導熱耐溫複合電熱體及其製造方法
2023-10-04 16:03:59 2
專利名稱：導熱耐溫複合電熱體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種以碳化矽或氮化矽結合碳化矽等高導熱率耐高溫材料作為基材，用以燒制導熱耐溫複合電熱體基體的配方和燒制工藝、用此基體製作導熱耐溫複合體的方法，以及用此方法生產的六種基型的導熱耐溫複合電熱體系列產品。
目前，工業和民用電熱產品中使用較多的電加熱器主要是螺旋纏繞的電熱合金絲，或以它為基礎製作的電熱管，或以電熱管為基礎再加導熱金屬製作的電熱盤，工業上還將螺旋狀電熱絲安裝在碳化矽爐堂、爐管、爐板的絲孔內，以提高導熱性和耐溫性。以上這些加熱器大都是以空氣作為導熱介質，或以氧化鎂粉作為導熱介質的，由於空氣的導熱率很低，氧化鎂的導熱率也不高，所以這類加熱器存在傳熱慢，發熱元件工作溫度過高，元件使用壽命短、器件熱效率低、耗能多等缺點；近年來市場上又出現了兩種新式的電熱器件，一是各種類型的電熱膜，一種是導電陶瓷發熱元件，電熱膜和導電陶瓷的優點是加熱速度快，熱效高，它們又有各自的嚴重不足之處，電熱膜由於很薄，物質含量少，耐電壓衝擊和耐電流衝擊的性能都很差，容易損壞；導電陶瓷易老化，使用壽命短；這兩種器件在高溫區和大功率區的使用上都受到限制。
本發明的目的是要提供一種傳熱快、熱效高、壽命長、功率範圍大、使用溫度範圍寬、安裝使用方便的導熱耐溫複合電熱體，提供燒制這種複合電熱體基體的配方和燒制工藝，以及用基體製作複合電熱體的方法。
本發明的目的是這樣實現的，分為獨立器件型和一體化型兩種實現方式，獨立器件型是這樣製作的，將碳化矽或氮化矽結合碳化矽等高導熱耐高溫材料燒製成帶有設定溝槽和電極引出孔的複合電熱器基體，基體分為平面圓型、曲面圓型、平板方型、半圓筒型、管型和坩堝型等六種基型系列，基體燒制好以後，按所需功率選取一定截面積的電熱合金絲或帶，沿槽溝平直安裝在槽內，並通過電極引出孔安裝供電電極，電熱絲可以是一根或多根，可以是多根並聯或串聯，工作電源可以是交流或直流，安裝好電熱合金絲或帶及電源電極以後，用高導熱耐高溫膠泥將槽溝和引出孔部位填平，將電熱元件封埋在導熱耐溫基本內，然後將裝填好的電熱體送入高溫爐中烘烤燒結，或室溫固化，待填料固化乾燥燒結好以後，就可以使用了，也可以再在複合電熱體的表面塗別一層增強輻射的塗料及防護塗料，這就完成了獨立器件型的製作；一體化型的導熱耐溫複合電熱體是這樣製作的，在被加熱器具(導體類)的外壁先製作絕緣支架及電極座，將電熱合金絲或帶按設計功率安裝在絕緣支架上，並接上電源引出電極對絕緣類被加熱器具，可以直接在其外壁安裝電熱絲或帶及電極，然後用導熱耐溫塗料圍繞被加熱器具將電熱絲或帶塗埋在導熱耐溫塗料內，待塗料乾燥後，送入高溫爐內燒結或室溫固化，然後，再在其外包復保溫層及加固層，即完成了一體化型導熱耐溫複合電熱體的製作；另一種一體化型複合電熱體是將獨立器件型複合電熱體用導熱耐溫膠粘貼於被加熱器具的外壁或外底而構成。
導熱耐溫複合電熱體的製作流程方框圖如附圖
(16)所示，主要流程為1.將原料、結合劑、生粘合劑、添加劑等充分混合。
2.加水進行混料，充分攪拌成粘稠泥狀。
3.將泥狀料投入成形模具中經機械或人工搗固成形。
4.進行風乾、烘乾、乾燥固化。
5.挑選質理合格者送入爐窯進行高溫燒結而得到基體。
6.在基體上裝埋電熱絲和電源電極並用導熱膠泥修整填平。
7.進行烘烤、乾燥固化並再次燒結。
8.進行測式質檢。
9.包裝入庫。
基體按質量高低和生產成本分為三種基型，粘土結合型為低檔型，矽石結合型為中檔型，氮化矽結合型為高檔型，每種檔次又按生料粘合劑的不同或成型工藝不同分為兩種不同型式，下表為六種型式的配方配方(按重量百分比)表內參數為實施例典型值
