一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件的製作方法

2023-10-26 14:18:12 2

專利名稱：一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件的製作方法
技術領域：
一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件技術領域[0001]本實用新型屬於一種超高溫電阻爐用發熱元件，主要涉及一種二硼化鋯(ZrB2) 複合陶瓷材料發熱元件。
背景技術：
[0002]通常的超高溫電阻爐在氧化氣氛環境下用發熱元件，只有鉻酸鑭發熱元件和二 氧化鋯發熱元件。鉻酸鑭發熱元件的表面最高溫度為1900°C，爐內使用溫度為1800°C; 該元件的缺點是在高溫條件下使用時，鉻酸鑭揮發產生一種氧化鉻的物質，常常汙染被 燒結物，限制了該元件的使用。二氧化鋯發熱元件的表面最高溫度為2100°C，爐內使用 溫度為2000°C;該元件的缺點是在低溫時，二氧化鋯不導電，使用該元件時，必須使用 輔助加熱系統，把二氧化鋯加熱到1100°C以上，製作爐膛時，而輔助加熱系統的加熱元 件都無法耐2000°C的高溫，製作的工藝和爐膛材料的要求特別高，至今還沒有能製作出 經久耐用的超高溫電爐，只是停留在實驗室階段。[0003]因此，在氧化氣氛環境和超高溫條件下使用的發熱元件，還比較少，不能滿足 科研院所和科技發展的需要。[0004]研究文獻可以發現超高溫陶瓷材料是一類具有較高熔點(大於3000°C )以及其他 優良性能的過渡金屬的硼化物和碳化物陶瓷材料。二硼化鋯(ZrB2)作為超高溫陶瓷材料 的一種，它具有高熔點、高硬度、良好的導電性、導熱性等諸多優點，廣泛應用於高溫 結構陶瓷材料、耐火材料、電極材料以及核控制材料等領域中。但其脆性大，彎曲強度 不高，高溫下易氧化等缺點，制約了其應用範圍。為此，人們採用多種改進手段開發不 同類型的ZrB2基複合陶瓷。[0005]ZrB2-SiC複合陶瓷作為超高溫陶瓷材料的一種，它的耐氧化性得到了一定的提 高，而且，已經應用於國防科技領域，取得了較好的抗氧化效果，基於ZrB2-SiC複合陶 瓷材料具有高熔點、高硬度、良好的導電性、導熱性的特點。[0006]現已有報導，ZrB2-SiC複合陶瓷材料，可以通過多種成型的方式來實現，可以 在真空條件和氣氛條件下燒結而成。實用新型內容[0007]本實用新型的目的是提供一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件，使其可以在氧 化氣氛環境和超高溫條件下使用。[0008]本實用新型的目的可通過以下技術方案來實現其包括發熱段、冷段、過渡段 和接線段，所述的發熱段位於中間，從發熱段兩端向外依次為過渡段、冷段和接線段， 所述的過渡段、冷段和接線段對稱連接在發熱段兩端；所述的發熱段、冷段、過渡段和 接線段由ZrB2複合陶瓷材料製成，為一體結構，其中接線段是在冷段的一端塗上導電性 好的銀漿層，冷段是由電阻值較小ZrB2複合陶瓷材料組成；過渡段是由電阻值介於比冷 段大、比發熱段小的ZrB2複合陶瓷材料組成，發熱段的電阻值大於過渡段的電阻值。[0009]所述的ZrB2複合陶瓷材料為ZrB2-SiC為主體的複合陶瓷材料。[0010]本實用新型成型的工藝可以採用注漿成型、幹壓成型等。[0011]本實用新型所述發熱元件的形狀可以有多種，等直徑棒型、大小徑型、U型等 不同形狀。[0012]本實用新型結構結構簡單，其可在氧化氣氛環境和超高溫條件下使用。

