液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体及其制备方法与流程

本发明涉及电子烟技术领域，特别是涉及一种液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体及其制备方法。

背景技术：

电子烟作为一种替代传统香烟的新型产品，受到越来越多的消费者青睐。目前电子烟分为烘烤烟草型和雾化烟油型，其中烟油型电子烟核心部件为多孔陶瓷雾化芯，而雾化芯中关键在于多孔陶瓷材料，多孔陶瓷的导热性对雾化效果、抽吸口感起着至关重要的作用，在多孔陶瓷材料里多孔陶瓷的导热性与孔径和孔隙率密切相关。

目前常用的多孔陶瓷基材都是孔径、孔隙率固定，导热性容易过高或过低，存在导热性和烟油雾化效果难以匹配问题。孔隙率越高、孔径越大，陶瓷基材的导热性就越差，可能会漏油；反之，孔隙率越低、孔径越小，陶瓷基材的导热性越高，雾化面的温度越低，导致烟雾量减少，影响口感。

技术实现要素：

本发明提供一种液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体及其制备方法，能够制备不同层的热导率可以调控的多孔梯度陶瓷发热体，不仅使电子烟的口感更细腻、烟油的还原性更好，而且具有吸附和杀菌功能，能够净化烟油。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体，包括：层叠设置的发热雾化层、消毒层以及储油层，所述发热雾化层中设有发热线路，所述消毒层包括多孔陶瓷基材和分散在所述多孔陶瓷基材中的用于吸附和灭菌的无机材料，所述发热雾化层、消毒层以及储油层热导率依次递减。

根据本发明的一个实施例，所述发热雾化层、消毒层以及储油层的孔径和孔隙率依次递增。

根据本发明的一个实施例，所述发热雾化层的孔径为1～10μm，孔隙率为30～50％，热导率为1～10w/(m·k)。

根据本发明的一个实施例，所述无机材料在所述多孔陶瓷基材中的含量为5～30％。

根据本发明的一个实施例，所述多孔陶瓷基材的孔径为10～20μm，孔隙率为40～60％，热导率为0.1～5w/(m·k)。

根据本发明的一个实施例，所述储油层的孔径为30～50μm，孔隙率为60～80％，热导率为0.01～2w/(m·k)。

根据本发明的一个实施例，所述多孔梯度陶瓷发热体还包括至少一个过渡层，所述过渡层设于所述消毒层与所述储油层之间，多个所述过渡层之间依次层叠设置。

根据本发明的一个实施例，所述过渡层的孔径为10～30μm，孔隙率为50～70％，热导率为0.03～4w/(m·k)。

根据本发明的一个实施例，自所述消毒层至所述储油层的层叠方向上，多个所述过渡层的孔径和孔隙率逐渐递增。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的制备方法，所述制备方法包括：

采用干压成型法制备发热雾化层，所述发热雾化层包括按质量百分含量计的如下各组分：第一陶瓷粉体：50～60％、第一烧结助剂：20～30％、第一造孔剂：15～25％；

在所述发热雾化层上采用干压成型法制备消毒层，所述消毒层包括按质量百分含量计的如下各组分：第二陶瓷粉体：40～50％、第二烧结助剂：15～25％、第二造孔剂：25～35％、无机材料：5～30％；

在所述消毒层上采用干压成型法制备过渡层，所述过渡层包括按质量百分含量计的如下各组分：第三陶瓷粉体：40～50％、第三烧结助剂：20～30％、第三造孔剂：25～35％；

在所述过渡层上采用干压成型法制备储油层，得到层状结构的素坯，所述储油层包括按质量百分含量计的如下各组分：第四陶瓷粉体：35～45％、第四烧结助剂：15～25％、第四造孔剂：35～45％；

将所述素坯置于马弗炉中进行排胶处理，排胶温度为400～800℃，保温时间为10min～2h；

将排胶处理后的素坯置于烧结炉中进行高温烧结，得到所述多孔梯度陶瓷发热体，烧结温度为800～1400℃，保温时间为0.5～5h。

本发明的有益效果是：通过调节不同层的材料组分和含量制备不同层的孔隙率、孔径，得到具有不同层结构的热导率可以调控的多孔梯度陶瓷发热体，使电子烟的口感更细腻、烟油的还原性更好，此外，在靠近发热雾化层的一层掺杂具有吸附和杀菌功能的无机材料，净化烟油，使电子烟更加健康、环保。

