介紹
絕緣介質(zhì)材料能被以絲網(wǎng)印刷的形式印刷在不銹鋼基板上并在850°C下燒結(jié)，用來(lái)制作高阻抗高強(qiáng)度的基板。其特點(diǎn)類似于PES，但是這類絕緣介質(zhì)材料的顯著優(yōu)點(diǎn)是能提供更高的加工處理溫度和工作溫度。在過(guò)去的20年里，全球數(shù)十家知名企業(yè)采用ESL的漿料制作厚膜加熱器。
另外，溫度感應(yīng)元件也可以通過(guò)使用ESL正溫度系數(shù)(PTC)電阻漿料來(lái)制作。
材料
不銹鋼基板
歐盟規(guī)定用于食物產(chǎn)業(yè)的鋼鐵含鉻量要達(dá)到12%，含鉻量低于12%的鋼鐵不能稱之為不銹鋼。304型不銹鋼有著較高的膨脹系數(shù)約18ppm/°C，而430型不銹鋼的TCE約12ppm/°C。
不銹鋼的組成成份被列在下表中
不銹鋼的構(gòu)成
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類型
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C
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Mn
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Si
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Cr
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Ni
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Mo
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P
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S
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304
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奧氏體的
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0.08
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2.0
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1.0
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18 - 20
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8.0 - 10.5
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-
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0.045
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0.03
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316
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奧氏體的
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0.08
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2.0
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1.0
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16 - 18
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10.0 - 14.0
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2.0 - 3.0
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0.045
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0.03
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430
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鐵素體的
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0.12
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1.0
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1.0
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16 - 18
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-
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-
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0.045
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0.03
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430S17
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鐵素體的
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0.08
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1.0
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1.0
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16 - 18
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1.0
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-
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0.045
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0.03
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絲網(wǎng)印刷漿料
絕緣介質(zhì)
ESL 4924 被用于430型不銹鋼，而ESL 4916被廣泛應(yīng)用于304型不銹鋼。兩種漿料都是無(wú)鉛無(wú)鎘的。4924是不含鋇元素的而4916是含有鋇的。在足夠的燒結(jié)厚度下兩者都有著極高的擊穿電壓和絕緣電阻(具體請(qǐng)看加工區(qū)段內(nèi)容)。當(dāng)溫度提供到400度時(shí)，分別燒結(jié)三層的4916的絕緣性會(huì)變的無(wú)法接受。所以在高溫應(yīng)用時(shí)，我們建議印刷更加厚的絕緣介質(zhì)漿料。
導(dǎo)體
ESL銀基導(dǎo)體作為加熱元件的端頭。ESL 9912-A(純銀漿料)就是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的產(chǎn)品。但是我們更加推薦ESL 9695這款銀鈀漿料(銀鈀比為20:1)。所有這些導(dǎo)體漿料都可以被用在4924或4916的介質(zhì)材料上。
電阻
ESL 29XXX系列電阻漿料被用來(lái)制作加熱元件。29XXX中第1個(gè)X代表電阻漿料的方阻(如29115代表100m?的方阻)29XXX第2和第3個(gè)X代表電阻漿料的溫度系數(shù)(如29115代表1500ppm/°C)。
PTC 傳感器
正溫度系數(shù)的電阻漿料能被用于制造溫度感應(yīng)元件。.
