在消费电子领域，有各种各样功能实现需要用到加热部件，如火遍大江南北的马桶发热器、便携自热水杯、电热蒸煮饭盒、电熔枪、美发器、电子烟等等，不仅品种繁多，而且市场增长速度相当迅猛。

要让这些产品自发“热起来”，就少不了发热体的支持。而先进陶瓷因具有高导热、耐高温、耐腐蚀、高绝缘、抗氧化等特性，是常见的发热体选择之一。

目前陶瓷发热体主要分为两类，MCH陶瓷发热体及PTC半导体陶瓷。相比PTC陶瓷发热体，具有相同加热效果情况下MCH陶瓷发热体能节约20~30%电能，发热效率高（可高达98.6%）更加节省能源，且长时间使用无功率衰减，因此是更为主流的选择。

注：MCH是Metal Ceramics Heater的缩写，即金属陶瓷发热体，它是利用高温共烧多层陶瓷技术将发热电阻浆料（钨，钼，锰，银，钯等高熔点金属）按照发热电路设计要求印刷于流延成型生坯（氧化锆、氧化铝陶瓷或氧化锆增韧氧化铝陶瓷等）上，然后多层叠合，发热线路内置于陶瓷材料内，在约1650℃烧结使其一体化，陶瓷体起到保护和绝缘的作用，发热体无明火，耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、稳定均匀、热补偿快，产品不含铅、汞、六价铬等有害物质，可完全符合欧盟环保要求。（图片来源：东莞市国研电热材料有限公司）

那么在现代材料科学与技术的迅速发展的今天，一个优秀耐用的陶瓷发热体应该具有什么特性呢？就此问题小编咨询了专注于金属陶瓷发热体研发、生产、销售的高新技术企业——东莞市国研电热材料有限公司，接下来就一起看看专业厂商的看法吧。

一、发热均匀性佳

这一点很好理解，比如说卷发器，如果发热体的发热均匀性不佳，就会导致头发出现卷度不一的情况。为达到相关要求，要点有：1）充当绝缘层和基体的陶瓷的制备；2）发热线路的布局。

美发器用陶瓷发热体（来源：东莞国研）

首先是陶瓷方面，承载发热电路的陶瓷基体是通过流延成型制备的，纯度、厚度的控制主要就是在这一步中完成，因此对流延工艺的掌握程度就很重要，随后再根据实际需要定制形状和尺寸。至于晶粒大小，则主要受工艺条件的影响：如原料的粒度分布、配方化学组成的控制、烧结制度（包括气氛、压力、最高温度、保温时间及冷却方式等）。

发热电路方面，这一步的操作是在制备出陶瓷流延坯体后，将制备好的高温金属厚膜浆料布线印刷在坯体的一面上，此时线路的设计布局至关重要。同时东莞国研还强调，除了这点外，浆料的用料也要均匀。

参考文献中发热体的印刷线路设计及印刷后样品照片

二、升温迅速

以氧化铝材质为主的陶瓷发热体使用的是目前流行的电阻加热原理设计，即当电流通过发热丝线路时，发热丝线路会发热，而且氧化铝陶瓷等具有金属正温度特性，产品阻值会随着温度上升而增大，从而降低产品的实际使用功率，同时不会影响加热效果。

为了使升温速度更快，理论上陶瓷基板的导热、正温度系数与功率密度原则上越高越好，但这也需要建立在产品温控精确，可确保最终温度符合使用要求的前提下。东莞国研解释，发热陶瓷件的温度是通过控制电阻或电压来控制的，其阻值功率可根据客户需求定制个性化生产的，而升温速度快的主要诀窍则是国研自行研发的金属浆料，可满足客户不同需求。

使用了铂浆料的氧化锆陶瓷发热针Keycore Ⅱ图（来源：东莞国研）

三、发热效率高

出于节能考量，陶瓷发热体的发热效率越高，能省下的电量就越多。东莞国研介绍，陶瓷材料本身就是节能环保的代表，在功率相同的情况下，体积往往只有金属管、玻璃管等电热元件的1/8 ~ 1/3；发热体功率也比其它发热体功率高出许多——目前市面上的MCH发热体的热效率普遍都很高（基本在98%以上），节能（单位热耗电量比PTC节省20~30%），且长时间使用无功率衰减。

四、耐高压

东莞国研介绍，要让陶瓷发热体耐高压，那么陶瓷基板的绝缘阻抗越高越好，这样表面才能安全不带电，比如说国研的发热体产品经测试能耐受2500V、5mA。

五、使用寿命长

若陶瓷发热件的使用寿命足够长且长时间使用无功率衰减，就意味着可实现免维护，因此可以降低使用和维护成本。由于陶瓷本身材质大多能耐酸碱及其他腐蚀性物质，适应高腐蚀等恶劣环境的应用，因此这方面与金属相比有先天优势。因此关注重点主要在：陶瓷基板的强度与散热越高越好，热震（热膨胀系数）越低越好。

除此之外，陶瓷发热件的抗热震性能取决于材料内部热应力，几何形状和环境介质等因素的影响，因此除了与陶瓷本身性能有关外，还与电阻浆料与陶瓷的结合能力、发热线路发热均匀性、网版印刷过程及烧结过程的残余应力及其分布、安装使用受力等条件有关，如印刷线路设计应使得发热时的温度梯度尽可能小，不容易形成热应力集中效应，否则加热片容易炸裂等。

到底怎样的数据才算抗热震性能好呢？东莞国研介绍道他们曾模拟客户使用情景做过耐久性测试，当产品额定电压下测试60S通/30S断，可循环10000 次，然后放置在25℃下2小时以上，就可说明产品抗热震性好。

六、搭配合适的导电金属

这里主要指发热电路用的导电金属材质的选择。据东莞国研介绍，一般使用在此的搭配导电金属有钨浆、铂浆、银浆以及有机物金属等，可依使用温度选择合适的材质进行调配。在国研已量产的产品中，氧化锆陶瓷发热针就是使用铂金浆料，此浆料可使TCR值和控温方面更精准，发热更均匀，让热导率远不如氧化铝的氧化锆在印刷上发热电路后，各方面性能都优于上一代的氧化铝陶瓷发热针。

国研两代发热针产品性能对比

结语

小小的陶瓷加热件，既符合环保要求、不含铅、镉、汞、多溴联苯等有害物质，又有耐腐蚀耐高温、寿命长、高效节能等诸多优点，为我们的生活持续带来温暖。

资料来源：

朱峰. 金属陶瓷发热体的制备和电阻温度系数的调控[D]. 湖北:武汉理工大学,2019.

贾淞,汤红妍,董亮辉,等. MCH陶瓷传导式高效加热技术[C]. //第十六届全国干燥会议 论文集. 2017:177-183.

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