專利名稱：一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電熱膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠；本發(fā)明還涉及制備這種溶膠的方法。
背景技術(shù)：
電熱膜是一種新型電熱器件，因?yàn)樗姼綦x、快速省電等主要特點(diǎn)，在電加熱領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。一種公知的用粒徑為16-18nm的二氧化錫、五氧化二銻、三氧化二銦和氧化物電阻調(diào)節(jié)劑為原料制成的電熱膜，就具備上述特點(diǎn)。但是，用其制成的電加熱膜，一般只能在220V以內(nèi)、功率不大于10W/cm2的常規(guī)狀態(tài)下使用約500h，使用壽命較短，使電熱膜技術(shù)與終端產(chǎn)品的使用范圍和使用效果受到限制。其原因是，由上述原料制備的電熱膜溶膠或凝膠，在自然空氣富氧的環(huán)境中熱噴涂時(shí)，氧與金屬離子反應(yīng)生成金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)晶體的同時(shí)，在熱反應(yīng)過程必然地在晶體的“晶格”中產(chǎn)生多余的氧離子，當(dāng)溫度下降或沉化以后或受電加熱時(shí)，晶格中氧離子逐漸“逃逸”，逐漸出現(xiàn)過量的負(fù)離子空位現(xiàn)象，如果沒有足量的活潑的金屬離子給予空位填充，由于離子空位的原因會(huì)在一定的外應(yīng)力下或晶體內(nèi)應(yīng)力作用下，逐漸產(chǎn)生“晶格”的堆積，進(jìn)而逐漸造成同質(zhì)面上的晶體電特性改變和不一致，當(dāng)220Vac受電后會(huì)發(fā)生晶體應(yīng)力釋放或積聚變化，表現(xiàn)為當(dāng)膜表面溫度達(dá)到200℃以上或連續(xù)受電時(shí)間達(dá)數(shù)小時(shí)(有的設(shè)置30min)以后，局部出現(xiàn)打火擊穿而導(dǎo)致電熱膜報(bào)廢。而且電熱膜中所使用的金屬錫需通過四氯化錫間接制，生產(chǎn)效率低，而且由于反應(yīng)過程中產(chǎn)生氯化氫氣體而污染環(huán)境。
其次，在上述溶膠或凝膠的配置過程中，反應(yīng)溫度、時(shí)間、攪拌充分度以及操作環(huán)節(jié)都存在缺陷，主要表現(xiàn)為反應(yīng)溫度過低、時(shí)間不足、攪拌不充分和除金屬外的雜質(zhì)等影響了膜的結(jié)構(gòu)致密度、均勻度和同質(zhì)性，進(jìn)而影響了膜的壽命，約占50％的膜因此而壽命達(dá)不到500h。
另外，上述方法中每次操作都要產(chǎn)生大量的廢液，如離心后倒掉的含Cl-的水、氨水、乙醇等的混合液，洗滌去除Cl-的廢水等，直接排泄到下水管道將造成一定程度的環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種電熱轉(zhuǎn)換效率高的復(fù)合金屬電熱膜溶膠，其不僅使用壽命長(zhǎng)，而且承受電壓高、功率大。
為解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，由下述組份按重量份制備而成納米級(jí)錫粉8～20份、三氯化銻4～10份、氯化亞錫1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化鍺0.01～0.1份、氯化銀0.8～2份、氯化鎳0.1～1份、氯化銅或氯化鋅2～7份、氯化鈉或氯化鉀2～7份、去離子水24～60份、乙醇99.2～312份。
本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種制備上述復(fù)合金屬電熱膜溶膠的方法，通過該方法制備的復(fù)合金屬電熱膜溶膠使用壽命長(zhǎng)，承受電壓高、功率大，而且該方法本身不會(huì)產(chǎn)生大量廢液，綠色環(huán)保。
