一種超高溫矽鉬棒製造方法
2023-05-12 05:11:46 1
專利名稱：：一種超高溫矽鉬棒製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種電熱元件的製造方法，具體是一種超高溫矽鉬棒的製造方法。
背景技術：
：矽鉬棒電熱元件是一種以二矽化鉬為基礎製成的耐高溫、抗氧化、低老化的電阻發熱元件。在高溫氧化性氣氛下使用時，表面生成一層光亮緻密的石英(Si02)玻璃膜，能夠保護矽鉬棒內層不再氧化，因此矽鉬棒元件具有獨特的高溫抗氧化性。在氧化氣氛下、最高使用溫度為180(TC，矽鉬棒電熱元件的電阻隨著溫度升高而迅速增加，當溫度不變時電阻值穩定。在正常情況下元件電阻不隨使用時間的長短而發生變化，因此，新舊矽鉬棒電熱元件可以混合使用。矽鉬棒電熱元件產品廣泛應用於冶金、煉鋼、玻璃、陶瓷、耐火材料、晶體、電子元器件、半導體材料的研究、生產製造等領域，特別是對於高性能精密陶瓷、高等級人工晶體、精密結構金屬陶瓷、玻璃纖維、光導纖維及高級合金鋼的生產。目前國內的矽鉬棒一般是1700型發熱體溫度只有1700°C，1800型產品的發熱溫度也只有1730'C。不能滿足爐膛溫度在175(TC以上超高溫窯爐的需要，主要是因為在1730'C以上時，石英膜中還有的其他雜質Na20、K20、MgO等的存在還會降低其熔點，石英保護膜已經處於熱熔狀態，這層保護膜就會因為液態化，出現粘度減小、附著力減+、，在表面張力出現下，聚集脫膜等現象。機體就會被逐步侵蝕，直至斷裂，報廢不能使用。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種最i發熱溫度可以達到了190(TC以上的超高溫矽鉬棒的製造方法。本發明所述的一種超高溫矽鉬棒的製造方法，包括以下步驟(重量比)1)製取MoSi2粉末3.將13-15%鉬粉、13-15%鴇粉、65-70%矽粉與0.4-0.8%的第一添加劑組合加入球磨混料機內，按料球=4:(4-6.5)充分混合1012小時，混料過程始終在充入氬氣保護的氣氛中進行；b.將製備好的混合料放入合成反應器內通入氫氣約10-15分鐘，在反應器底部兩電極之間接通電源，逐漸通入低電壓大電流，當電壓達到25-30V時，放電開始，此刻反應器出氣孔的排氣流量逐步加大，自蔓延燒結反應開始，持續3-5分鐘，當出氣口孔氣體流量回復正常後，反應結束得到MoSi2粉末；2)摻雜配料將步驟1)生成的MoSi2粉末進行清雜，再破碎成5-8cm的顆粒料，按料球=2:(2-4.5)的比例加入硬質合金球磨機內，在通入氬氣保護氣氛下，進行球磨細化20-24小時，研磨至MoSi2粉末符合費氏粒度1.5-2.5，松裝比重2.0-3.5g/cm3;將研磨好的MoSi2粉末進行過篩處理，-120--200目篩下MoSi2粉末，放入混料機內，再次配入7-17.5%第二添加劑組合，通入氬氣保護，混合時間為8-10小時；3)成型將步驟2)合成的MoSi2摻雜粉末，倒入混煉機內，加入成型劑，成型劑加入比例為14-16%體積比，進行混煉30-50分鐘，待徹底攪勻後，靜置冷卻60分鐘，然後通過真空融煉、擠壓、烘乾過程，製成所需規格的矽鉬棒半成品；4)高溫燒結將步驟3)製成的半制品，在高溫碳管燒結爐內通入氫氣保護，在爐溫1700土1(TC條件下，生成MoSi2主晶相玻璃陶瓷相、摻雜物質為固溶體，燒結成為高溫電熱元件。在燒結期間，半成品上是沒有一層Si02-MoSi2玻璃體膜的。為保證產品的低溫抗氧化能力，必須對處於低溫區使用部分進行玻璃膜的預處理工作，所以在步驟4)高溫燒結後，將成品的冷端部分置於1620土1(TC，充滿氧氣的氣氛中，保溫2小時，取出冷卻至室溫。此時機體表面的生產一層複合玻璃膜，這層複合玻璃膜以Si02-Al203-ZrO為主相，在210(TC左右不會發生剝落、腐蝕現象。完全滿足了矽鉬棒在190(TC左右的使用條件。