一种烟具加热针涂层工艺用工装及涂层装置 |
|||||||
| 申请号 | CN202410146509.0 | 申请日 | 2024-02-01 | 公开(公告)号 | CN117987793A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 青岛颐中科技有限公司; | 发明人 | 岳明飞; 李涛; 杨帆; 温升波; 宋时浩; 张书铭; 张从跃; 王辉; 张开超; 李文仆; 张项瑜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及加热 涂层工艺 技术领域，特别涉及一种烟具加热针涂层工艺用工装及涂层装置，涂层工艺用工装包括载具和分布于载具上的多个夹持组件，夹持组件包括用于夹持烟具加热针的夹持部和能够使夹持组件安装在载具上并进行自转的可转动安装部。通过本发明充分提升了加热针涂层的均匀性和同一批次加热针之间的一致性，提高生产工艺良率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种烟具加热针涂层工艺用工装，所述工装包括载具和分布于所述载具上的多个夹持组件，所述夹持组件包括用于夹持烟具加热针的夹持部和能够使所述夹持组件安装在所述载具上并进行自转的可转动安装部。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种烟具加热针涂层工艺用工装及涂层装置技术领域[0001] 本发明涉及加热涂层工艺技术领域，特别涉及一种烟具加热针涂层工艺用工装及涂层装置。 背景技术[0002] 近年来，随着人们对健康的日益关注，人们都意识到传统卷烟对健康有一定的危害，传统卷烟对健康及环境的影响问题开始逐步受到世界各国的重视。现有的电子加热烟具产品主要分为中心加热和周向加热，在中心加热烟具中通常具有一个加热棒并在使用中插入加热卷烟内部，从而采用电阻式加热方式向加热卷烟提供热能。 [0003] 现有用于中心加热烟具的加热棒通常是通过在陶瓷管中塞入加热电阻丝或是将加热电阻丝缠绕在陶瓷管外围来加工制作，前者会由于陶瓷管自身热阻而影响电阻丝向烟支的传热，后者则会导致陶瓷管表面发热不均匀而影响烟气风味。但当本发明人考虑采用加热涂层时发现，目前的涂层装备主要是针对平面物体的，很难在针形加热器表面形成均匀加热涂层(参见图5所示的红外温度分布图)，而且同一批次的加热针的电阻分布和加热效果参差不齐，难以实现产业化。 [0004] 因此，需要对现有的涂层装备进行改进，从而真正实现加热针涂层工艺的产业化。 发明内容[0005] 本发明目的是为了提供一种全新的烟具加热针涂层工艺用工装及涂层装置，充分提升了加热针涂层的均匀性和同一批次加热针之间的一致性，提高生产工艺良率。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案： [0007] 本发明的第一个方面，提供一种烟具加热针涂层工艺用工装，包括载具和分布于载具上的多个夹持组件，夹持组件包括用于夹持烟具加热针的夹持部和能够使夹持组件安装在载具上并进行自转的可转动安装部。 [0008] 进一步的，载具具有轴对称形状，载具能够围绕中心轴进行公转，夹持组件在所述载具呈轴对称分布。 [0009] 进一步的，载具能够沿着中心轴进行往复运动。 [0010] 进一步的，载具通过中心轴固定在万向轴上，载具能够围绕万向轴进行扫摆运动。 [0011] 进一步的，载具为公转盘，中心轴固定于公转盘的一侧的中心位置并带动公转盘进行公转，夹持组件设置在公转盘的另一侧并垂直于公转盘。 [0012] 进一步的，载具为公转辊，中心轴贯穿公转辊并带动公转辊进行公转，夹持组件沿径向设置在公转辊的侧面。 [0013] 进一步的，载具为公转棒，中心轴一端固定在公转棒的端部、另一端固定在万向轴上，夹持组件沿径向设置在公转棒的侧面。 [0014] 本发明的第二个方面，提供一种烟具加热针涂层工艺用涂层装置，涂层装置包括工装和涂层物质发生源，工装包括载具和分布于载具上的多个夹持组件，夹持组件包括用于夹持烟具加热针的夹持部和能够使夹持组件安装在载具上的安装部，夹持组件和涂层物质发生源可发生相对转动。 [0017] 其中，烟具通过加热涂层实现电阻加热或红外加热。可以将加热电阻同时作为测温元件，也可以采用分时复用的方式用于测温，还可以单独设立测温回路和测温导电轨迹进行测温。除了直接利用电阻‑温度公式计算电阻温度外，还可以通过查表法、插值法、外推法等方式推算电阻温度。 [0018] 薄膜沉积工艺主要分为物理气相沉积和化学气相沉积两类。物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)技术指在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积原理可大致分为溅射镀膜、真空蒸镀、电子束蒸镀、电弧离子镀等。 [0019] 磁控溅射(Magnetron Sputtering)是一种常见的物理气相沉积(PVD)工艺，是制造小型电子元器件的主要薄膜沉积方法。磁控溅射具有沉积速度快、成膜质量高、设备成本低、制备工艺相对简单和应用场景广等优点。 [0020] 磁控溅射具体工作原理如图4所示。低真空下的氩气、氮气等单一或混合气体在电场作用下电离并被加速，这些加速后的高能量粒子在电场和磁场作用下对靶材进行轰击，使得靶材表面的原子或离子逃逸，并沉积在衬底或基底表面。磁控溅射是在此基础上，在磁控溅射枪上由于使用了永磁体，这些磁铁放置在靶材后面以产生磁场。由于离子比电子重，因此离子几乎不受磁场的直接影响；但是磁场导致电子在靶材表面做螺旋运动，延长了它们在基板附近的等离子体中的停留时间。这些电子和氩气、氮气等碰撞次数增加，从而产生更多的离子，从而提高了溅射效率。 [0023] 图1是第一个具体实施方式中的工装与磁控溅射装置示意图； [0024] 图2是第二个具体实施方式中的工装与磁控溅射装置示意图； [0025] 图3是第三个具体实施方式中的工装与磁控溅射装置示意图； [0026] 图4是磁控溅射原理示意图； [0027] 图5是现有技术中加热针涂层的红外温度分布图； [0028] 图6是烟具加热棒的立体示意图。 [0029] 其中，附图标记说明如下： [0030] 加热棒：1 [0031] 生棒：10 [0032] 锥帽：15 [0033] 平底：16 [0034] 第一加热引线：21 [0035] 第二加热引线：22 [0036] 法兰：23 [0037] 第一测温引线：24 [0038] 第二测温引线：25 [0039] 金属加热涂层：30 [0040] 第一加热棒夹持工装：40 [0041] 公转盘：41 [0042] 第一自转夹持组件：42 [0043] 可转动安装部：43 [0044] 第一中心轴：44 [0045] 第二加热棒夹持工装：50 [0046] 公转辊：51 [0047] 第二自转夹持组件：52 [0048] 第二中心轴：53 [0049] 第三加热棒夹持工装：60 [0050] 公转棒：61 [0051] 第三自转夹持组件：62 [0052] 万向轴：63 [0053] 第三中心轴：64 [0054] 界面连接层金属：91 [0055] 加热核心层金属：92 [0056] 表面保护层金属：93 具体实施方式[0057] 以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。 [0058] 应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0059] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。 [0060] 参考图6，通常中心加热烟具的加热棒1，包括生棒10、锥帽15、第一加热引线21、第二加热引线22、法兰23、第一测温引线24和第二测温引线25，生棒10上端具有锥帽15，锥帽15具有尖顶，生棒10下端为平底16，生棒10在靠近平底16的侧面设有第一加热引线21，生棒在靠近平底的一端固定有法兰23，法兰23附近设有第二加热引线22，生棒10和第二加热引线22的外表面覆盖有连续的金属加热涂层30。