一种抗热震碳化硅电热元件及其加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及电热元件领域，具体是一种抗热震碳化硅电热元件及其加工工艺，用聚碳硅烷

【技术实现步骤摘要】
一种抗热震碳化硅电热元件及其加工工艺


[0001]本专利技术涉及电热元件领域，具体是一种抗热震碳化硅电热元件及其加工工艺
。

技术介绍

[0002]电热元件是电热器的核心部件，电热元件的好坏决定电热器的性能和使用寿命，为了提高电热元件的耐高温性，通常在电热元件表层涂刷陶瓷涂层，来提高电热元件的高温抗氧化的效果，但是涂层与基件同样存在热膨胀系数不匹配，结合力不足，从而导致涂层脱落失效的问题
。
[0003]碳化硅是目前具有应用潜力的高温热结构材料之一，但是其本身具有本征脆性和低延展性，在高低温热循环中容易出现开裂和灾难性失效，即碳化硅的抗热震与韧性较差，限制了其在电热元件中的应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种抗热震碳化硅电热元件及其加工工艺，以解决现有技术中的问题
。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种抗热震碳化硅电热元件的加工工艺，包括以下步骤：
[0007]S1
：用聚碳硅烷
、
二茂铁修饰有机框架制备原位纳米线增韧碳化硅；
[0008]S2
：将原位纳米线增韧碳化硅依次经过化学气相渗透
、
先驱体浸渍裂解转化，得到改性碳化硅；
[0009]S3
：用基础釉料
、
二茂铁修饰有机框架
、
聚乙烯醇制备涂层浆料；
[0010]S4
：将涂层浆料涂覆在改性碳化硅表面，烧结，得到一种抗热震碳化硅电热元件
。
[0011]进一步的，化学气相渗透的工作条件为：以甲烷为先驱体，氮气为稀释气体，在
950
‑
1000℃
进行沉积，沉积压力为
6kPa
，沉积时间
24h。
[0012]进一步的，先驱体浸渍裂解转化的工作条件为：采用质量分数为
45
％的热固型呋喃树脂作为先驱体，浸渍压力为
3MPa
，时间
1h
，浸渍完成后于
175℃
保温
3h
，然后升温至
1000℃
保温
1.5h。
[0013]进一步的，二茂铁修饰有机框架的制备包括以下步骤：
[0014]1)
氯化锆
、4,4
‑
二氨基
‑
1,1
‑
联苯
‑
3,3
‑
二羧酸
、
苯甲酸
、N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，搅拌
50
‑
60min
，升温至
120℃
加热
12h
，加入钛酸四丁酯与
N,N
‑
二甲基甲酰胺的混合液，升温至
120℃
加热
12h
，冷却
、
离心
、
洗涤，得到有机框架；
[0015]2)
将有机框架和二茂铁甲醛
、
三氯甲烷混合，搅拌器6‑
7h
，洗涤，烘干，得到二茂铁修饰有机框架
。
[0016]进一步的，原位纳米线增韧碳化硅的制备包括以下步骤：
[0017](1)
将聚碳硅烷研磨过
200
目筛，加热至
300℃
保温
3h
，冷却后加入二茂铁修饰有机框架与二甲苯的混合液，研磨过
200
目筛，获得前驱体粉末；
[0018](2)
将前驱体粉末置于模具中，
15MPa
下冷压成型，获得前驱体粉末压片，然后采用石墨纸包裹前驱体粉末压片，包埋于活性炭粉中，在氩气气氛下升温至
1300℃
保温
2h
，得到原位纳米线增韧碳化硅
。
[0019]进一步的，以质量份数计，涂层浆料的组成为：基础釉料
14
‑
16
份
、
二茂铁修饰有机框架2‑5份
、
聚乙烯醇
11
‑
13
份
。
[0020]进一步的，以质量份数计，基础釉料的组成为：电熔莫来石
10
‑
20
份
、
高岭土
38
‑
40
份
、
活性
α
‑
Al2O3微粉2‑3份
、
水合氧化铝1‑2份
、