在步驟l)a中第一添加劑組合為0.1-0.2%氧化鑭、0.15-0.25%氧化釔、0,1-0.2%碳化硼、0.05-0.15%炭化鉭。在上述步驟l)b中，將混合料放入合成反應器並通入氫氣後，最好在反應器的出氣孔做爆鳴氣實驗，確保反應器內空氣排乾淨為止。在步驟1)b中，最好採用大容量合成反應器，在反應器外壁上設有冷卻水夾層，反應結束後，需繼續通水40-60分鐘，使MoSi2粉末冷卻後，方可從反應器內取出。在步驟2)中第二添加劑組合為4.5-8.5%氫化鋯、2.0-6.5%氫化鈦和0.5-2.5%碳粉。在步驟3)中，成型劑配比為65-70%AI203、20.5-35%Si029.5-11.5Zr(0H)20.5-2.5%NaOH和1000毫升水。步驟4)高溫燒結時最好以0.2-0.3%的矽鋯鹽為助燒劑，其裝舟量為4-8支/舟，氫氣流量0.3mVh，推速4.5cm/min。有益效果本發明是在傳統的矽鉬棒生產工藝的基礎上，在MoSi2粉末製取、添加劑的品種及摻雜方式上，做了重大的革新。以MoSi2為基材，添加WSi"SiC、Tac、ZrC、稀土耐高溫材料，通過固溶強化機制改善材料的高溫強度；添加稀土元素使原位生成固溶體與彌散第二相粒子，實現材料的細晶韌化、強化，提高其斷裂韌性值；增加高純鋯鹽改變以鋁矽酸鹽為助燒結劑提高材料的燒結性能。還有其他微量摻雜元素，保證在二矽化鉬電熱元件表面形成一種複合石英保護膜，在不同的發熱溫度區間，通過基體本身作用，形成不同形式的保護膜。使其都具有一定的抗氧化能力。特別是在180(TC以上時這種保護膜將更加緻密。這種複合保護膜在200(TC左右不會被腐蝕、脫落，基體材料MoSi2得到更好的保護，使矽鉬棒的發熱溫度最高可以達到1850-1950°C。表1是本發明的U型矽鉬棒與現有技術的主要技術參數tableseeoriginaldocumentpage6具體實施例方式以下結合實施例對本發明進行詳細描述；其參數如無特別說明均為重量比。實施例l:1)製取MoSi2粉末&將13%鉬粉、13%鎢粉、69%矽粉與第一添加劑組合加入球磨混料機內，第一添加劑組合為0.1%氧化鑭、0.15%氧化釔、0.2%碳化硼、0.05%炭化鉭。在球磨混料機內，按料球=1:1充分混合1012小時，混料過程始終在充入氬氣保護的氣氛中進行；b.將製備好的混合料放入合成反應器內通入氫氣約10-15分鐘，在反應器底部兩電極之間接通電源，逐漸通入低電壓大電流，當電壓達到25-30V時，放電開始，此刻反應器出氣孔的排氣流量逐步加大，自蔓延燒結反應開始，持續3-5分鐘，當出氣口孔氣體流量回復正常後，反應結束得到MoSi2粉末；反應器採用大容量合成反應器，在反應器外壁上設有冷卻水夾層，反應結束後，需繼續通水40-60分鐘，使MoSi2粉末冷卻後，方可從反應器內取出。2)摻雜配料將步驟l)生成的MoSi2粉末進行清雜，再破碎成5cm的顆粒料，按料球=1:1的比例加入硬質合金球磨機內，在通入氬氣保護氣氛下，進行球磨細化20-24小時，研磨至MoSi2粉末符合費氏粒度1.5-2.5，松裝比重2.0_3.5g/cm3;將研磨好的MoSi2粉末進行過篩處理，-120目篩下MoSi2粉末，放入混料機內，再次配入第二添加劑組合，第二添加劑組合為4.5%氫化鋯、2.0%氫化鈦和2.5%碳粉，再通入氬氣保護，混合時間為8-10小時。3)成型將步驟2)合成的MoSi2摻雜粉末，倒入混煉機內，加入成型劑，成型劑配比為65%AI203、20.5%Si02、11.5%Zr(0H)2、2.5%NaOH和1000毫升水，成型劑加入比例為14%體積比，進行混煉30-50分鐘，待徹底攪勻後，靜置冷卻60分鐘，然後通過真空融煉、擠壓、烘乾過程，製成所需規格的矽鉬棒半成品。