一种一体成型的陶瓷加热体及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及陶瓷加热体的制备工艺技术领域，尤其涉及一种一体成型的陶瓷加热体及其制备工艺，一体成型的陶瓷加热体由50-95%的陶瓷原料和5-50%的发热原料组成，陶瓷原料由50-95%的Si3N4、0.1-10%的MgO、0.1-5%的Y2O3、0.1-5%的Al2O3、0.1-5%的SiO2、0.1-5%的La2O3、0.1-5%的BN组成，发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物；陶瓷加热体的制备工艺为混料、球磨、滤干、成型、预烧、烧结、抛光处理和接电极工序，制造工艺简单，利于连续生产、生产效率高，生产成本低，利于实现规模化生产；本发明专利技术的陶瓷加热体使用寿命长、功率稳定、加热效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种一体成型的陶瓷加热体及其制备工艺
本专利技术涉及陶瓷加热体的制备工艺
，尤其涉及一种一体成型的陶瓷加热体及其制备工艺。
技术介绍
目前，传统的电吹风的电热元件是用电热丝绕制而成，装在电吹风的出风口处，电动机排出的风在出风口被电热丝加热，变成热风送出，传统的电吹风由于是用发热丝进行加热，不仅辐射大，而且电热丝在加热过程中与空气接触，较易氧化，反复通电断电会出现发热丝烧断，寿命短。暖风机是一种强迫对流式加热设备，传统的暖风机用PTC加热器进行加热，利用风机鼓动空气流经PTC电热元件强迫对流，以此为主要热交换方式。然而PTC电热元件含铅，使用时冲击电流大，功率随着使用时间的加长而逐渐衰减，热效率低。为此，人们开发出了一种新型的加热器—氮化硅加热片，目前氮化硅加热片一般采用将用于发热的钨丝直接加入氮化硅粉体内，然后经过烧制而成。然而，由于钨丝与氮化硅粉体有明显的界面，烧结后很难成为一体，在产品的生产过程中钨丝易短裂，或在烧结过程中电阻值发生变化，导致产品性能不稳定，成品率较低；而且，在高温下，钨与氮化硅复合陶瓷基体中的氧及氮会发生反应，致使加热片的电阻值不稳定，使用寿命欠佳，同时导热性能有待进一步提高；因此，现有的氮化硅加热片仍难以解决发热丝加热的氧化问题及PTC电热元件功率衰减的问题。另外，目前的氮化硅加热片的制造方法以高温高压工艺为主，能耗极大，且高温高压炉为单独炉体，无法实现连续生产，生产效率低一方面无法满足市场强大的需求，另一方面也在本质上限制了规模化生产和成本的降低。因此，以上所述问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种功率稳定、热效率高、使用寿命长的一体成型的陶瓷加热体。本专利技术的另一目的在于提供一种利于连续生产、生产效率高、利于规模化生产、生产成本低的一体成型的陶瓷加热体的制备工艺。本专利技术是通过以下技术方案来实现的。一种一体成型的陶瓷加热体，它由以下质量百分比的原料组成：陶瓷原料50-95%发热原料5-50%；其中，陶瓷原料由以下质量百分比的原料组成：Si3N470-96%MgO0.1-9%Y2O30.1-5%Al2O30.1-5%SiO20.1-5%La2O30.1-3%BN0.1-3%；其中，发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物。Si3N4化学名称为氮化硅，其相对分子质量是140.28，呈灰色、白色或灰白色，六方晶系，其晶体呈六面体，莫氏硬度9~9.5，维氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa，熔点为1900℃，通常在常压下1900℃分解，比热容为0.71J/(g·K)，生成热为-751.57kJ/mol，热导率为16.7W/(m·K)，线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)，不溶于水、溶于氢氟酸，其在空气中开始氧化的温度1300~1400℃，弹性模量为28420~46060MPa，耐压强度为490MPa。