為解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠的方法，包括以下主要步驟A、準(zhǔn)備器皿和設(shè)備電子天平；可加熱的電攪拌器；帶塞的三角燒瓶并稱重；燒杯；黑紅布瓶罩；避光的恒溫箱；B、準(zhǔn)備原料按所述配方稱取金屬錫納米粉、三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀、所述金屬錫納米粉粒徑在10nm以下，其他為分析純；按所述配方在燒杯中準(zhǔn)備去離子水，在三角燒瓶里準(zhǔn)備乙醇；C、制備溶液將稱取的三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀倒入盛乙醇的三角燒瓶中，制備混合溶液；將盛有溶液的三角燒瓶在不加塞時(shí)放置在攪拌器上邊加熱、邊攪拌，溫度控制在80℃-85℃之間，充分溶解后即為乙醇溶液，并繼續(xù)攪拌備用；D、制備漿液將金屬錫納米粉倒入盛有去離子水的燒杯里，燒杯放置在攪拌器上邊攪拌、邊加熱到100℃，直至混合成漿液；溫度降低至80℃并繼續(xù)攪拌備用；E、制備溶膠將金屬錫納米粉漿液倒入攪拌中的乙醇溶液，并加蓋黑紅布瓶罩避光或在暗室里80℃保溫，繼續(xù)攪拌至少3小時(shí)；F、稱重檢驗(yàn)將所述溶膠稱重，當(dāng)前溶膠重量與累計(jì)原料的總重量之比達(dá)到1/2時(shí)即可停止攪拌；此時(shí)用紅色燈光從三角燒瓶的底部向上投射，溶膠為色澤均勻、透光、無沉淀、穩(wěn)定的膠體；G、將盛放溶膠的三角燒瓶加塞放置在避光的恒溫箱內(nèi)，在82℃±2℃下進(jìn)行48小時(shí)陳化，以增強(qiáng)膠體的穩(wěn)定性；至此所述的復(fù)合金屬電熱膜溶膠的制備工作完成。
采用了上述技術(shù)方案后，由于上述制備方法的反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、攪拌充分，由此制成的電熱膜溶膠均勻度高，同質(zhì)性好，提高了電熱膜的結(jié)構(gòu)致密度，延長(zhǎng)了電熱膜的使用壽命。整個(gè)過程采用的是飽和溶液的制備方式和加熱濃縮工藝，無廢液排放，完全避免了因排放廢液而造成的環(huán)境污染；在熱噴涂時(shí)的揮發(fā)物基本是蒸汽，氯化氫氣體極少，因而也降低了后續(xù)熱噴涂工藝造成的空氣污染。
通過上述方法制備的復(fù)合金屬電熱膜溶膠，其主要效果是1)、由于納米級(jí)金屬錫純度可以達(dá)到100％，納米態(tài)錫粒子原子活潑性極高，在結(jié)晶時(shí)可以完全生成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的二氧化錫晶體，不會(huì)產(chǎn)生“晶格”的堆積。無需通過四氯化錫間接制取金屬錫，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且完全避免了使用四氯化錫產(chǎn)生氯化氫的空氣污染。
2)、根據(jù)銻具有準(zhǔn)金屬和非金屬特性，在溶膠中加入銻，除了可改變金屬膜的電阻外，還具有與錫形成金屬間化合物而提高二氧化錫晶體的硬度和強(qiáng)度，提高了電熱膜的電壓和功率的承受能力。
3)、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀和氯化鎳是填加劑的主相，氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀是填加劑的次相，其作用是調(diào)節(jié)電阻和紅外頻譜。摻入上述組份后，電熱膜的紅外共振主頻的波長(zhǎng)大于水吸熱主頻的波長(zhǎng)，水對(duì)輻射熱的吸收率增強(qiáng)，提高了電熱轉(zhuǎn)換效率。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級(jí)錫粉15份、三氯化銻7.5份、氯化亞錫3份、氯化金0.07份、四氯化鍺0.07份、氯化銀1.6份、氯化鎳0.7份、氯化銅或氯化鋅3份、氯化鈉或氯化鉀3份、去離子水45份、乙醇189.4份。該種配方的溶膠制成電熱膜后，其承受電壓強(qiáng)度為450Vac，承受功率強(qiáng)度25W/cm2，承受通電干燒發(fā)熱的溫度強(qiáng)度750℃。在膜功率強(qiáng)度25W/cm2、水流量0.5L/min、標(biāo)準(zhǔn)電壓250Vac、膜層表面溫度450℃下連續(xù)通電通水運(yùn)行5000h無損壞。