4)高溫燒結將步驟3)製成的半制品，在高溫碳管燒結爐內通入氫氣保護，以0.2%的矽鋯鹽為助燒劑，在爐溫1700±IO'C條件下，裝舟量4-8支/舟，氫氣流量0.3m3/h，推速4.5cm/min下生成MoSi2主晶相玻璃陶瓷相、摻雜物質為固溶體，燒結成為高溫電熱元件。在高溫燒結後，將成品的冷端部分置於1620士10'C，充滿氧氣的氣氛中，保溫2小時後，冷卻至室溫。實施例2:1)製取MoSi2粉末&將15%鉬粉、15%鉤粉、65%矽粉與第一添加劑組合加入球磨混料機內，第一添加劑組合為0.2%氧化鑭、0.25%氧化釔、0.1%碳化硼、0.05%炭化鉭。在球磨混料機內，按料球=4:6.5充分混合1012小時，混料過程始終在充入氬氣保護的氣氛中進行；b.將製備好的混合料放入合成反應器內通入氫氣約10-15分鐘，在反應器底部兩電極之間接通電源，逐漸通入低電壓大電流，當電壓達到25-30V時，放電開始，此刻反應器出氣孔的排氣流量逐步加大，自蔓延燒結反應開始，持續3-5分鐘，當出氣口孔氣體流量回復正常後，反應結束得到MoSi2粉末；反應器採用大容量合成反應器，在反應器外壁上設有冷卻水夾層，反應結束後，需繼續通水40-60分鐘，使MoSi2粉末冷卻後，方可從反應器內取出。2)摻雜配料將步驟l)生成的MoSi2粉末進行清雜，再破碎成8cm的顆粒料，按料球=2:4.5的比例加入硬質合金球磨機內，在通入氬氣保護氣氛下，進行球磨細化20-24小時，研磨至MoSi2粉末符合費氏粒度1.5-2.5，松裝比重2.0-3.5g/cm3;將研磨好的MoSi2粉末進行過篩處理，-200目篩下MoSi2粉末，放入混料機內，再次配入第二添加劑組合，第二添加劑組合為8.5%氫化鋯、5.5%氫化鈦和0.5%碳粉，再通入氬氣保護，混合時間為8-10小時。3)成型將步驟2)合成的MoSi2摻雜粉末，倒入混煉機內，加入成型劑，成型劑配比為70%AI203、35%Si02、9.5%Zr(0H)2、0.5%Na0H和1000毫升水，成型劑加入比例為16%體積比，進行混煉30-50分鐘，待徹底攪勻後，靜置冷卻60分鐘，然後通過真空融煉、擠壓、烘乾過程，製成所需規格的矽鉬棒半成品。4)高溫燒結將步驟3)製成的半制品，在高溫碳管燒結爐內通入氫氣保護，以0.3%的矽鋯鹽為助燒劑，在爐溫1700±l(TC條件下，裝舟量4-8支/舟，氫氣流量0.3m3/h，推速4.5cm/min下生成MoSi2主晶相玻璃陶瓷相、摻雜物質為固溶體，燒結成為高溫電熱元件。在高溫燒結後，將成品的冷端部分置於1620±10°C，充滿氧氣的氣氛中，保溫2小時後，冷卻至室溫。實施例3:1)製取MoSi2粉末3.將14%鉬粉、14%鎢粉、67%矽粉與第一添加劑組合加入球磨混料機內，第—添加劑組合為0.15%氧化鑭、0.25%氧化釔、0.15%碳化硼、0.1%炭化鉭。在球磨混料機內，按料球=4:5充分混合1012小時，混料過程始終在充入氬氣保護的氣氛中進行；b.將製備好的混合料放入合成反應器內通入氫氣約10-15分鐘，在反應器底部兩電極之間接通電源，逐漸通入低電壓大電流，當電壓達到25-30V時，放電開始，此刻反應器出氣孔的排氣流量逐步加大，自蔓延燒結反應開始，持續3-5分鐘，當出氣口孔氣體流量回復正常後，反應結束得到MoSi2粉末；反應器採用大容量合成反應器，在反應器外壁上設有冷卻水夾層，反應結束後，需繼續通水40-60分鐘，使MoSi2粉末冷卻後，方可從反應器內取出。2)摻雜配料將步驟1)生成的MoS:U粉末進行清雜，再破碎成7cm的顆粒料，按料球=2:3.5的比例加入硬質合金球磨機內，在通入氬氣保護氣氛下，進行球磨細化20-24小時，研磨至MoSi2粉末符合費氏粒度1.5-2.5，松裝比重2.0_3.5g/cm3;將研磨好的MoSi2粉末進行過篩處理，-200目篩下MoS:U粉末，放入混料機內，再次配入第二添加劑組合，第二添加劑組合為7%氫化鋯、5%氫化鈦和2%碳粉，再通入氬氣保護，混合時間為8-10小時。