玻璃保護(hù)釉
如果需要在加熱電阻或加熱元件上再涂抹一層保護(hù)層，我們?nèi)匀煌扑]您使用4924或4916。
加工處理
不銹鋼基板的準(zhǔn)備
未經(jīng)涂層的不銹鋼基板必須被去除污染物(比如：指紋，灰塵，油跡，油脂等)，一旦清潔完成之后的不銹鋼基板需要再次接觸時(shí)必須帶上手套。
印刷絕緣介質(zhì)
ESL的絕緣介質(zhì)是通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式印刷到相應(yīng)的不銹鋼基板上的。我們建議用165目的無(wú)乳膠的不銹鋼網(wǎng)板進(jìn)行印刷，每一層的燒結(jié)后的厚度應(yīng)該控制在25-30微米之間。您可以使用膜厚測(cè)試儀來(lái)測(cè)量絕緣介質(zhì)的厚度。三層單獨(dú)燒結(jié)的絕緣介質(zhì)漿料將達(dá)到80微米以上的厚度，以確保足夠的絕緣性。請(qǐng)?jiān)跓o(wú)塵和清潔的環(huán)境下進(jìn)行印刷和燒結(jié)工藝，以免細(xì)微的雜質(zhì)造成小孔的出現(xiàn)，這可能會(huì)造成擊穿電壓的下降。漿料在125°C下進(jìn)行干燥并在850°C下進(jìn)行燒結(jié)(具體燒結(jié)曲線圖請(qǐng)參考產(chǎn)品規(guī)格書)。
印刷導(dǎo)體
ESL的導(dǎo)體是通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式印刷在絕緣介質(zhì)上的。我們建議用325目的20微米乳膠厚度的不銹鋼網(wǎng)板進(jìn)行印刷。干燥和燒結(jié)的方法與絕緣介質(zhì)相同或參見(jiàn)產(chǎn)品規(guī)格書。
印刷電阻
ESL 29XXX電阻漿料是通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式印刷在絕緣介質(zhì)上的。我們建議使用250目的5微米乳膠厚度的不銹鋼網(wǎng)板進(jìn)行印刷。一般情況下，電阻印刷的寬度為2.4毫米，厚度為21±1微米，178個(gè)方的螺旋型圖案。干燥和燒結(jié)的方法與絕緣介質(zhì)相同或參見(jiàn)產(chǎn)品規(guī)格書。
印刷玻璃保護(hù)釉
我們建議用165目的無(wú)乳膠的不銹鋼網(wǎng)板來(lái)印刷相應(yīng)的隔離介質(zhì)來(lái)做保護(hù)層。干燥和燒結(jié)的方法如上所述。不可避免的是電阻的阻值會(huì)在燒結(jié)后改變，但這并不會(huì)影響正常的使用。
加熱器設(shè)計(jì)
下面這些介紹是為了協(xié)助客戶設(shè)計(jì)他們的產(chǎn)品�？蛻糇约河辛x務(wù)來(lái)判斷自己的設(shè)計(jì)是否可靠與安全。
功率密度
ESL建議所有的29XXX電阻漿料燒結(jié)后的厚度為10-12微米，以確保功率密度在每平方厘米60瓦以上。
電流密度
ESL建議燒結(jié)后的厚度在10-12微米，以確保電阻元件的電流密度在每毫米3安培。
TCR 注意事項(xiàng)
用在厚膜加熱器的材料有著較高的TCR，所以必須考慮電阻阻值在室溫下與工作溫度下的差異。
計(jì)算公式
比如一個(gè)客戶要求加熱元件能夠支持3000瓦在240伏交流電，最高溫度控制在150°C下。可供印刷的區(qū)域?yàn)?20毫米直徑的基板。
V = I x R Ohm’s Law
功率= 電壓x 電流
溫度系數(shù)= ((RH - RC) x 106) / ( RC x (TH - TC))
在這里: RH=工作溫度時(shí)的電阻阻值; RC=開(kāi)始時(shí)的電阻阻值
TH= 最高溫度, °C; TC= 開(kāi)始時(shí)的溫度, °C
ESL 29115被選來(lái)用于此次計(jì)算
在工作溫度時(shí)的功率 3,000 = 240 x 電流
電流= 12.5 A
在3 A/毫米的電阻圖案上寬度約為4 毫米.(12.5A/ 3A每毫米= 寬度4.17毫米)
電阻在工作溫度下的阻值為240 / 12.5 = 19.2?
材料的TCR為1,500 ppm/°C
所以: 1,500 = ((19.2 - RC) x 106) / (RC x (150-25))
(1,500 x (150-25) x RC) / 106 = (19.2- RC)
0.1875 RC = 19.2 - RC
1.1875 RC = 19.2
RC = 16.17歐姆
為了達(dá)到在室溫下16.17歐姆的電阻阻值，需要做一個(gè)162方的軌跡。軌跡的寬為4毫米，所以長(zhǎng)度為648毫米。軌跡的總面積為2592平方毫米。額定功率為3000瓦，所以功率密度為115.7瓦每平方厘米。這個(gè)數(shù)值太高了，特別是打開(kāi)瞬間的功率。這樣就需要通過(guò)增加面積來(lái)確保安全。這樣就需要有5.5毫米寬890毫米長(zhǎng)的軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾娮?用29115)，現(xiàn)在的面積是49平方厘米，相比功率密度為61瓦每平方厘米。這已經(jīng)是一個(gè)安全的功率密度。沒(méi)有計(jì)算燒結(jié)上層玻璃保護(hù)釉后阻值的變化。在打開(kāi)瞬間的功率為3562瓦，也就是在很短的時(shí)間內(nèi)為72.7瓦每平方厘米。
加熱器布局
理想的加熱器的軌跡是圓形的整齊的沒(méi)有90度角的，因?yàn)?0度角會(huì)導(dǎo)致熱點(diǎn)。