比体积电阻：在20℃时为1.4×105·m，在500℃时为4×108·m。Si3N4是一种重要的结构陶瓷材料，是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体，高温时抗氧化，而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。MgO的化学名称为氧化镁，为白色或淡黄色粉末，无臭、无味、无毒，其不溶于水或乙醇，微溶于乙二醇，熔点2852℃，沸点3600℃，氧化镁有高度耐火绝缘性能。经1000℃以上高温灼烧可转变为晶体，升至1500℃以上则成死烧氧化镁(也就是所说的镁砂)或烧结氧化镁。氧化镁起骨架作用，在陶瓷中作用是起结构固定作用，使产品不容易变形。Y2O3的化学名称为三氧化二钇，白色略带黄色粉末。熔点：2415℃；相对密度：5.01；溶解性：不溶于水和碱，溶于矿物酸。首先，Y2O3的添加对陶瓷硬度的影响很大，因为钇离子的添加细化了氧化铝晶粒，减少了气孔﹑裂纹等缺陷，使其结合更紧密，密度增大，所以掺杂钇离子不仅可以提高陶瓷的强度，改善其力学性能，还可以显著提高陶瓷的硬度。其次，Y2O3的添加显著提高了陶瓷的致密度，Y2O3为稀土氧化物，稀土氧化物由于其性能上的特殊性，是良好的表面活性物质，可改善Al2O3复合材料的润湿性能，降低陶瓷材料的熔点，稀土氧化物Y2O3可促进Al2O3与SiO2的化学反应，易于形成低熔点液相，加上颗粒之间的毛细作用，促使颗粒间的物质向孔隙处填充，使材料孔隙率降低，致密度提高。因此，Y2O3的添加显著提高了陶瓷的强度、硬度和致密度。Al2O3的化学名称为氧化铝，Al2O3是结构陶瓷中的典型材料，具有机械强度高﹑硬度高﹑耐腐蚀﹑耐磨损﹑电阻率大﹑热稳定性好等特性，能承受机械应力﹑腐蚀﹑高温﹑绝缘等条件苛刻的环境。Al2O3可以促进液相烧结中液相含量的增大，还可以降低液相粘度，有利于Si3N4在液相中溶解、扩散传质，因此Al2O3的添加对Si3N4常压烧结致密化有重要的作用。SiO2的化学名称为二氧化硅，其不溶于水，不溶于酸，但溶于氢氟酸及热浓磷酸。SiO2的一部分与Al2O3反应生成网状莫来石（3Al2O3·2SiO2）晶体成为粉体骨架，提高陶瓷的机械强度和化学稳定性，另一部分SiO2以游离态存在亦起骨架作用。且Al2O3可提高粉体的致密化程度，使氮化硅陶瓷的抗弯强度提高。La2O3的化学名称为氧化镧，其为白色无定形粉末，为密度6.51g/cm3。熔点为2217℃，沸点为4200℃，溶解性：溶于酸、乙醇、氯化铵，不溶于水、酮。Si3N4有α和β两种晶体结构，La2O3的加入利于β-Si3N4晶粒轴比的提高，也提高β-Si3N4柱状晶的长径比，同时促进α-Si3N4和β-Si3N4的完全转变，大大提高了氮化硅陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性。BN的化学名称为氮化硼，氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于10-6Ω.cm；压缩强度为170MPa；在c轴方向上的热膨胀系数为41×10-6/℃而在d轴方向上为－2.3×10-6；在氧化气氛下最高使用温度为900℃，而在非活性还原气氛下可达2800℃。BN的耐热性、耐热冲击和高温强度都很高，而且能加工成各种形状，因此被广泛用作各种熔融体的加工材料。氮化硼的粉末具有良好的润滑性，用在陶瓷中作为耐高温自润滑复合材料。MoSi2的化学名称为二硅化钼，MoSi2是Mo—Si二元合金系中含硅量最高的一种中间相，是成分固定的道尔顿型金属间化合物，具有金属与陶瓷的双重特性，是一种性能优异的高温材料。MoSi2具有极好的高温抗氧化性，抗氧化温度高达1600℃以上，与SiC相当；密度适中，密度为6.24g/cm3；较低的热膨胀系数(8.1×10-6K-1)；良好的电热传导性；较高的脆韧转变温度1000℃。MoSi2具有良好的高温抗氧化性和抗热冲击性，以及稳定的电阻特性，因此将MoSi2作为陶瓷加热体的发热原料与陶瓷材料混合，制备得的陶瓷加热体功率稳定、加热效率高。