжигания при температуре 800-840° С длительностью 30-60 мин. Для обеспечения оптимального температурного режима работы нагревательного элемента рассчитаны геометрические размеры подложки и топология резистивного слоя. В некоторых случаях целесообразно применять топологию нагревательного элемента в виде нескольких параллельно расположенных и электрически соединенных дорожек.
Нанесение защитного слоя осуществляют таким же образом как и нанесение изолирующего слоя. Используются такие же пасты на основе стекол СЭ-3 или ДСЭ. Количество защитных слоев зависит от условий эксплуатации нагревательного элемента и может варьироваться от двух до шести. Каждый нанесенный слой необходимо подвергнуть сушке при температуре
140-160° С в течение 8-12 мин. и . 6жиганию в конвейерной печи при температуре 800-835 ° С, причем цикл В жигания составляет 35-50 мин.
Формирование изолирующего и защитных слоев может осуществляться не только с помощью сеткотрафаретной печати, но и методом пневмоэлектростатического нанесения. При использовании этого метода порошок стекла СЭ-3 или ДСЭ предварительно просеивают через сито с размером ячейки 40-64 мкм. С помощью специальной установки происходит послойное нанесение воздушно-порошковой смеси. После нанесения каждого слоя необходимо осуществить вжигание, причем цикл сушки исключается. Режимы вжигания при этом методе аналогичны режимам выжигания изолирующей и защитной толстопленочной паст на основе стекол СЭ-3 и ДСЭ.
Электрические выводы нагревательного элемента изготавливаются из жгута никелевой, нихромной или медной проволоки. Причем медную проволоку предварительно никелируют. Допускается применение вместо жгута фольги из аналогичных материалов, ширина и толщина которой рассчитывается исходя из значений максимальной силы тока. Присоединение выводов осуществляют с помощью контактной пасты на основе борида никеля с удельным поверхностным сопротивлением не более 0,1 Ом/квадрат. После присоединения контакты сушат при температуре 140-160° С в течение 14-16 мин. Затем на контактную площадку наносят защитное покрытие, повторно сушат и проводят цикл вжигания в конвейерной печи при температуре 790-830° С в течение 40-60 мин.
В предлагаемом электрическом плоском стальном нагревателе греющий слой равномерно распределен по поверхности подложки с максимально возможной площадью. Это позволяет обеспечить отсутствие локальных перегревов и более «мягкий тепловой режим работы, благодаря чему приборы и нагревательные системы, созданные на основе НЭПС, соответствуют современным требованиям. Кроме того НЭПС полностью удовлетворяют международным требованиям по электробезопасности. Соответствие требованиям безопасности подтверждено сертификатом РОСС RU ME 23B00053 № 0835962 Испытания проведены исп ийтельной лабораторией «НИСЦЭО, регистрационный номер которой в Госреестре POQ6 Й& 0001 21МЕ83
Источники информации, принятые во внимание
1А С СССР N 1700773, Н05В 3/10, 1986 г
2Заявка Российской Федерации N 92016140/07 1992 г
3Патент Российской Федерации № 2054720, НО 1C 7/00 1992 (прототип)
ЗаявителиДуховный Л И Шелехов И Ю Шапран Л А J@wXLW &4r 13,0Ј,Я   &f S tf-rt&Формула