實(shí)施例2一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級(jí)錫粉8份、三氯化銻4份、氯化亞錫1份、氯化金0.01份、四氯化鍺0.01份、氯化銀0.8份、氯化鎳0.1份、氯化銅或氯化鋅7份、氯化鈉或氯化鉀7份、去離子水24份、乙醇99.2份。其承受電壓強(qiáng)度為250Vac，承受功率強(qiáng)度為10W/cm2。
實(shí)施例3一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級(jí)錫粉20份、三氯化銻10份、氯化亞錫4份、氯化金0.1份、四氯化鍺0.1份、氯化銀2份、氯化鎳1份、氯化銅或氯化鋅2份、氯化鈉或氯化鉀2份、去離子水60份、乙醇312份。其承受電壓強(qiáng)度為110Vac，承受功率強(qiáng)度為20W/cm2。
實(shí)施例4一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的金屬錫納米粉為14份、三氯化銻為7份、氯化亞錫2份、氯化金0.05份、四氯化鍺0.05份、氯化銀1份、氯化鎳0.5份、氯化銅或氯化鋅4份、氯化鈉或氯化鉀4份、去離子水42份、乙醇186份。其承受電壓強(qiáng)度為250Vac，承受功率強(qiáng)度為15W/cm2。
實(shí)施例5一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的金屬錫納米粉為17份、三氯化銻為8份、氯化亞錫3份、氯化金0.08份、四氯化鍺0.08份、氯化銀2份、氯化鎳1份、氯化銅或氯化鋅3份、氯化鈉或氯化鉀3份、去離子水51份、乙醇201.6份。其承受電壓強(qiáng)度為250Vac，承受功率強(qiáng)度為20W/cm2。
制備上述復(fù)合金屬電熱膜溶膠的方法，包括以下主要步驟A、準(zhǔn)備器皿和設(shè)備電子天平；可加熱的電攪拌器；帶塞的三角燒瓶并稱重；燒杯；黑紅布瓶罩；避光的恒溫箱；
B、準(zhǔn)備原料按所述配方稱取金屬錫納米粉、三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀、所述金屬錫納米粉粒徑在10nm以下，其他為分析純；按所述配方在燒杯中準(zhǔn)備去離子水，在三角燒瓶里準(zhǔn)備乙醇；C、制備溶液將稱取的三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀倒入盛乙醇的三角燒瓶中，制備混合溶液；將盛有溶液的三角燒瓶在不加塞時(shí)放置在攪拌器上邊加熱、邊攪拌，溫度控制在80℃-85℃之間，充分溶解后即為乙醇溶液，并繼續(xù)攪拌備用；D、制備漿液將金屬錫納米粉倒入盛有去離子水的燒杯里，燒杯放置在攪拌器上邊攪拌、邊加熱到100℃，直至混合成漿液；溫度降低至80℃并繼續(xù)攪拌備用；E、制備溶膠將金屬錫納米粉漿液倒入攪拌中的乙醇溶液，并加蓋黑紅布瓶罩避光或在暗室里80℃保溫，繼續(xù)攪拌至少3小時(shí)；F、稱重檢驗(yàn)將所述溶膠稱重，當(dāng)前溶膠重量與累計(jì)原料的總重量之比達(dá)到1/2時(shí)即可停止攪拌；此時(shí)用紅色燈光從三角燒瓶的底部向上投射，溶膠為色澤均勻、透光、無沉淀、穩(wěn)定的膠體；G、將盛放溶膠的三角燒瓶加塞放置在避光的恒溫箱內(nèi)，在82℃±2℃下進(jìn)行48小時(shí)陳化，以增強(qiáng)膠體的穩(wěn)定性；至此所述的復(fù)合金屬電熱膜溶膠的制備工作完成。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級(jí)錫粉8～20份、三氯化銻4～10份、氯化亞錫1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化鍺0.01～0.1份、氯化銀0.8～2份、氯化鎳0.1～1份、氯化銅或氯化鋅2～7份、氯化鈉或氯化鉀2～7份、去離子水24～60份、乙醇99.2～312份。