表中雙格左側的物料總量為100份，兩條雙格之間的物料用量為左側總量的百分比。
配方中各參數的取值範圍如下表所示
配製及操作步驟如下1.將表中雙格左側的物料投入混料機中充分混合；2.將生粘合劑加水配製成一定比重的溶液，如Al2(SO4)3·18H2O，加水溶解，使其比重至1.3為止；矽溶膠為液體，且不溶於水，不用加水；3.將增韌劑和擴散劑分別加入上述粘合劑溶液並充分攪拌；4.將上一步配得之粘合劑溶液逐漸加入混合好的物料中，邊加邊攪拌，使混合物料溼潤並呈麵團狀可塑泥；5.將上述溼潤物料密封困料24小時；6.將困好的物料投入成形模具中，通過人工打搗或機械振搗，或通過澆注而成形基體，待物料半乾燥以後，將成形基體脫模，繼續烘乾或自然乾燥，待完全乾燥固化以後，挑選合格者送入高溫爐中燒結；7.燒結按附圖(15)中的溫度曲線T進行冷進冷出燒結；對氮化矽結合型，虛線曲線N2為氮含量控制曲線，虛點曲線O2為氧含量控制曲線；8.燒制好的基體按前述方法安裝電熱合金絲或帶、安裝電源電極，封埋，再燒結或烘烤固化，而後進行表面處理，塗復增輻射塗層和防護塗層，最後得到導熱耐溫複合電熱體成品。
用本發明製作的導熱耐溫複合電熱體由於是將電熱合金絲或帶直接封埋在高導熱率、耐高溫材料中，電熱絲產生的熱量能直接快速地傳給導熱體，發熱元件工作溫度低，使用壽命長，又由於電熱體本身就是被加熱器具，如一體化型及坩堝型電熱體，或是電熱體是緊靠被加熱器具的，所以傳熱快，熱效高，節約能源，導熱耐溫複合電熱體綜合了電熱膜和導電陶瓷加熱迅速和熱效高的優點及電熱絲耐用、溫度和功率範圍寬的長處。
下列結合實施例和附圖作進一步說明附圖(1)至附圖(14)是用本發明方法生產的六種基型系列製品。
附圖(1)是長方型電熱體的結構圖；附圖(2)是其側視圖，圖中1是電極帽；2是電熱體基體；3是布線槽；4是電熱絲，L為電熱體長，取10mm至2000mm之間值；W為電熱體寬，取5mm至1500mm之間值；D為電熱體厚，取1mm至100mm之間值；e為槽距，取1mm至200mm之間值；n為槽數，取3至300之間值；g為槽寬，取0.2mm至20mm之間值；h為槽深，取0.2mm至50mm之間值；B為電極引出孔直徑，取0.2mm至50mm之間值。
附圖(3)是正方型電熱體的基體外型圖，附圖(4)是其側視圖，L、W、D、e、n、g、h、B的取值範圍與上述長方型電熱體相同，這裡L＝W。
附圖(5)是平面圓型電熱體的基體的外型圖，附圖(6)是其側視圖，D、h、B、n、e、h的取值範圍與長方型電熱體相同，φA為圓型電熱體的直徑，A取10mm至2000mm之間值φC為中心測溫孔的直徑，C取0至50mm之間值。
附圖(7)為曲面圓型電熱體的基體外型圖，附圖(8)是其側視圖，A、C、D、h、B、n、e、g的取值範圍與面平圓型電熱體的相同，R是曲面的曲率半徑，R取10mm至10000mm之間值。
附圖(9)是半圓筒電熱體基體的外型圖，附圖(10)是其側視圖，L是半圓筒的高，φA是半圓筒的內徑，D是半圓筒的厚，n是槽數，e是槽距、g是槽寬，h是槽深，B是電極引出孔直徑，L、A、D、B、h、n、e、g的取值與圓型電熱體相同。
附圖(11)是管型電熱體基體的外型圖，附圖(12)是其側視圖，L為管長，A為管內徑，D為管壁厚，L、A、D、n、e、g、h的取值範圍與半圓筒電熱體相同。
附圖(13)是坩堝型電熱體基體的外型圖，L為坩堝高，φA的坩堝內徑，D為壁厚，L、A、D、n、e、g、h的取值範圍與管型相同。