附图说明

图1是本发明第一实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的结构示意图；

图3是本发明实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1是本发明第一实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的结构示意图，请参见图1，该多孔梯度陶瓷发热体100包括层叠设置的发热雾化层10、消毒层20以及储油层40，发热雾化层10、消毒层20以及储油层40热导率依次递减。

进一步地，发热雾化层10、消毒层20以及储油层40的孔径和孔隙率依次递增。

与消毒层20以及储油层40相比，发热雾化层10相对致密，具有较高的热导率。在发热雾化层10的雾化面上或者内部设有发热线路。发热雾化层10的多孔陶瓷基材包括但不限于氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷。发热雾化层10的孔径为1～10μm，孔隙率为30～50％，热导率为1～10w/(m·k)。优选地，发热雾化层10的孔径为1～8μm，孔隙率为35～45％。

消毒层20具有小孔径、低热导率、高孔隙率特性。低热导率有助于发热雾化层10热量的集中，雾化效率更高，降低能耗。

进一步地，消毒层20包括多孔陶瓷基材和分散在多孔陶瓷基材中的用于吸附和灭菌的无机材料。其中，多孔陶瓷基材包括但不限于氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化硅陶瓷，多孔陶瓷基材的孔径为10～20μm，孔隙率为40～60％，热导率为0.1～5w/(m·k)，优选地，多孔陶瓷基材的孔径为15～20μm，孔隙率为45～55％。无机材料包括但不限于锐钛矿、无机纳米纤维，无机材料在多孔陶瓷基材中的含量为5～30％。无机材料能够赋予多孔梯度陶瓷发热体100良好的吸附和杀菌功能，消毒层20靠近发热雾化层10设置，能够对雾化烟油进行净化，使电子烟更加健康和环保。

储油层40具有大孔径、低热导率、超高孔隙率特性，储油层40的孔径为30～50μm，孔隙率为60～80％，热导率为0.01～2w/(m·k)，优选地，储油层40的孔径为35～45μm，孔隙率为65～75％，储油层40的多孔陶瓷基材为高强度陶瓷，为整个多孔梯度陶瓷发热体100提供足够的强度，储油层40的多孔陶瓷基材包括但不限于氮化硅陶瓷、氧化硅陶瓷。

本发明第一实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体，从发热雾化层10至储油层40的层叠方向上，孔径和孔隙率逐渐递增，热导率逐渐递减，使电子烟的口感更细腻、烟油的还原性更好，此外，在靠近发热雾化层10的一层掺杂具有吸附和杀菌功能的无机材料，净化烟油，使电子烟更加健康、环保。

图2是本发明第二实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的结构示意图，请参见图2，该多孔梯度陶瓷发热体100包括层叠设置的发热雾化层10、消毒层20、过渡层30以及储油层40，发热雾化层10、消毒层20、过渡层30以及储油层40热导率依次递减。

进一步地，发热雾化层10、消毒层20、过渡层30以及储油层40的孔径和孔隙率依次递增。

在本实施例中，过渡层30设置至少一个，如图2所示，过渡层30设置多个，多个过渡层30之间依次层叠设置，各个过渡层30的孔径、孔隙率不同，且自消毒层20至储油层40的层叠方向上，多个过渡层30的孔径和孔隙率逐渐递增。

在本实施例中，过渡层30具有大孔径、低热导率、高孔隙率特性，过渡层30的孔径为10～30μm，孔隙率为50～70％，热导率为0.03～4w/(m·k)，优选地，过渡层30的孔径为20～30μm，孔隙率为55～65％，过渡层30的多孔陶瓷基材为高强度陶瓷，为整个多孔梯度陶瓷发热体100提供足够的强度，过渡层30的多孔陶瓷基材包括但不限于氮化硅陶瓷、氧化硅陶瓷。