TiC的化学名称为碳化钛，TiC的相对分子质量为59.91，密度为4.93g/cm3，熔点为3160℃，沸点为4820℃，TiC呈浅灰色，为立方晶系，不溶于水，具有很高的化学稳定性，与盐酸、硫酸几乎不起化学反应，但能够溶解于王水、硝酸和氢氟酸中，还溶于碱性氧化物的溶液中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体成型的陶瓷加热体，其特征在于：它由以下质量百分比的原料组成：陶瓷原料       50‑95%发热原料       5‑50%；      其中，陶瓷原料由以下质量百分比的原料组成：Si3N4          70‑96%MgO          0.1‑9%Y2O3          0.1‑5%Al2O3          0.1‑5%SiO2             0.1‑5%La2O3          0.1‑3%BN            0.1‑3%；其中，发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种一体成型的陶瓷加热体，其特征在于：它由以下质量百分比的原料组成：陶瓷原料50-95%发热原料5-50%；其中，陶瓷原料由以下质量百分比的原料组成：Si3N470-96%MgO0.1-9%Y2O30.1-5%Al2O30.1-5%SiO20.1-5%La2O30.1-3%BN0.1-3%；其中，发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物；所述陶瓷加热体的制备工艺包括以下工艺步骤：a、混料：先将配方量的Si3N4、MgO、Y2O3、Al2O3、SiO2、La2O3、BN混合搅拌均匀制成陶瓷原料，再将发热原料MoSi2、TiC、MoSi2与TiC的混合物中的一种与陶瓷原料混合搅拌均匀，制成粉料；b、球磨：将步骤a制得的粉料、研磨球、水或酒精放入球磨罐中进行湿法球磨，湿法球磨的时间为8-24h；c、滤干：对步骤b中湿法球磨后的浆料进行固液分离，将分离后的粉体进行烘干处理；d、成型：将步骤c中烘干处理后的粉体按照以下成型方法中的一种成型：热压铸成型、干压成型、挤出成型、等静压成型、流延成型和注塑成型，粉体成型制得坯体；e、预烧：将步骤d制得的坯体进行预烧，预烧的温度为350-1250℃；f、烧结：烧结：将步骤D制得的坯体置于石墨坩埚或钼坩埚中，并埋入隔离粉，接着用箱式炉或隧道窑将埋于隔离粉中的坯体在常压下进行烧结，烧结气氛为氮气和氢气混合气体，坯体烧结制得陶瓷加热体半成品；g、抛光处理：将陶瓷加热体半成品进行表面抛光处理；h、接电极：将步骤g中表面处理过的陶瓷加热体半成品的两端或者侧部印刷导电浆料，导电浆料经烧结制成电极，最后在电极的固定端子引出接电端子，制得陶瓷加热体成品；步骤f烧结具体为：将步骤e预烧后的坯体置于石墨坩埚或钼坩埚中，并埋入隔离粉，接着用箱式炉或隧道窑将埋于隔离粉中的坯体在常压下进行烧结，烧结气氛为氮气和氢气混合气体，氢气在混合气体中的体积百分比为1-40%，氮气在混合气体中的体积百分比为60%-99%，坯体烧结制得陶瓷加热体半成品。2.根据权利要求1所述的一种一体成型的陶瓷加热体，其特征在于：它由以下质量百分比的原料组成：陶瓷原料60-80%发热原料20-40%；其中，陶瓷原料由以下质量百分比的原料组成：Si3N480-90%MgO2-6%Y2O32-4%Al2O32-4%SiO22-4%La2O31-2.5%BN1-2.5%；其中，发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物，两种的混合物由质量百分比为50-99.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：何峰斌，陈闻杰，张明军，
申请(专利权)人：东莞市国研电热材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44