【正文】 通訊模擬設(shè)備 .................................... 47 結(jié)論與展望 ............................................................49 致 謝 ................................................................50 參考文獻(xiàn) ..............................................................51 參考文獻(xiàn)綜述 ..........................................................52 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 緒 論 在我國，隨著經(jīng)濟(jì)高速增長的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)為能源的欠缺所困擾。解決能源不足的問題不外乎是 開源和節(jié)流，即在開發(fā)多種能源的同時(shí)，進(jìn)一步降低工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能耗。 電熱膜是由特殊材料在相關(guān)基材的表面高溫?zé)Y(jié)而成的薄層面狀發(fā)熱材料。電熱膜元件是在一定溫度下，是玻璃基底上均勻噴鍍上一層氧化金屬膜電阻而成，可用作形狀各異的電加熱元件，如淋浴器、開水器、電熱咖啡杯等，其熱效率比普通加熱元件高，通?？蛇_(dá) 90%左右，借助于電熱膜的無比優(yōu)越性，其發(fā)展前景非常廣闊和遠(yuǎn)大。在國外，已廣泛應(yīng)用于廚房器具、保暖器具、保健器具中。我國對此的研究起步較晚，開始于 70 年代末期，目前還存在膜的附著強(qiáng)度、電阻率的控制、大面積的制膜均勻 性控制以及缺乏配套生產(chǎn)設(shè)備，不能適應(yīng)大工業(yè)生產(chǎn)的需求等突出問題，以及電阻率不一致性、鍍膜的均勻性以及配套生產(chǎn)設(shè)備等問題。因此，設(shè)計(jì)出一條大工業(yè)電熱膜元件生產(chǎn)線就顯得非常的必要。 目前電熱膜元件研究進(jìn)展情況及其應(yīng)用前景 經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要能源，解決能源不足的問題不外乎是開源和節(jié)流，電熱膜加熱產(chǎn)品是由節(jié)能角度設(shè)計(jì)的理想的電加熱產(chǎn)品。若緒論中所講的問題得到解決，將會(huì)有越來越多的電熱膜加熱產(chǎn)品取代傳統(tǒng)的電熱絲產(chǎn)品并推向社會(huì)，其意義不言而愈。 利用電熱膜的加熱性能 ,國內(nèi)己成功開發(fā)或正在開發(fā)的產(chǎn)品主要有 :電熱膜熱水器、電熱膜 開水器、電熱杯、電熱膜拜干洗機(jī)、電熱膜擋風(fēng)玻璃等。這些產(chǎn)品顯著特點(diǎn)是安全可靠、耗電低、低溫使用無明火，加熱速度快。就新產(chǎn)品的開發(fā)而言，利用電熱膜的加熱性能，可以制作原油管路的加熱裝置，以減小輸油阻力；制作柔性電熱帶，纏繞于水管上供應(yīng)溫水或防止凍裂；在日本北陸地區(qū)的待市有融化屋頂積雪的需求，可用電熱膜制作電熱瓦；在鰻魚養(yǎng)殖上，希望水溫理想溫度，可制作電熱膜恒溫水池 ?? 。但是，就電熱膜的生產(chǎn)工藝而言，一些制作方法還未能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、數(shù)量化、缺少配套機(jī)械設(shè)備和規(guī)范化工藝程序，不能滿足大工業(yè)生產(chǎn)的需求。