本实施例的发热雾化层10、消毒层20以及储油层40与图1中的发热雾化层10、消毒层20以及储油层40具有相同的结构和特征，在此不再一一赘述。

本发明第二实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体在第一实施例的基础上，通过设置多个过渡层30，使得过渡层30的孔隙率、孔径、热导率的可调控空间更大，进一步改善多孔梯度陶瓷发热体100的导热性，进而改烧电子烟的口感和烟油的还原性，提升用户体验。

图3是本发明实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的制备方法的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图3所示的流程顺序为限。如图3所示，该方法包括步骤：

步骤s101：采用干压成型法制备发热雾化层，发热雾化层包括按质量百分含量计的如下各组分：第一陶瓷粉体：50～60％、第一烧结助剂：20～30％、第一造孔剂：15～25％。

在步骤s101中，先将发热线路预先固定在模具中，然后填充第一陶瓷粉体、第一烧结助剂和第一造孔剂，通过干压成型形成发热雾化层。

第一陶瓷粉体可以为氧化铝陶瓷粉体、氮化硅陶瓷粉体，第一烧结助剂可为玻璃粉和釉料中的一种或者两种，第一造孔剂可为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，简称pmma)、聚苯乙烯(polystyrene，简称ps)、炭粉、碳粉、淀粉、面粉、碳酸盐、铵盐中的一种或多种。

步骤s102：在发热雾化层上采用干压成型法制备消毒层，消毒层包括按质量百分含量计的如下各组分：第二陶瓷粉体：40～50％、第二烧结助剂：15～25％、第二造孔剂：25～35％、无机材料：5～30％。

在步骤s102中，在步骤s101制得的发热雾化层上填充第二陶瓷粉体、无机材料、第二烧结助剂和第二造孔剂，通过干压成型形成消毒层。

第二陶瓷粉体可以为氧化铝陶瓷粉体、氧化锆陶瓷粉体、氧化硅陶瓷粉体，第二烧结助剂可为玻璃粉和釉料中的一种或者两种，第二造孔剂可为pmma、ps、炭粉、碳粉、淀粉、面粉、碳酸盐、铵盐中的一种或多种，无机材料可以为锐钛矿、无机纳米纤维。

步骤s103：在消毒层上采用干压成型法制备过渡层，过渡层包括按质量百分含量计的如下各组分：第三陶瓷粉体：40～50％、第三烧结助剂：20～30％、第三造孔剂：25～35％。

在步骤s103中，在步骤s102制得的消毒层上填充第三陶瓷粉体、第三烧结助剂和第三造孔剂，通过干压成型形成过渡层。

第三陶瓷粉体可以为氮化硅陶瓷粉体、氧化硅陶瓷粉体，第三烧结助剂可为玻璃粉和釉料中的一种或者两种，第三造孔剂可为pmma、ps、炭粉、碳粉、淀粉、面粉、碳酸盐、铵盐中的一种或多种。

步骤s104：在过渡层上采用干压成型法制备储油层，得到层状结构的素坯，储油层包括按质量百分含量计的如下各组分：第四陶瓷粉体：35～45％、第四烧结助剂：15～25％、第四造孔剂：35～45％。

在步骤s104中，在步骤s103制得的过渡层上填充第四陶瓷粉体、第四烧结助剂和第四造孔剂，通过干压成型形成储油层。当过渡层包括多个时，各个过渡层采用干压成型法依次制备，各个过渡层所包含的组分可以相同或不同，可以通过调节各个过渡层中造孔剂的粒径和含量来控制孔隙率和孔径的大小，以达到自消毒层至储油层的层叠方向上，多个过渡层的孔径和孔隙率呈逐渐递增的趋势的目的。

第四陶瓷粉体可以为氮化硅陶瓷粉体、氧化硅陶瓷粉体，第四烧结助剂可为玻璃粉和釉料中的一种或者两种，第四造孔剂可为pmma、ps、炭粉、碳粉、淀粉、面粉、碳酸盐、铵盐中的一种或多种。

