本发明属于掺合型无机厚膜电加热技术，与硅酸盐技术、印刷电路技术，锡焊技术有关。 电热器具自问世以来有一百多年历史了，电热器具的电热元件通常采用电热丝作为电发热体。其主要缺点是：（1）热效率低（敞开式电炉的热效率只有42%-50%;电饭煲的热效率为70%-72%）;（2）成本高（镍络电热丝每公斤300-380元，必须配有电炉盘、云母片、石棉板及其他耐高温部件，电热系统结构复杂，成本较高）;（3）使用寿命短（电热丝通电加热时，一般工作在800℃以上的红热状态，直接暴露于空气中极易氧化）。针对电热丝加热方式存在的上述缺点，早在五十年代初，国际上提出采用电热膜作为电发热体的构想，发达国家在这方面的研究工作从未间断，但至今由于成膜材料大多使用金、银、铂及其他贵金属材料或氧化铟、氧化锡以及铟锡氧化物等掺杂的半导体膜材料，制膜工艺要求高、制膜设备复杂，成本太贵，使电热膜加热方式的应用仅限于航天，航空等少数高消费领域。
本发明的目的在于提出一种厚膜电发热体及制备方法，与传统的电热丝加热方式及其他电加热方式（如微波炉和电磁灶，热效率为80%-85%，成本价格高，属于高价电热器具）相比具有显著的优点是：（1）热效率高（热效率可达93%）;（2）成本低（膜材料成本以10瓦/平方厘米计仅为0.50元/千瓦膜）;（3）使用寿命长（可达10000小时以上）。与现有的其他电热膜技术相比，具有工艺性好，设备简单，适于大批量工业化生产，原材料都是普通工业原料，价格低廉，来源充足等显著优点，为在电加热领域推广应用电热膜加热方式提供了一整套新颖实用的技术方案。
本发明由厚膜电热膜，厚膜导电电极和可直接锡焊的厚膜导电焊点所构成。采用厚膜工艺（包括喷涂、刷涂、刮涂、浸涂、丝网印刷等厚膜工艺）直接制备在被加热器皿的外表面或电热元件的加热面（被加热器皿和电热元件必须由耐温绝缘材料所制成，如玻璃、搪瓷、陶瓷、云母片、表面经过绝缘处理的金属等），经烘干和烧结而永结地与被加热器皿或电热元件制成一体，通过调整膜配方、膜工艺、膜厚和膜几何图形可准确地控制膜功率密度（瓦/平方厘米）和膜总功率（瓦），在平面、曲面或任意凹凸面上可一次制成任何复杂的膜形，对于非均匀加热或局部加热的特殊情况尤为方便。膜的功率密度可根据需要在0-15瓦/平方厘米范围内选择，强制冷却时，膜功率密度可达80瓦/平方厘米以上，膜供电电源根据需要可设计成高压、低压、交流或直流，在一个电热产品上，可设计几块独立的膜形，通过转换开关，改变膜的串并联方式，可以方便地调节膜功率密度和膜总功率，膜受到划伤、刮伤等机械损伤时，可以方便地采用涂敷方法加以修复。本发明所使用的全部原材料都是普通工业原料，每千瓦膜仅为3-5克左右（以10瓦/平方厘米计）膜材料耗量极省，膜材料成本极低，仅为0.50元/千瓦膜。厚膜电发热体取代了传统的电热丝、电热管，电热盘等电热元件，省去了云母片、石棉板，炉盘等辅助部件，使电热系统结构大为简化，成本大幅度降低。
本发明的导电机理：在导电粉末材料中加入由多种氧化物所构成的厚膜交联剂，经烧结使导电粉末相互搭接而形成微观网络式导电通道。
本发明的高效节能强化传热机理：
①厚膜电发热体与被加热器皿或电热元件制成一体，发热面与受热面之间地接触面大于其几何面积（接触面有微小凹凸，展平后，真实接触面大于几何接触面）构成了最大限度的导热面，传热热阻较小。