生棒10由内向外依次包括金属芯棒11、绝缘层12、测温层13和保护层14，其中金属芯棒11与第一加热引线21电连接，或者在本实施例中金属芯棒11就是第一加热引线21在生棒10中延伸段。金属芯棒11通过锥帽15与金属加热涂层30电连接。 [0061] 金属加热涂层30覆盖生棒10的圆柱体表面、至少部分锥帽15外表面以及第二加热引线22外部，第一加热引线21通过金属加热涂层30、锥帽15与第二加热引线22形成从底端向顶端再向底端的加热电路。第一测温引线24和第二测温引线25分别与生棒10中的测温层13电连接，从而形成测温电路。当锥帽加热棒1被安装在加热烟具中时，第一测温引线24和第二测温引线25与控制电路连接用于温度控制，第一加热引线21和第二加热引线22与电源和控制电路连接从而可按照实时温度和既定程序进行加热，法兰23用于将加热棒1固定在加热烟具内。 [0062] 加热棒1的制造工艺流程通常包括以下步骤： [0063] S1：制作生棒10，包括：用镍金属线制作一个长30mm、直径1.5mm的棒状，作为第一层金属芯棒11和第一加热引线21；用锣床加工锥帽15，再穿金属芯棒11进入其中，将两部分用机器压紧；将绝缘生带(例如ESL41110‑T，美国ESL公司)用模具压出一个长19mm、宽5mm、厚0.1mm的第一方形簿膜，形成第二层绝缘生坯，后续可烧结成绝缘层12；将绝缘生带(例如ESL41110‑T，美国ESL公司)用模具压出一个长18mm、宽5mm、厚0.1mm的第二方形簿膜，在第二方形簿膜上用钢网印刷PTC感温材料或将感温材料丝嵌入第二方形簿膜(例如PtRh10/Pt，贵研铂业)，形成感温电路以及2个引点，在2个引点上印刷上液体银浆，形成第三层测温生胚，后续可烧结成测温层13；第二层绝缘生坯12和第三层测温生胚13由内向外依次裹坯在金属芯棒11的外侧且预留第一加热引线21不进行裹坯，一头紧贴在锥帽15下方，将另一头削平，形成生棒；将生棒用模具静压，压完后静放10分钟，等干燥后取出备用；将生棒进行高温共烧，温度控制在1200‑1600℃，至少持续30分钟至烧成变硬定型；在烧结的生棒上涂上保护釉(例如ESL4026‑A，美国ESL公司)，然后烧釉，温度控制在720℃左右，至少持续8分钟至烧成变硬形成第四层保护层14。从而获得待进一步加工的生棒10。 [0064] S2：安装法兰、引线，加热棒半成品成型，包括：划镀，用夹具在需要装法兰23的位置处作标记；焊引线，把银浆涂到引点焊盘处，分别放上第一测温引线24、第二测温引线25和第二加热引线22，再装入夹具里固定；在法兰标记处点上陶瓷胶水并装上法兰23；装入夹具放入烤箱200℃烘烤1小时，加热棒半成品成型。从而获得加热棒半成品成型。 [0065] S3：在热棒半成品表面形成金属加热涂层，加热棒最终成型，具体包括： [0066] S301：通过磁控溅射工艺(如图4所示)在加热棒半成品表面形成1‑10μm的第五层金属加热涂层30； [0067] S302：在烧结的生棒上涂上保护釉(优选具有激光调阻特性的釉料，例如ESL4774‑BCG，美国ESL公司)，然后烧釉，温度控制在720℃左右，至少持续8分钟至烧成变硬形成第六层表面封装层； [0069] 获得最终锥帽加热棒，该锥帽加热棒可进一步安装在加热烟具上。 [0070] 本发明所涉及的烟具加热针涂层工艺用工装和涂层装备可用在步骤S301中，即通过磁控溅射工艺在加热棒半成品表面形成第五层金属加热涂层30，通过以下具体实施方式进一步对本发明进行说明： [0071] 实施例一 [0072] 如图1所示的第一个具体实施方式，采用的磁控溅射设备型号为MS600C，磁控溅射设备的腔室内设置第一加热棒夹持工装40，第一加热棒夹持工装40包括作为载具的公转盘41和多个第一自转夹持组件42。第一中心轴44固定于公转盘41的一侧的中心位置并带动公转盘41进行公转，夹持组件42设置在公转盘41的另一侧并垂直于公转盘41。夹持组件42通过可转动安装部43安装在载具上并进行自转的。可转动安装部43可以包含独立电机以实现第一自转夹持组件42的自转，也可以通过传动机构实现多个可转动安装部43被一起带动。 