步骤s105：将素坯置于马弗炉中进行排胶处理，排胶温度为400～800℃，保温时间为10min～2h。

在步骤s105中，优选地，排胶温度为500～700℃，保温时间为0.5～1h。

步骤s106：将排胶处理后的素坯置于烧结炉中进行高温烧结，得到多孔梯度陶瓷发热体，烧结温度为800～1400℃，保温时间为0.5～5h。

在步骤s106中，优选地，烧结温度为850～1300℃，保温时间为0.5～4h。烧结炉可为马弗炉、气氛炉烧结，若发热雾化层、消毒层、过渡层以及储油层的多孔陶瓷基材均为氧化物，则选择在马弗炉中烧结，若发热雾化层、消毒层、过渡层以及储油层的多孔陶瓷基材含有非氧化物，则选择在气氛炉中烧结，烧结气氛可为h2、n2、he、ar等中的一种或者多种气体的混合气氛。

本发明实施例的液体雾化器用多孔梯度陶瓷发热体的制备方法，一方面通过调节各层中造孔剂的粒径和含量来控制孔隙率和孔径的大小，造孔剂的含量为5～50％，粒径为10-100μm，另一方面通过控制不同层中烧结助剂的含量来达到层状结构的素坯能够共烧的目的，烧结助剂的含量为1～50％，从而制备不同层的热导率可以调控的多孔梯度陶瓷发热体，不仅使电子烟的口感更细腻、烟油的还原性更好，而且具有吸和附杀菌功能，能够净化烟油。

在一个优选地实施例中，步骤(1)先将发热线路预先固定在模具中，然后填充第一陶瓷粉体、第一烧结助剂和第一造孔剂，通过干压成型形成发热雾化层；第一陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体，含量为55％；第一烧结助剂为玻璃粉，含量为25％；第一造孔剂为ps，粒径为10μm，含量为20％；步骤(2)在步骤(1)制得的发热雾化层上填充第二陶瓷粉体、无机材料、第二烧结助剂和第二造孔剂，通过干压成型形成消毒层；第二陶瓷粉体为氧化硅陶瓷粉体，含量为45％；第二烧结助剂为玻璃粉，含量为20％；第二造孔剂为ps，粒径为20μm，含量为30％；无机材料为锐钛矿，含量为5％；步骤(3)在步骤(2)制得的消毒层上填充第三陶瓷粉体、第三烧结助剂和第三造孔剂，通过干压成型形成过渡层；第三陶瓷粉体为氧化硅陶瓷粉体，含量为45％；第三烧结助剂为玻璃粉，含量为25％；第三造孔剂为ps，粒径为30μm，含量为30％；步骤(4)在步骤(3)制得的过渡层上填充第四陶瓷粉体、第四烧结助剂和第四造孔剂，通过干压成型形成储油层，得到层状结构的素坯；第四陶瓷粉体为氧化硅陶瓷粉体，含量为40％；第四烧结助剂为玻璃粉，含量为20％；第四造孔剂为ps，粒径为50μm，含量为40％；步骤(5)将步骤(4)干压之后形成的素坯转到马弗炉中排胶，排胶温度为500℃，保温时间为0.5h；步骤(6)将排胶处理后的素坯置于马弗炉中进行高温烧结，烧结温度为850℃，保温时间为3h，最终得到多孔梯度陶瓷发热体。

本实施例的粒径通过激光粒度仪测试，孔径通过压汞法测试，孔隙率通过多孔陶瓷孔隙率测试仪测试，热导率通过导热系数分析仪hs-dr-5测试，本实施例制备得到的发热雾化层的孔径为9μm，孔隙率为45％，热导率为5.5w/(m·k)；消毒层的孔径为18μm，孔隙率为53％，热导率为1.3w/(m·k)；过渡层的孔径为23μm，孔隙率为59％，热导率为0.5w/(m·k)；储油层的孔径为46μm，孔隙率为66％，热导率为0.2w/(m·k)，从测试数据可以看出，发热雾化层、消毒层、过渡层以及储油层的孔径和孔隙率依次递增，发热雾化层、消毒层、过渡层以及储油层的热导率依次递减，表明通过上述方法制备得到的多孔梯度陶瓷发热体中不同层结构的孔径、孔隙率以及热导率可以调控。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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