此外，大面積制膜的均勻性控制，成膜工藝的低成本高效率生產(chǎn)等嚴(yán)重成為我國電熱膜生產(chǎn)線發(fā)展的瓶頸。 利用一些膜材料光學(xué)性能，可制作節(jié)能玻璃，對照明光有良好的透過性。生產(chǎn)鍍制 SnO2 膜的玻璃，可用建筑材料，可以降低制準(zhǔn)能耗，冬天室內(nèi)熱源對室外的紅外輻射下降，保持室溫。另外，將這鐘膜制作在白熾燈上，同樣可以將紅外線反射到燈絲上，使燈絲溫度上升，提高發(fā)光效率。還可以減少不必要的熱輻射；利用一些基材的抗腐蝕能力，可制作電熱膜化學(xué)反應(yīng)器。利用 PTC 材料制作自控溫電熱膜元件。膜狀電熱功能材料的開發(fā)可以說是無止境的。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電熱膜元件簡 介 2 1 電熱膜元件 簡介 電熱膜元件的結(jié)構(gòu)和材料 膜狀電熱功能元件一般由電熱功能膜，電極和基體三部分組成。電極為導(dǎo)體，用以降低接觸電阻和電源聯(lián)接。電極多用導(dǎo)體漿料制作， 亦可用金屬箔片及絲制作， 基體的主要作用是襯托電熱功能膜，有時(shí)它也兼 起導(dǎo)熱體，絕緣物，隔離體等作用?；w的形狀主要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要確定，沒有嚴(yán)格的限制。但在帶棱角或凹凸不平的表面上制作電熱功能膜 會(huì)帶來一些弊端，如尖銳部位易產(chǎn)生集膚效應(yīng)；表面過分凹凸難以保證膜層均勻，易形成功率負(fù)荷分布不均等?；w常用材料為玻璃，陶瓷，搪瓷，樹脂基板。 圖 11 電熱膜元件的結(jié)構(gòu) 按膜層厚度區(qū)分：薄膜（ um 以下）；厚膜（ um— mm 級）；特 厚膜（ mm 以上級）。選擇電極材料要考慮到導(dǎo)電性能優(yōu)良，抗熱氧化，與電熱膜材料能有效結(jié)合，且不產(chǎn)生摻雜擴(kuò)散作用，與外部電源容易連接（如焊接性）等。對于性能要求高的電熱制品，主要用 Au、 Ag、 Pt、 Ph 等高價(jià)的貴金屬材料。對于普通產(chǎn)品則盡可能使用 Cu、 Al質(zhì)材料。由于 Cu 在氧化 氣氛中制作是易產(chǎn)生電阻過大和焊接性變差，使用較少。出于特殊需要，有時(shí)也用高熔點(diǎn)金屬 W、 MO、 MOMN 在特殊高溫氣氛下燒制電極。當(dāng)使用高頻焊接工藝時(shí)，亦 可不加玻璃粉料，而加入 Fe、 Ni、 Cu、 Ti 等金屬材料，使其與基體反應(yīng)形成物理化學(xué)結(jié)合。電極材料的性能參見表 12。 表 12 電極材料性能（厚膜） 材 料 Au AuPt Ag AsPt AgPt Al Ni Cu 燒結(jié)溫度℃ 6501100 5001000 500950 6501000 8001000 600700 650950 6001050 （空氣 中） （ N2中） 力阻 Q/sq 用作基體的玻璃，要求有一定的抗熱震性，其中高硼玻璃、微晶玻璃和石英玻璃的熱性能最好。微晶玻璃和石英玻璃耐熱溫度高，抗熱震性能極好，但相對 價(jià)格也較東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電熱膜元件簡 介 3 高。 陶瓷材料作基體，具有耐熱溫度高、傳性能好、與膜體結(jié)合力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在大量使用的陶瓷基體有紫砂與 95 瓷。 由 SiC、 LaCrO3 等陶瓷體構(gòu)成的電熱功能膜，能耐高溫，它們的表面負(fù)荷也比金屬的高，通常金屬膜在開放式加熱器中表面負(fù)荷小于 6W/cm2 ，在高溫時(shí)小于 1W/ cm2 。陶瓷質(zhì)發(fā)熱體可取以上。陶瓷發(fā)熱體的電阻率比金屬膜大，故可制作大面積及特殊形狀的電熱元件。陶瓷體電熱膜的不足之處是熱沖擊強(qiáng)度較小 [1］ 。 