将陶瓷加热棒1夹持在第一自转夹持组件42上，在磁控溅射涂层过程中，第一加热棒夹持工装40将带动加热棒半成品移动和旋转，公转盘41整体会发生公转，同时公转盘41还可以沿着第一中心轴44进行往复上下运动，每个第一自转夹持组件42会带动加热棒半成品发生自转，从而提高加热棒表面涂层均匀性。 [0073] 第五层金属加热涂层30可以进一步分为界面连接层、加热核心层和表面保护层，通过磁控溅射工艺可将作为涂层物质发生源的界面连接层金属91、加热核心层金属92和表面保护层金属93依次沉积在加热棒表面： [0074] (1)界面连接层：先在加热棒半成品上沉积包含钛、镍、铬和/或铝等金属，从而制备金属‑陶瓷连接层，溅射具体参数为：溅射气压0.3‑5Pa，溅射功率1‑4W/cm2，靶材‑基底间距4‑10cm，背底真空2×10‑4Pa，基底温度200‑600℃，溅射气氛氩气(流量10‑60sccm)，镀膜时间2‑60min，膜厚控制在10‑500nm之间，共溅射基底转速0.2‑10rad/min，公转转速0.1‑5rad/min。 [0075] (2)加热核心层：进一步在界面连接层上沉积钛、镍、铝、钼和/或钨等金属，从而制备金属发热核心功能层，溅射具体参数为：镀膜时间2‑10h，膜厚控制在1微米‑10微米之间，获得溅射气压0.3‑5Pa，溅射功率1‑4W/cm2，靶材‑基底间距4‑10cm，基底温度200‑600℃，溅射气氛氩气(流量10‑60sccm)，共溅射基底转速0.2‑10rad/min，公转转速0.1‑5rad/min。 [0077] 此外，在步骤S303中，可以采用光纤激光器对磁控溅射沉积加热陶瓷针半成品进行微纳加工，功率30W。公转盘41进行公转，将带涂层的陶瓷加热棒依次置于光纤激光器前，按照既定控制程序激光器开始刻蚀的同时，公转盘41进行上下运动、第一自转夹持组件42进行自转运动，从而在金属加热涂层上刻蚀出具有预定的导电轨迹和加热电阻。具体的，调节激光器设置功率10‑25W，频率30kHz，扫描速度500‑2000mm/s，重复扫描次数2‑15次，刻蚀线宽0.3mm，长度5‑15mm，刻蚀深度5‑50μm。 [0078] 实施例二 [0079] 如图2所示第二个具体实施方式，磁控溅射设备的腔室内设置第二加热棒夹持工装50，第二加热棒夹持工装50包括公转辊51和多个第二自转夹持组件52，第二中心轴53贯穿公转辊51并带动公转辊51进行公转，第二自转夹持组件52沿径向设置在公转辊的侧面并可以自转。将陶瓷加热棒1夹持在第二自转夹持组件52上，在磁控溅射涂层过程中，第二加热棒夹持工装50将带动加热棒半成品移动和旋转，由于公转辊51会发生公转，每个第二自转夹持组件52会带动加热棒半成品发生自转，从而提高加热棒表面涂层均匀性。在这一个具体实施方式中，界面连接层金属91、加热核心层金属92和/或表面保护层金属93在磁控溅射涂层过程中可以旋转，从而提高加热棒表面涂层均匀性。 [0080] 实施例三 [0081] 如图3所示第三个具体实施方式，磁控溅射设备的腔室内设置第三加热棒夹持工装60，第三加热棒夹持工装60包括公转棒61和多个第三自转夹持组件62，将陶瓷加热棒1夹持在第三自转夹持组件62上，在磁控溅射涂层过程中，第三加热棒夹持工装60将带动加热棒半成品移动和旋转，公转棒61一方面围绕第三中心轴64进行周向转动，另一方面第三中心轴64围绕固定处的万向轴63进行扫摆，从而使得公转棒61整体会发生公转，每个第三自转夹持组件62会带动加热棒半成品发生自转，从而提高加热棒表面涂层均匀性。在这一个具体实施方式中，界面连接层金属91、加热核心层金属92和/或表面保护层金属93在磁控溅射涂层过程中还可以上下移动，从而提高加热棒表面涂层均匀性。 [0082] 在其它的具体实施方式中，可以换用其它常规的化学气相沉积装置或物理气相沉积装置，例如真空蒸镀、电子束蒸镀或电弧离子镀等，只要采用同样的工装和对应的涂层物质发生源即可确保加热棒1表面涂层的均匀性。 [0083] 这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。 [0084] 同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