3)成型將步驟2)合成的MoSi2摻雜粉末，倒入混煉機內，加入成型劑，成型劑配比為68%AI203、30%Si0210%Zr(0H)20.5-2.5%Na0H和1000毫升水，成型劑加入比例為14-16%體積比，進行混煉30-50分鐘，待徹底攪勻後，靜置冷卻60分鐘，然後通過真空融煉、擠壓、烘乾過程，製成所需規格的矽鉬棒半成品。4)高溫燒結將步驟3)製成的半制品，在高溫碳管燒結爐內通入氫氣保護，以0.2-0.3%的矽鋯鹽為助燒劑，在爐溫1700士1(TC條件下，裝舟量4-8支/舟，氫氣流量0.3mVh，推速4.5cm/min下生成MoSi2主晶相玻璃陶瓷相、摻雜物質為固溶體，燒結成為高溫電熱元件。在高溫燒結後，將成品的冷端部分置於1620±10°C，充滿氧氣的氣氛中，保溫2小時後，冷卻至室溫。實施例4:1)製取MoSi2粉末&將13%鉬粉、15%鎢粉、66%矽粉與第一添加劑組合加入球磨混料機內，第一添加劑組合為0.2%氧化鑭、0.25%氧化釔、0.15%碳化硼、0.1%炭化鉭。在球磨混料機內，按料球=4:5.5充分混合1012小時，混料過程始終在充入氬氣保護的氣氛中進行；b.將製備好的混合料放入合成反應器內通入氫氣約10-15分鐘，在反應器底部兩電極之間接通電源，逐漸通入低電壓大電流，當電壓達到25-30V時，放電開始，此刻反應器出氣孔的排氣流量逐步加大，自蔓延燒結反應開始，持續3-5分鐘，當出氣口孔氣體流量回復正常後，反應結束得到MoSi2粉末；反應器採用大容量合成反應器，在反應器外壁上設有冷卻水夾層，反應結束後，需繼續通水40-60分鐘，使MoSi2粉末冷卻後，方可從反應器內取出。2)摻雜配料將步驟l)生成的MoSi2粉末進行清雜，再破碎成6cm的顆粒料，按料球=2:3.5的比例加入硬質合金球磨機內，在通入氬氣保護氣氛下，進行球磨細化20-24小時，研磨至MoS:U粉末符合費氏粒度1.5-2.5，松裝比重2.0-3.5g/cm3;將研磨好的MoSi2粉末進行過篩處理，-120目篩下MoSi2粉末，放入混料機內，再次配入第二添加劑組合，第二添加劑組合為5%氫化鋯、4%氫化鈦和2.5%碳粉，再通入氬氣保護，混合時間為8-10小時。3)成型將步驟2)合成的MoSi2摻雜粉末，倒入混煉機內，加入成型劑，成型劑配比為70%AI203、30%Si0211%Zr(0H)21.5%Na0H和1000毫升水，成型劑加入比例為15%體積比，進行混煉30-50分鐘，待徹底攪勻後，靜置冷卻60分鐘，然後通過真空融煉、擠壓、供幹過程，製成所需規格的矽鉬棒半成品。4)高溫燒結將步驟3)製成的半制品，在高溫碳管燒結爐內通入氫氣保護，以0.2%的矽鋯鹽為助燒劑，在爐溫1700±l(TC條件下，裝舟量4-8支/舟，氫氣流量0.3m3/h，推速4.5cm/min下生成MoSi2主晶相玻璃陶瓷相、摻雜物質為固溶體，燒結成為高溫電熱元件。在高溫燒結後，將成品的冷端部分置於1620±10°C，充滿氧氣的氣氛中，保溫2小時後，冷卻至室溫。本發明在矽鉬棒是在傳統生產工藝過程上，採用了多項現代粉末冶金和金屬陶瓷技術，將新材料、新設備、新工藝應用於該產品的生產中。取得了意想不到的收穫！解決了困擾本行業多年的技術難題。使國產的矽鉬棒的發熱溫度真正達到了1900。C以上。權利要求1、一種超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於包括以下步驟(重量比)1)製取MoSi2粉末a.將13-15％鉬粉、13-15％鎢粉、65-70％矽粉與0.4-0.8％的第一添加劑組合加入球磨混料機內，按料∶球＝4∶(4-6.5)充分混合10～12小時，混料過程始終在充入氬氣保護的氣氛中進行；b.