超大功率密度高效能電加熱陶瓷發熱體的製作方法
2023-04-25 10:56:41 1
專利名稱：超大功率密度高效能電加熱陶瓷發熱體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電發熱體，尤其涉及一種超大功率密度高效能電加熱陶瓷發熱體。
一種功率密度最高可達120W/cm2的電發熱體，該發熱體以高導熱陶瓷為基材，採用鎢、鑰、鎢鑰合金或石墨做導電發熱材料，具有超大功率密度、優良的抗熱震性能、極高的工作溫度、很好的化學穩定性、環境友好等優點。
背景技術：
自從人類發明並掌握了電力的應用，電發熱技術就一路伴隨人類文明的進步不斷發展，與人們的生活息息相關。但是，在電發熱材料方面長久以來一直是電熱合金牢牢地佔據著霸主地位，迄今為止鐵鉻鋁、鎳鉻是最常用的電熱合金。儘管曾有過許多電發熱材料曇花一現地展現出它們的迷人之處，可迄今為止電熱絲仍以其技術成熟、性能穩定、規模成本低......等優點，牢牢地佔據著霸主地位。
鐵鉻鋁和鎳鉻電熱合金最大的弱點是抗氧化能量很弱，尤其是高溫抗氧化能力特別弱，在一些強氧化環境中使用，必須添加防護措施；電熱合金的電熱轉換效率普遍較低，通常在85 87%之間，最高也僅能達到93%左右；到目前為止，電熱合金的應用主要以電熱絲為主——即線發熱，熱量向外擴散受到嚴重阻礙，熱傳導損失很大:一方面浪費了熱能量，另一方面使得電熱絲本身的溫度更高，加劇了電熱絲的氧化和衰退。
本發明的高效能電加熱陶瓷發熱體將電熱絲的線發熱改為體發熱，大幅度提升了功率密度；最高工作溫度可達2，2000C ;抗熱震性能良好，可耐1，000°C熱衝擊；具有良好的化學穩定性，耐強酸強鹼腐蝕。發明內容
本發明採用氧化鋁陶瓷、氮化矽陶瓷、氮化鋁陶瓷、賽隆陶瓷(SiAlON)……等高導熱陶瓷做基質，內部複合鎢、鑰、石墨……高溫電熱材料，利用鑰金屬作為電極引線，製作成為超大功率密度高效能電加熱陶瓷發熱體。
鎢和石墨在無氧條件下可以穩定工作在2，OOO0C以上的高溫，鑰電極最高工作溫度可達2，500°C，採用氮化環境或無氧環境高溫、高壓燒結，可以使得陶瓷發熱體內部的電熱材料處於真空或無氧條件，從而保證電熱材料穩定工作；高導熱陶瓷的最大特點是導熱性能非常好，其導熱係數至少在30W/m.k以上，最高可達260W/m.k，保證電熱材料所產生的熱量可以迅速傳導 到發熱體的外表面，實現最大功率密度120W/cm2的超大功率密度，同時具有良好的抗熱震性能——可耐1，000°C熱衝擊。
為了加大發熱體向外散熱面積，產品的形狀以矩形扁平狀(平板)為佳；除特殊要求外，儘量避免圓柱體或球體的結構。
圖1:內部結構示意2:電極及外觀示意圖
具體實施例方式實施例一:以氧化鋁陶瓷做基材。採用幹壓或擠壓成型工藝，先按成品厚度的一半成型載體，在成型的載體上刻槽嵌入鎢絲或絲印摻雜石墨發熱體，再幹壓或擠壓成型另一半載體，將發熱體內嵌在載體的中間，在熱等靜壓燒成爐中進行燒結。氧化鋁陶瓷配方:煅燒Al2O3,93.5% ；Si02,1.28 % ；CaC03,3.25 % ;1# 蘇州土，