[0013]附圖1空心等直徑棒型發熱元件結構示意圖。[0014]附圖2空心大小徑棒型發熱元件結構示意圖。[0015]附圖3實心大小徑型發熱元件結構示意圖。[0016]附圖4實心U型加熱元件結構示意圖。[0017]圖中1、接線段，2、冷段，3、過渡段，4、發熱段。
具體實施方式
[0018]結合附圖，說明本實用新型的具體實施例。[0019]如附圖所示本實用新型包括發熱段4、冷段2和接線段1，所述的發熱段位4 於中間，從發熱段4兩端向外依次為冷段2和接線段1，所述的冷段2和接線段1對稱連 接在發熱段兩端；所述的發熱段4、冷段2和接線段1由ZrB2複合陶瓷材料製成，為一 體結構，其中接線段1是在冷段2的一端塗上導電性好的銀漿層，冷段2是由電阻值較小 ZrB2複合陶瓷材料組成；發熱段4的電阻值大於過渡段的電阻值。所述的2出2複合陶瓷 材料為ZrB2-^iC為主體的複合陶瓷材料。[0020]本實用新型所述發熱元件的形狀可以有多種，等直徑棒型、大小徑型、U型等 不同形狀。[0021]如附圖1所示的發熱元件為空心等直徑棒型發熱元件，其形狀可以製作為空心 圓棒型，發熱元件的外徑一般為10-35mm之間，發熱元件的發熱段4、過渡段3、冷段2 的外徑相同，冷段2的端部為接線段1。發熱元件徑向的中心孔設計為一個等徑圓孔，中 心圓孔的直徑也相同，中心圓孔的直徑為I-Smm之間；發熱元件的長度可以根據用戶的 需求製作，發熱段4和冷段2的長度可以根據多種因素設計。所述的發熱段位4於中間， 從發熱段4兩端向外依次為過渡段3、冷段2和接線段1，所述的過渡段3、冷段2和接 線段1對稱連接在發熱段兩端；所述的發熱段4、冷段2、過渡段3和接線段1由ZrB2復 合陶瓷材料製成，為一體結構，其中接線段1是在冷段2的一端塗上導電性好的銀漿層， 冷段2是由電阻值較小ZrB2複合陶瓷材料組成；過渡段3是由電阻值介於比冷段大、比 發熱段4小的ZrB2複合陶瓷材料組成，發熱段4的電阻值大於過渡段的電阻值。所述的 ZrB2複合陶瓷材料為ZrB2-^iC為主體的複合陶瓷材料。[0022]本實用新型所述空心等直徑棒型發熱元件的製作工藝為原料加工一原料混 合一混合料加工一裝料一 一半擠壓成型一兩半疊合壓製成型一等靜壓成型一加熱焙 燒一燒結成型一冷加工一端部噴塗銀漿一高溫灼燒。[0023]本實用新型所述空心等直徑棒型發熱元件的製作工藝中，先壓製成型元件的一 半(半圓)，再將另一半疊合壓製成型。[0024]本實用新型所述空心等直徑棒型發熱元件的中心設置一個園孔，主要是有利於 消解發熱元件中心和外部溫度不同帶來的熱膨脹不同，對加熱元件的損害。[0025]如附圖2所示的發熱元件為空心大小徑型發熱元件，其形狀可以製作為空心圓 棒型，發熱元件的發熱段的外徑較小，一般為6-18mm之間；冷段2的外徑較大，一般為 12-30mm之間，發熱大小徑型發熱元件冷段2和發熱段4的中心孔相同，元件徑向的中 心孔設計為一個等徑圓孔，圓孔的直徑為I-Smm之間；發熱元件的長度可以根據用戶的 需求製作，發熱段4和冷段2的長度可以根據多種因素設計。[0026]如附圖3所示的實心大小徑型發熱元件，其形狀也可以製作為實心圓棒型，實 心圓棒型發熱元件的外形和長度與上述基本相同。[0027]附圖4所示的實心U型加熱元件，U型加熱元件的冷段2直徑較大，一般為 12-30mm之間；發熱段4的直徑較小，一般為6_16mm之間。
權利要求1.一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件，其特徵是包括發熱段G)、冷段(2)和 接線段(1)，所述的發熱段(4)位於中間，從發熱段(4)兩端向外依次為、冷段( 和接 線段(1)，所述的冷段( 和接線段(1)對稱連接在發熱段兩端；所述的發熱段G)、冷 段(2)和接線段(1)由二硼化鋯複合陶瓷材料製成，為一體結構，其中接線段(1)是在冷 段(2)的一端塗上導電性好的銀粉層，冷段( 是由電阻值較小二硼化鋯複合陶瓷材料組 成；發熱段的電阻值大於過渡段的電阻值。
2.根據權利要求1所述的一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件，其特徵是所述發 熱元件的形狀為空心等直徑棒型、大小徑型或U型。
3.根據權利要求1或2所述的一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件，其特徵是所述 的空心等直徑棒型發熱元件上的發熱段(4)和冷段( 之間具有過渡段(3)，過渡段3是 由電阻值介於比冷段大、比發熱段(4)小的ZrB2複合陶瓷材料組成，
4.根據權利要求1或2所述一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件，其特徵是所 述的空心大小徑型發熱元件，其為空心圓棒型，發熱元件的發熱段的外徑較小，直徑為 6-18mm之間；冷段O)的外徑較大，直徑為12-30mm之間，發熱大小徑型發熱元件 冷段( 和發熱段的中心孔相同，元件徑向的中心孔一個等徑圓孔，圓孔的直徑為 l-8mm之間。
5.根據權利要求1或2所述一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件，其特徵是所述的 U型加熱元件為實心，U型加熱元件的冷段直徑為12-30mm之間；發熱段的直徑為 6-16mm 之間。
專利摘要本實用新型公開了一種二硼化鋯複合陶瓷材料發熱元件，包括發熱段、冷段、過渡段和接線段，所述的發熱段位於中間，從發熱段兩端向外依次為過渡段、冷段和接線段，所述的過渡段、冷段和接線段對稱連接在發熱段兩端；所述的發熱段、冷段、過渡段和接線段由ZrB2複合陶瓷材料製成，為一體結構，其中接線段是在冷段的一端塗上導電性好的銀粉層，冷段是由電阻值較小ZrB2複合陶瓷材料組成；過渡段是由電阻值介於比冷段大、比發熱段小的ZrB2複合陶瓷材料組成，發熱段的電阻值大於過渡段的電阻值。本實用新型結構簡單，其可在氧化氣氛環境和超高溫條件下使用。
文檔編號H05B3/14GK201813561SQ201020125478
公開日2011年4月27日 申請日期2010年3月6日 優先權日2010年3月6日
發明者任飛雷, 周森安, 李小華, 鄭傳濤 申請人:洛陽市西格馬儀器製造有限公司