②1000瓦厚膜电发热体自重仅3-5克左右（以10瓦/平方厘米计）自身热容能耗可忽略不计。
③厚膜电发热体发出的热量以热传导方式直接为受热体（即被加热器皿或电热元件）所吸收，与受热体始终处于平衡加热状态。例如：一块面积为100平方厘米1000瓦的厚膜电发热体制备在搪瓷火锅底面外侧，当锅内水处于100℃恒沸状态时，膜温最高只有150℃-180℃左右，纸张或棉花直接与膜接触也不会将其引燃，如此低的膜工作温度，大大降低了辐射对流热损失，解决了在通电加热状态下，膜材料氧化的问题，使膜工作寿命长达10000小时以上。这就是厚膜电热产品的热效率高达85%-93%;比电热丝加热方式具有显著的节能效果的机理。
本发明提出的厚膜电热膜由石墨（C）、氧化铅（PbO）、氧化磷（P2O5）、氧化硼（B2O3）、氧化硅（SiO2）和氧化铜（CuO）（或氧化钴CoO）所组成。其组份配比（重量%）为：石墨10%-60%、氧化铅30%-65%、氧化磷2%-6%、氧化硼5%-15%、氧化硅1%-7%、氧化铜（或氧化钴）0.10%-0.80%。
本发明提出的厚膜导电电极由石墨（C）、银（Ag）、氧化铅（PbO）、氧化磷（P2O5）、氧化硼（B2O3）、氧化硅（SiO2）和氧化铜（CuO）（或氧化钴CoO）所组成。其组份配比（重量%）为：石墨10%-20%、银35%-45%、氧化铅25%-32%、氧化磷2%-5%、氧化硼5%-8%、氧化硅2%-5%、氧化铜（或氧化钴）0.1%-0.6%。
本发明提出的可直接焊锡的厚膜导电焊点由银（Ag）、氧化铅（PbO）、氧化磷（P2O5）、氧化硼（B2O3）、氧化硅（SiO2）和氧化铜（CuO）（或氧化钴CoO）所组成。其组份配比（重量%）为：银97.10%-99.00%、氧化铅1.00%-2.00%、氧化磷0.10%-0.20%、氧化硼0.30%-0.40%、氧化硅0.10%-0.20%、氧化铜（或氧化钴）0.01%-0.10%。
上述的厚膜电热膜，厚膜导电电极和厚膜导电焊点的组份中，石墨是电阻填料和界面应力缓冲填料。银是导电填料和挂锡金属填料。氧化铅、氧化磷、氧化硼、氧化硅、氧化铜（或氧化钴）经高温烧熔球磨过筛制成厚膜交联剂。其中氧化铜（或氧化钴）的作用是提高厚膜交联剂与石墨和银的浸润性并降低交联剂的软化粘度。氧化铅、氧化磷、氧化硼、氧化硅四种氧化物是厚膜交联剂的非晶结构骨架。三种厚膜交联剂的作用是烧结过程中软化流动并与石墨、银浸润粘合，而烧结成与底材结合牢固的厚膜导电电极、厚膜电热膜和厚膜导电焊点。
本发明的制备方法，根据厚膜电热膜、厚膜导电电极、厚膜导电焊点三种组份配比称取适量氧化铅、氧化磷、氧化硼、氧化硅、氧化铜（或氧化钴），混匀后于高温下分别烧熔，烧熔温度均为800℃-1200℃，烧熔时间均为20分钟-70分钟，烧熔好的三种料块，须经球磨过筛制成三种粉末状厚膜交联剂，厚膜电热膜交联剂和厚膜导电电极交联剂的粉末颗粒直径应≤60μ，厚膜导电焊点交联剂的粉末颗粒直径应≤50μ。然后根据三种组份配比取适量的石墨粉与厚膜电热膜交联剂混匀，取适量石墨粉、银粉与厚膜导电电极交联剂混匀，取适量银粉与厚膜导电焊点交联剂混匀，分别添加适量松油醇，调成粘度适当的厚膜电热膜、厚膜导电电极、厚膜导电焊点三种浆料，按工艺流程采用厚膜工艺，分别制备所需图形的厚膜导电电极和厚膜电热膜，在电极的适当部位涂制厚膜导电焊点，（厚膜电热膜的膜厚为0.05毫米-0.60毫米。