氧化镁粉5‑6份
、
改性钢纤维2‑3份
。
[0021]进一步的，改性钢纤维的制备包括以下步骤：
[0022]将铝粉和硅粉混合，加入钢纤维
、
热固性酚醛树脂
、
乙二醇的混合液，超声搅拌1‑
2h
，放置
2h
，
180℃
保温
8h
，冷却，粉碎，过
200
目筛，得到改性钢纤维
。
[0023]进一步的，钢纤维的尺寸为
20
‑
40
μ
m
，铝粉的尺寸为5‑
10
μ
m
，硅粉的尺寸为5‑
10
μ
m。
[0024]本专利技术制备的碳化硅电热元件与金属电热元件相比，具有使用温度高
、
抗氧化
、
耐腐蚀
、
寿命长
、
抗热震等特点
。
根据实际需求，本专利技术的电热元件可按需在模具中加工成粗端部
、
等直径硅碳棒，如直型棒
、U
型棒
、
枪型棒
、
槽型棒
、
单螺纹棒
、
双螺纹棒等规格型号，其直径范围为6‑
45mm。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术提供一种抗热震碳化硅电热元件及其加工工艺，用聚碳硅烷
、
二茂铁修饰有机框架合成原位纳米线增韧碳化硅作为电热元件原件，然后依次经过化学气相渗透
、
先驱体浸渍裂解转化，大幅提高碳化硅的韧性及抗热震性，用基础釉料
、
二茂铁修饰有机框架
、
聚乙烯醇制备涂层浆料，在电热元件原件表面构建具有致密堇青石
‑
莫来石表面，从而大幅增强碳化硅电热元件的抗热震性及力学强度
。
[0027]用聚碳硅烷研磨，过筛，在空气环境中预氧化形成交联结构，加入用
4,4
‑
二氨基
‑
1,1
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种抗热震碳化硅电热元件的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：用聚碳硅烷
、
二茂铁修饰有机框架制备原位纳米线增韧碳化硅；
S2
：将原位纳米线增韧碳化硅依次经过化学气相渗透
、
先驱体浸渍裂解转化，得到改性碳化硅；
S3
：用基础釉料
、
二茂铁修饰有机框架
、
聚乙烯醇制备涂层浆料；
S4
：将涂层浆料涂覆在改性碳化硅表面，烧结，得到一种抗热震碳化硅电热元件
。2.
根据权利要求1所述的一种抗热震碳化硅电热元件的加工工艺，其特征在于，化学气相渗透的工作条件为：以甲烷为先驱体，氮气为稀释气体，在
950
‑
1000℃
进行沉积，沉积压力为
6kPa
，沉积时间
24h。3.
根据权利要求1所述的一种抗热震碳化硅电热元件的加工工艺，其特征在于，先驱体浸渍裂解转化的工作条件为：采用质量分数为
45
％的热固型呋喃树脂作为先驱体，浸渍压力为
3MPa
，时间
1h
，浸渍完成后于
175℃
保温
3h
，然后升温至
1000℃
保温
1.5h。4.
根据权利要求1所述的一种抗热震碳化硅电热元件的加工工艺，其特征在于，二茂铁修饰有机框架的制备包括以下步骤：
1)
氯化锆
、4,4
‑
二氨基
‑
1,1
‑
联苯
‑
3,3
‑
二羧酸
、
苯甲酸
、N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，搅拌
50
‑
60min
，升温至
120℃
加热
12h
，加入钛酸四丁酯与
N,N
‑
二甲基甲酰胺的混合液，升温至
120℃
加热
12h
，冷却
、
离心
、
洗涤，得到有机框架；
2)
将有机框架和二茂铁甲醛
、
三氯甲烷混合，搅拌器6‑
7h
，洗涤，烘干，得到二茂铁修饰有机框架
。5.
根据权利要求1所述的一种抗热震碳化硅电热元件的加工工艺，其特征在于，原位纳米线...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈倬伟，谈卓君，王才荣，徐卫江，
申请(专利权)人：宜兴市荣利钨钼制品有限公司，
类型：发明
国别省市：