1.29%。粉體顆粒大於60 μ m、介於60 200目之間可獲最大自由流動效果，取得最好壓力成型效果。實施例二:以氮化矽陶瓷做基材。採用幹壓或擠壓成型工藝，先按成品厚度的一半成型載體，在成型的載體上刻槽嵌入鎢絲，再幹壓或擠壓成型另一半載體，將發熱體內嵌在載體的中間，在熱等靜壓燒成爐 中進行燒結。氮化矽陶瓷配方:Si3N4,94%;Α1203，1.5% ；Y2O3, 3.5% ;La203，l%。粉體顆粒大於60 μ m、介於60 200目之間可獲最大自由流動效果，取得最好壓力成型效果。實施例三:以氮化鋁陶瓷做基材。採用幹壓或擠壓成型工藝，先按成品厚度的一半成型載體，在成型的載體上刻槽嵌入鎢絲，再幹壓或擠壓成型另一半載體，將發熱體內嵌在載體的中間，在熱等靜壓燒成爐中進行燒結。化學組成Al 65.81%，N 34.19 %，比重3.261g/cm3，白色或灰白色，單晶無色透明，常壓下的升華分解溫度為2，450°C。為一種高溫耐熱材料。熱膨脹係數
4.0-6.0 X IO^6oC ο多晶AlN熱導率達260ff/m.k，耐熱衝擊好，能耐2，200°C的極熱。粉體顆粒大於60 μ m、介於60 200目之間可獲最大自由流動效果，取得最好壓力成型效果。
權利要求
1.一種超大功率密度高效能電加熱陶瓷發熱體。其特徵是:採用氧化鋁(Al2O3)陶瓷、氮化矽(Si3N4)陶瓷、賽隆(SiAlON)陶瓷、氮化鋁(AlN)陶瓷等高導熱陶瓷做載體基材，利用鎢(W)、鑰(Mo)、鎢鑰合金(W-Mo alloy)、石墨(C)為發熱體，將發熱體內嵌到載體內部，保證發熱體工作在真空/無氧條件下，從而實現超大功率密度的高效能電加熱陶瓷發熱體，功率密度最高可達120W/cm2，最高工作溫度2，200°C，可耐1，(KKTC熱衝擊。
2.按照權利要求1所述的高導熱陶瓷做載體基材。其特徵是:高導熱陶瓷可以是氧化鋁陶瓷、氮化矽陶瓷、賽龍陶瓷、氮化鋁陶瓷中的一種或數種的組合。
3.按照權利要求1所述的高導熱陶瓷載體採用幹壓或者擠壓工藝成型。其特徵是:粉體顆粒大於60 μ m、介於60 200目之間,可獲最大自由流動效果，取得最好壓力成型效果。
4.按照權利要求1所述的載體採用兩次甚至多次成型。其特徵是:採用幹壓或擠壓成型工藝，先按成品厚 度的一半成型載體，在成型的載體上刻槽嵌入鎢絲、鎢鑰合金絲或絲印摻雜石墨發熱體及鑰絲電極引線，再幹壓或擠壓成型另一半載體，將發熱體內嵌在載體的中間。
5.按照權利要求1所述的載體成型完成後，進行高溫燒結。其特徵是:在熱等靜壓燒成爐或真空壓力燒成爐中燒結。
6.按照權利要求1所述的電極引線採用鑰材料。其特徵是:使用鑰絲作為內部發熱體的引出線，外部電極可以根據產品的使用條件，分別採用鑰、鎳、銅……等材料製作，外部電極與發熱體的引出線之間，採用焊接工藝進行連接。
全文摘要
本發明涉及一種電發熱體，尤其涉及一種超大功率密度高效能電加熱陶瓷發熱體。一種功率密度最高可達120W/cm2的電發熱體，該發熱體以高導熱陶瓷為基材，採用鎢、鉬、鎢鉬合金或石墨做導電發熱材料，具有超大功率密度、優良的抗熱震性能、極高的工作溫度、優異的化學穩定性、環境友好等優點。
文檔編號H05B3/10GK103139947SQ20111039191
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者王勇 申請人:王勇