電熱膜配方的的設(shè)計(jì) 1 以二氧化錫、硼、四氯化鈦、 氟、鎘、四氯化鎳為原料，以無水乙醇為主要溶液，進(jìn)行充分?jǐn)嚢璩娠柡腿芤?，在耐激變的基材上進(jìn)行７００176。 C 淀漬燒結(jié)制作而成的電熱膜，所說的飽和溶液其組份含量，重量百分比：四氯化錫４７～６０，無水乙醇２８～４８，氫氟酸５～１５，硼酸０．１～１，四氯化鈦０．１～２，氯化鉀１～４，四氯化鎳２～８，三氯化銻２～８。 2 耐折迭聚四氟乙烯電熱膜及其制備方法。解決了已有懸浮聚四氟乙烯電熱膜耐折迭性差、體積電阻率較大的缺陷。耐折迭聚四氟乙烯電熱膜，其組成成分的重量配比是：聚四氟乙烯樹脂分散液 (固含量 )5090 份，炭 黑或石墨的一種或兩種 1045 份。制備方法為：將聚四氟乙烯樹脂分散液 (固含量 )5090 份，炭黑或石墨的一種或兩種1045 份放入恒溫反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行濕法混合、造粒，合成填充 PTFE 分散樹脂，經(jīng)干燥后加入助擠劑充分混合預(yù)成型制成坯體，用推壓機(jī)將坯體強(qiáng)行通過具有一定壓縮比的圓錐形模具，推壓成型至圓條狀，經(jīng)壓延機(jī)壓延制成纖維狀膜，除去助擠劑，經(jīng)燒結(jié)成為物性柔軟強(qiáng)韌的纖維狀電熱膜?？捎糜谥圃斐⌒凸?jié)能電熱毯、電熱服裝、電熱座墊等制品。 3 節(jié)能型無機(jī)電熱涂料是無機(jī)的電熱涂料。由電熱涂料和與其配套使用的電絕緣涂 料組成， (1)電熱涂料由 20％～ 40％的石墨粉、 8％～ 10％的助劑，余量為基料組成； (2)電絕緣涂料 30％～ 40％的云母粉、 8％～ 10％的助劑，余量為基料組成。本涂料的成膜性、附著性及耐水性較好，并且制造成本低，還可適用于 220 伏，以及36 伏～ 12 伏的電壓。 4 納米復(fù)合材料電發(fā)熱膜能在交流或直流電壓下工作、其電發(fā)熱效率在 90％以上，甚至在低電壓下達(dá)到 99％的納米復(fù)合材料電發(fā)熱膜，包含重量比的一種復(fù)合材料和耐 100℃以上高溫的柔性高分子材料，該復(fù)合材料包含占該復(fù)合材料為：納米石墨碳粉；納米碳管；碳纖 維；以及，余量的超細(xì)石墨粉。 5 高溫高效多功能無機(jī)電熱膜 ： 其特征是它由以下組分組成 ： SnCl InClSbCl MnCl BiCl NiCl C2H5OH、 C3H5(OH)3。所述的各組分中均不含有水分及結(jié)晶水，亦不得加入去離子水作為溶劑稀釋。所述的各組分均為分析純等級的原料。與現(xiàn)有技術(shù)比，具有熱效率高，耐高溫，抗氧化，電導(dǎo)率穩(wěn)定，壽命高和用途廣泛的優(yōu)點(diǎn)。 6 耐高溫透明電熱膜生產(chǎn)方法特別是一種摻銻及一種或幾種改良劑的二氧化錫電熱膜及其生產(chǎn) 方法，它是由含銻的氯化物，錫的氯化 物及Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｖ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ的氯化物的一種或幾種的施膜液，通過噴鍍工藝噴鍍在基體表面上經(jīng)水解而形成，具有熱穩(wěn)定性良好，電導(dǎo)率穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。這種電熱膜作為發(fā)熱元件可廣泛地應(yīng)用于以水或空氣等作為加熱介質(zhì)的加熱器具上。 7 低溫輻射碳纖維電熱膜制備方法電熱膜由兩端覆有金屬電極的上層絕緣薄膜，東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電熱膜元件簡 介 4 粘 附有碳纖維層的導(dǎo)電薄膜，及下層絕緣薄膜和金屬反射箔復(fù)合而成。其制備方法有以下步驟：選擇適當(dāng)電阻率的碳纖維，將其切斷至合適的長度，裝入振動(dòng)篩中。