將製備好的混合料放入合成反應器內通入氫氣約10-15分鐘，在反應器底部兩電極之間接通電源，逐漸通入低電壓大電流，當電壓達到25-30V時，放電開始，此刻反應器出氣孔的排氣流量逐步加大，自蔓延燒結反應開始，持續3-5分鐘，當出氣口孔氣體流量回復正常後，反應結束得到MoSi2粉末；2)摻雜配料將步驟1)生成的MoSi2粉末進行清雜，再破碎成5-8cm的顆粒料，按料球＝2∶(2-4.5)的比例加入硬質合金球磨機內，在通入氬氣保護氣氛下，進行球磨細化20-24小時，研磨至MoSi2粉末符合費氏粒度1.5-2.5，松裝比重2.0-3.5g/cm3；將研磨好的MoSi2粉末進行過篩處理，-120--200目篩下MoSi2粉末，放入混料機內，再次配入7-17.5％第二添加劑組合，通入氬氣保護，混合時間為8-10小時；3)成型將步驟2)合成的MoSi2摻雜粉末，倒入混煉機內，加入成型劑，成型劑加入比例為14-16％體積比，進行混煉30-50分鐘，待徹底攪勻後，靜置冷卻60分鐘，然後通過真空融煉、擠壓、烘乾過程，製成所需規格的矽鉬棒半成品；4)高溫燒結將步驟3)製成的半制品，在高溫碳管燒結爐內通入氫氣保護，在爐溫1700±10℃條件下，生成MoSi2主晶相玻璃陶瓷相、摻雜物質為固溶體，燒結成為高溫電熱元件。2、根據權利要求1所述的超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於還包括以下步驟玻璃膜預處理在步驟4)高溫燒結後，將成品的冷端部分置於1620±10°C，充滿氧氣的氣氛中，保溫2小時後，冷卻至室溫。3、根據權利要求1或2所述的超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於步驟1)中第一添加劑組合為0.1-0.2%氧化鑭、0.15-0.25%氧化釔、0.1-0.2%碳化硼、0.05-0.15%炭化鉭。4、根據權利要求1或2所述的超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於在步驟l)b.中，採用大容量合成反應器，在反應器外壁上設有冷卻水夾層，反應結束後，需繼續通水40-60分鐘，使MoSi2粉末冷卻後，方可從反應器內取出。5、根據權利要求1或2所述的超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於步驟2)中第二添加劑組合為4.5-8.5%氫化鋯、2.0-6.5%氫化鈦和0.5-2.5%碳粉。6、根據權利要求1或2所述的超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於步驟3)中，成型劑配比為65-70%AI203、20.5-35%Si029.5-11.5Zr(0H)20.5-2.5%NaOH和1000毫升水。7、根據權利要求1或2所述的超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於步驟4)高溫燒結時以0.2-0.3%的矽鋯鹽為助燒劑。8、根據權利要求1或2所述的超高溫矽鉬棒的製造方法，其特徵在於步驟4)高溫燒結的裝舟量4-8支/舟，氫氣流量0.3mVh，推速4.5cm/min。全文摘要本發明公開了一種超高溫矽鉬棒的製造方法，首先將鉬粉、鎢粉、矽粉與添加劑在氬氣保護下混料，混合料放入合成反應器內通入氫氣，通電進行自蔓延燒結反應，得到MoSi2粉末；粉末球磨細化與添加劑混合後倒入混煉機內，加入成型劑，進行混煉，然後通過真空融煉、擠壓、烘乾過程，製成所需規格的矽鉬棒半成品；最後在高溫碳管燒結爐內通入氫氣保護，在爐溫1700±10℃條件下，生成MoSi2主晶相玻璃陶瓷相、摻雜物質為固溶體，燒結成為高溫電熱元件。本發明製得的矽鉬棒的發熱溫度最高可以達到1850-1950℃。文檔編號H05B3/14GK101531524SQ20091002644公開日2009年9月16日申請日期2009年4月23日優先權日2009年4月23日發明者王才榮申請人:宜興市榮利鎢鉬製品有限公司