厚膜导电电极的膜厚为0.10毫米-0.50毫米，厚膜导电焊点的膜厚为0.10毫米-0.40毫米）经烘干和烧结可制成所需膜形的厚膜电发热体。厚膜导电电极、厚膜电热膜和厚膜导电焊点的烘干条件均为150℃-200℃下，烘干5分钟-30分钟，烧结条件均为450℃-620℃下，烧结6分钟-30分钟。三种厚膜交联剂的组份可直接采用组份配比中给出的氧化物，也可以采用化学当量的其他化合物作为三种厚膜交联剂中五种氧化物的原料。其中氧化铅（PbO）可以用化学当量的PbO2、PbCO3、2Pb（OH）2或Pb3O4为原料，氧化硼（B2O3）可以用化学当量的H3BO3为原料，氧化硅（SiO2）可以用纯度在98.5%以上的石英砂为原料，氧化磷可用化学当量的Ca3（PO4）2或Mg3（PO4）2为原料，氧化铜（CuO）可用化学当量的Cu2O或CuCO3为原料，氧化钴（CoO）可用化学当量的Co2O3为原料。厚膜导电电极与厚膜导电焊点中的银可采用平均颗粒直径为4μ-60μ，纯度为99.5%以上的银粉，也可采用化学当量的Ag2O或Ag2CO3作为银的原料。厚膜电热膜与厚膜导电电极中的石墨粉，其颗粒直径为4μ-60μ，纯度为90-99.5%，松油醇是用来调整浆料粘度的稀释剂，在烘干烧结过程中，稀释剂完全挥发干净，稀释剂的加入量（重量%）为25%-65%以浆料粘度适于采用厚膜工艺制膜为准，可选用的稀释剂还有：甘油、丙二醇、二丁脂、松节油、樟脑油、食用油、润滑油等，可以任选其中一种，也可以混合使用。
本发明技术参数：
表一：应用本发明开发的电热产品性能参数表序号性能参数名称性能参数1使用寿命≥10000小时2热效率85%-93%3材料成本≤0.50元／千瓦膜4供电电源6V/12V/24V/36V DC110V／220V／380V AC.50-60Hz5安全性能符合国标或国际IEC标准
＊ 以10瓦/cm2计
本发明的用途：
①应用本发明可开发多种电热器皿，如电热杯、电热开水瓶、电热饮水桶、电火锅、电瓦撑、电饭煲、电热饭盒，电热咖啡壶等。
②应用本发明可开发多种电热器具，如电热淋浴器、电暖器、电暖风机、电热玻璃仪器、电热医疗器具、电热台板等。
③应用本发明可开发多种电热元件，如电热板、非金属电热管、超轻超薄式电热片和电热条带，特种微小体积电热元件，各种形状的远红外电热元件等。
④本发明在工业、农业、国防和科研等领域有着广泛的应用前景。应用本发明取代传统的电热丝，可显著提高效率，降低能耗，简化电热系统结构，降低成本，延长电热元件使用寿命。
本发明与现有技术相比所具有显著的优点是：
①全部组份均为无机材料，耐温、耐湿、不老化，可耐受长期冷热循环。
②厚膜电热膜、厚膜导电电极和厚膜导电焊点相互烧结成一体，导电连接可靠。采用厚膜工艺制膜，有足够的导电截面，电流负荷能力强，可负荷较大的工作电流。耐受大电流冲击能力强。
③电热膜、导电电极和导电焊点均为厚膜多相内复合材料，具有足够的柔性，对底材的线膨胀系数的适应性较宽，与不同线膨胀系数的玻璃、陶瓷、搪瓷、云母片等底材烧结成一体，在急冷急热的长期冷热循环状态下，不会出现由于底材线膨胀系数的不同所造成的膜应力断裂的现象。
④厚膜电发热体与受热底材制成一体，处于平衡加热状态，膜工作温度低，无明火、安全可靠、不氧化，使用寿命长。