附圖(14)為一體化型電熱體的結構圖，5是被加熱器；6是保護加固層，7是絕緣支架；8是電熱絲；9是導熱耐溫塗料；10是電源電極；11是熱電偶；12是保溫層。L是高，A是內徑，D為壁厚，A、L、D的取值範圍與獨立器件型中坩堝型的取值範圍相同。
附圖(15)為爐內參數控制曲線，T實線為溫度控制曲線；N2虛線為氮氣濃度控制曲線；O2點線為氧氣含量曲線。
附圖(16)為製作流程方框圖。
權利要求
1.一種導熱耐溫複合電熱體，其主要特徵是用碳化矽或氮化矽結合碳化矽等高導熱率耐高溫材料燒製成帶有設定溝槽和電極引出孔的複合電熱體基體，將所需功率的電熱合金絲或帶沿槽溝平直安裝在槽內，並通過電極引出孔安裝供電電極，然後用導熱耐溫膠泥將槽溝和引出孔部位填平，將電熱絲或帶封埋在槽內，再經烘烤燒結或室溫固化而製成。
2.根據權利要求1所述的複合電熱體，其特徵在於電熱體的外表面可以再塗刷一層增強輻射的塗料及防護塗料。
3.根據權利要求1所述的複合電熱體，其特徵在於電熱體分為平面圓型、曲面圓型、平板方型、半圓筒型、管型和坩堝型六種基型系列。
4.根據權利要求3所述的6種複合電熱體基型系列，其特徵在於它們的長或高L及直徑A取10mm至2000mm之間值，它們的寬W取5mm至1500mm之間值，厚度D取1mm至200mm之間值，槽深h取0.2mm至50mm之間值，槽距e取1mm至200mm之間值，槽數n取3至300之間值，槽寬g取0.2mm至20mm之間值，中心孔直徑C取0至50mm之間值，電極引出孔直經B取0.2至50mm之間值。
5.一種製造導熱耐溫複合電熱體的方法，其主要特徵是以碳化矽作為基料，加上結合劑，添加劑，用生料粘合劑將它們攪拌粘合成膠泥狀，在成形模具中通過機械振搗或人工打搗成形為帶有設定槽溝和電極引出孔的基體，待基體坯乾燥固化以後，送入高溫爐中燒結，在燒結好的基體槽溝內安裝電熱合金絲或帶並接上電源電極，而後用導熱耐溫膠泥填平槽溝，將電熱絲封埋在導熱耐溫體內，然後，烘乾燒結或室溫固化，最後進行表面處理，可再塗刷一層增強輻射的塗料及防護塗料。
6.根據權利要求5所述的複合電熱體的製造方法，其特徵在於，矽化矽基料分為粉料和骨料兩種組分，骨料用量佔基料用量的10％至90％，粉料用量佔基料用量的90％至10％，骨料粒度為0.05mm至5mm之間，粉料粒度由0.01μm至125μm之間。
7.根據權利要求5所述的複合電熱體的製造方法，其特徵在於所用結合劑分為三種劑型，粘土結合型，結合劑為粘土，用量1％至50％，粒度0.01μm至0.1mm；矽石結合型，結合劑為SiO2，用量1％至50％，粒度0.01μm至0.1mm；氮化矽結合型，結合劑為金屬Si粉及石墨粉及燒結爐中的N2氣，用量1％至30％，Si與c的粒度為0.01μm至0.1mm。
8.根據權利要求5所述的複合電熱體的製造方法，其特徵在於，所用的生料粘合劑分別為Al(H2PO4)3、Al2(SO4)3·18H2O、矽溶膠、水玻璃，用量為粉料的0％至40％。
全文摘要
本發明提供一種製作導熱耐溫複合電熱體的製造方法及用此方法生產的六種基型的導熱耐溫電熱體系列產品,以碳化矽粉為基料,加上結合劑、添加劑,用生料粘合劑溶液將粉料調和攪拌成泥狀,在成型模具中通過機械或人力打搗或澆注成型,乾燥固化以後在高溫爐中燒製成帶有設定槽溝和電極引出孔的基體,在基體槽溝內裝電熱合金絲並安裝電源電極,再用導熱耐溫膠泥將電熱絲封埋在導熱耐溫基體內,最後再次烘燒燒結或室溫固化,而後得到導熱耐溫複合電熱體成品,用本方法製作的導熱耐溫複合電熱體,具有傳熱快、熱效高、壽命長,使用溫度和功率範圍寬等特點。
文檔編號C04B35/565GK1180981SQ96120418
公開日1998年5月6日 申請日期1996年10月25日 優先權日1996年10月25日
發明者徐國漢 申請人:徐國漢