2.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級(jí)錫粉15份、三氯化銻7.5份、氯化亞錫3份、氯化金0.07份、四氯化鍺0.07份、氯化銀1.6份、氯化鎳0.7份、氯化銅或氯化鋅3份、氯化鈉或氯化鉀3份、去離子水45份、乙醇189.4份。
3.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級(jí)錫粉8份、三氯化銻4份、氯化亞錫1份、氯化金0.01份、四氯化鍺0.01份、氯化銀0.8份、氯化鎳0.1份、氯化銅或氯化鋅7份、氯化鈉或氯化鉀7份、去離子水24份、乙醇99.2份。
4.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級(jí)錫粉20份、三氯化銻10份、氯化亞錫4份、氯化金0.1份、四氯化鍺0.1份、氯化銀2份、氯化鎳1份、氯化銅或氯化鋅2份、氯化鈉或氯化鉀2份、去離子水60份、乙醇312份。
5.制備如權(quán)利要求2或3或4所述的一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠的方法，包括以下主要步驟A、準(zhǔn)備器皿和設(shè)備電子天平；可加熱的電攪拌器；帶塞的三角燒瓶并稱重；燒杯；黑紅布瓶罩；避光的恒溫箱；B、準(zhǔn)備原料按所述配方稱取金屬錫納米粉、三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀、所述金屬錫納米粉粒徑在10nm以下，其他為分析純；按所述配方在燒杯中準(zhǔn)備去離子水，在三角燒瓶里準(zhǔn)備乙醇；C、制備溶液將稱取的三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀倒入盛乙醇的三角燒瓶中，制備混合溶液；將盛有溶液的三角燒瓶在不加塞時(shí)放置在攪拌器上邊加熱、邊攪拌，溫度控制在80℃-85℃之間，充分溶解后即為乙醇溶液，并繼續(xù)攪拌備用；D、制備漿液將金屬錫納米粉倒入盛有去離子水的燒杯里，燒杯放置在攪拌器上邊攪拌、邊加熱到100℃，直至混合成漿液；溫度降低至80℃并繼續(xù)攪拌備用；E、制備溶膠將金屬錫納米粉漿液倒入攪拌中的乙醇溶液，并加蓋黑紅布瓶罩避光或在暗室里80℃保溫，繼續(xù)攪拌至少3小時(shí)；F、稱重檢驗(yàn)將所述溶膠稱重，當(dāng)前溶膠重量與累計(jì)原料的總重量之比達(dá)到1/2時(shí)即可停止攪拌；此時(shí)用紅色燈光從三角燒瓶的底部向上投射，溶膠為色澤均勻、透光、無沉淀、穩(wěn)定的膠體；G、將盛放溶膠的三角燒瓶加塞放置在避光的恒溫箱內(nèi)，在82℃±2℃下進(jìn)行48小時(shí)陳化，以增強(qiáng)膠體的穩(wěn)定性；至此所述的復(fù)合金屬電熱膜溶膠的制備工作完成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合金屬電熱膜溶膠，由下述組份按重量份制備而成納米級(jí)錫粉8～20份、三氯化銻4～10份、氯化亞錫1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化鍺0.01～0.1份、氯化銀0.8～2份、氯化鎳0.1～1份、氯化銅或氯化鋅2～7份、氯化鈉或氯化鉀2～7份、去離子水24～60份、乙醇99.2～312份。該溶膠制成電熱膜后不僅電熱轉(zhuǎn)換效率高而且使用壽命長(zhǎng)，承受電壓高、功率大。本發(fā)明還公開了制備上述溶膠的方法，該方法采用的是飽和溶液的制備方式和加熱濃縮工藝，無廢液排放，反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、攪拌充分，由此制成的電熱膜溶膠均勻度高，同質(zhì)性好，提高了電熱膜的結(jié)構(gòu)致密度，延長(zhǎng)了電熱膜的使用壽命，整個(gè)過程綠色環(huán)保。
文檔編號(hào)H05B3/12GK1688180SQ20051004220
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者冷同桂, 劉明一, 官明茹 申請(qǐng)人:冷同桂