⑤实现了强化传热，热效率高达93%，节能效果显著。
⑥全部原材料均为普通工业原料，价格低廉，来源充足，厚膜电发热体耗材少（以10瓦/平方厘米计），每千瓦膜耗材只有3-5克，材料成本低，省去了炉盘、云母片、石棉板等辅助零部件，简化了电热系统结构，使电热系统成本大为降低。
⑦采用厚膜工艺制膜，设备简单，工艺性好，成品率高，可以准确控制膜功率（瓦）和膜功率密度（瓦/平方厘米）适于大批量工业化生产。
以下结合附图对本发明作进一步详细描述：
附图1-本发明工艺流程图
附图2-本发明结构示意图
1-厚膜电热膜;
2-厚膜导电电极;
3-厚膜导电焊点;
4-绝缘底材。
附图3-电热器皿结构示意图
5-厚膜电热膜;
6-厚膜导电电极;
7-厚膜导电焊点;
8-器皿体（陶瓷、玻璃、搪瓷）。
附图4-电热元件结构示意图
9-厚膜电热膜;
10-厚膜导电电极;
11-厚膜导电焊点;
12-绝缘底材（陶瓷、玻璃、搪瓷）。
结合附图说明本发明的实施例。
厚膜导电电极：
表三：厚膜导电电极组份明细表
厚膜导电电极制备方法（以制料1公斤为例）：
根据表三给出的组份配比，称取315.8克氧化铅、26.1克氧化磷、65.3克氧化硼、26.1克氧化硅、1.7克氧化铜，将上述五种配比量的物料混合均匀，放入坩锅内，于900℃下烧熔60分钟制成料块，球磨48小时，过250目标准筛，制成厚膜导电电极交联剂。再根据表三给出的组份配比称取130克石墨粉、435克银粉、与制成的导电电极交联剂混匀，加入适量松油醇，研成粘度适当的厚膜导电电极浆料，选用60目或80目的丝印网板在绝缘底材上印制厚膜导电电极。于150℃-200℃下烘干15分钟，于520℃±10℃的温度下烧结12分钟，用电阻表测量每条电极两端的电阻值≤0.5Ω为合格。
厚膜电热膜：
表四：厚膜电热膜组份明细表
厚膜电热膜制备方法（以制料1公斤为例）：
根据表四给出的组份配比称取484克氧化铅、40克氧化磷、100克氧化硼、40克氧化硅、2.7克氧化铜，将以上五种配比量的物料混合均匀，放入坩锅内，于1000℃下烧熔60分钟，制成料块，球磨48小时，过250目标准筛，制成厚膜电热膜交联剂备用，然后根据表四给出的组份配比，称取333.3克石墨粉，加入适量松油醇，调制成粘度适当的厚膜电热膜浆料，选用厚度适当的丝印网板（如60目）在绝缘底材上印制厚膜电热膜，于150℃-200℃下烘干15分钟，尔后于500℃±10℃条件下烧结13分钟即成。
厚膜导电焊点：
表五：厚膜导电焊点组份明细表
厚膜导电焊点制备方法（以制料1公斤为例）：
根据表五称取17.7克氧化铅、1.5克氧化磷、3.6克氧化硼、1.5克氧化硅、0.1克氧化钴，将以上五种配比量的物料混合均匀，放入坩锅内，于950℃下烧熔20分钟，制成料块，球磨50小时，过300目标准筛，制成导电焊点交联剂备用，再根据表五给出的组份配比，称取1047.9克氧化银（Ag2O）或1246.9克碳酸银（Ag2CO3）与导电焊点交联剂混合均匀，加入适量松油醇，调制成粘度适当的浆料，印制厚膜电热膜后，在电极部位涂制导电焊点，其厚度应控制在0.2毫米-0.4毫米，与厚膜电热膜同时烘干和烧结，烘干和烧结条件与厚膜电热膜相同，在烧结过程中Ag2O或AgCO3还原成975.6克网络状银，检验合格后，即可挂锡，焊线。