試調(diào)整沉降量及輥軸速度使其沉降分布密度控制在預(yù)定 密度。碳纖維均勻的沉降在薄膜上，并被粘附。通過輥壓，粘附碳纖維的薄膜與另一條輥線上的兩端敷有電極的薄膜復(fù)合。復(fù)合薄膜經(jīng)熱壓固化后成為導(dǎo)電薄膜。電熱轉(zhuǎn)換效率更高，綜合性能更高，成本更低廉。制備工藝簡潔，效率高，在滿足了小批量訂單的同時(shí)又能做到規(guī)模化生產(chǎn)。 8 導(dǎo)電塑料氟樹脂復(fù)合電熱膜由氟樹脂導(dǎo)電膜、氟樹脂遠(yuǎn)紅外膜、氟樹脂絕緣層和引出電極復(fù)合而成 .氟樹脂導(dǎo)電膜中含有炭黑或石墨、含氟的陰離子表面活性劑 .氟樹脂遠(yuǎn)紅外膜中含有錳、鈦、硅、鉻、鋯的氧化物 ,引出電極是在鍍銀銅絲網(wǎng)上涂上氟樹脂乳液與導(dǎo)電炭黑。具有氟 樹脂塑料優(yōu)點(diǎn)之外 ,還具有制造工藝簡單 ,可以任意成型 ,具有遠(yuǎn)紅外轉(zhuǎn)換特性 .熱效率高 。 9 復(fù)合型電熱炭膜及制備方法包含耐熱基板、電熱炭膜、抗氧化防護(hù)涂層、導(dǎo)電電極。電熱炭膜由鱗片石墨、炭纖維、鋼纖維、酚醛樹脂、煤瀝青和丙硐組成；或電熱炭膜由鱗片石墨、炭纖維、硬脂酸鋅、酚醛樹脂、聚乙烯醇縮醛和丙硐組成?？寡趸雷o(hù)涂層由碳化硼、碳化硅、硅粉、微量磷酸鋁和水組成。復(fù)合型電熱炭膜制備方法是通過涂刷或熱壓、隔氧炭化、噴涂后固化等工藝復(fù)合型電熱炭膜。在低電壓下發(fā)熱升溫迅速，在一定還原氣氛下表面發(fā)熱溫度突破了傳統(tǒng)的 電熱材料加熱產(chǎn)生的表面溫度，其表面發(fā)熱溫度可突破 2021℃，熱效率高，性能優(yōu)良，安全可靠；而且還可制成單一平面或曲面狀可拆分電熱炭膜元件，成本低，適用范圍廣，使用和維護(hù)更便利 。 10 玻璃導(dǎo)電膜由 SnO2 玻璃導(dǎo)電膜溶液在噴涂裝置中經(jīng)高溫高壓汽化后噴涂在浮法玻璃上，自然冷卻后得到附著在玻璃上的導(dǎo)電膜；所述的 SnO2 玻璃導(dǎo)電膜溶液配料、用量 (wt％ )及配置方法是在 ～ %的 SnCL4 中加 %的水成 A 液；在 A 液中加入 ～ %CH3CH2 和 ～ % NH4F(氟化 胺 )形成 B 液；在 B 液中加入 ～ %C2H5OH 形成 C 液；在 C 液中加入 ～ %HCl 形成 D 液；測試 D液的 pH 值在 的范圍內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是 SnO2 玻璃導(dǎo)電膜質(zhì)量高，制成的導(dǎo)電玻璃產(chǎn)品的方塊電阻小于 10Ω ，可見光透光率 80%左右，玻璃與 SnO2 界面的透射指數(shù) N＝，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于 SnIn 導(dǎo)電玻璃，高溫性能穩(wěn)定。 筆者主要采用耐高溫透明電熱膜生產(chǎn)方法來制備電熱膜 [18]。 電熱膜的制作工藝方法 根據(jù)不同的需求，電熱膜的制作分為薄膜工藝和厚膜工藝兩大類。薄膜的制作工藝主要有：金 屬鹽溶液噴涂熱解法，化學(xué)氣相沉積法，真空蒸發(fā)法，濺射法等。厚膜的制作工藝主要有：涂敷法，燒結(jié)法，塑練法，壓力成形法等。參考文獻(xiàn) [17]。 金屬鹽溶液噴涂熱解法 此法是將作為反應(yīng)物的金屬鹽溶液噴涂到被加熱到高溫的基體材料表面，霧滴在基體表面汽化熱分解成膜。應(yīng)用這一方法最多的是 IN2O3和 SnO2透明導(dǎo)電膜制作。其金屬鹽的基礎(chǔ)溶液為： In2O3膜： InCl3 5H2O： 10kg,HCl： 51， SnCl4:適量 SnO2膜： SnCl4 5H2O： 10kg,HCl： 51， SbCl3:適量 噴涂液在高溫下的反應(yīng)為： 2InCl3+3H2OIn2O3+6HCl