高温硼化锆陶瓷发热体及其制备方法技术

本发明专利技术属于电加热技术领域，具体涉及一种高温硼化锆陶瓷发热体及其制备方法，其特征在于陶瓷发热体按照质量百分比计，由以下原料配制而成：硼化锆50～84％、碳化硅16～50％，外加碳化硼0.8～5％，制备方法利用冷等静压成型-无压烧结技术。本发明专利技术制备的陶瓷发热体能够在短时间内达到2000℃并保持不破裂。将硼化锆陶瓷基复合材料用于发热体领域具有深远的意义，填补了该领域超高温发热体的空白。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电加热
，具体涉及一种。
技术介绍
发热体是指能够通过一定的方式(包括电、磁等)自身发出热量从而达到加热其它工件的物体。目前应用的电加热体种类繁多，主要有以下几种1、膜式电发热体。包括半导体薄膜型电热膜，氧树脂复合电热膜，导电性聚合物复合材料，涂料型电热膜。这类电热膜一般可采用真空镀或热解的方法来制备。真空镀设备工艺较为复杂，而热解法则需要在 450°C以上的温度下喷涂，薄膜厚度难以控制，工艺重复性差。2、金属电热丝。其主要的缺点是热效率低、耗能大，自身工作温度高，易氧化，寿命短。3、陶瓷发热体。目前广泛使用的陶瓷发热体为硅碳棒和硅钥棒发热体，虽然二者存在着诸多优点，但是这两种发热体均达不到2000°C的高温。4、MCH发热体。MCH是Metal Ceramics Heater的缩写,意思是金属陶瓷发热体。MCH是指将金属钨或者是钥锰浆料印刷在陶瓷流延坯体上，经过热压叠层，然后在1600°C氢气气氛保护下，陶瓷和金属共同烧结而成的陶瓷发热体。5、石墨、碳纤维发热体。目前广泛应用的发热体主要为石墨发热体，但是其存在一定的局限性。例如耐磨性差，抗氧化性能差，反复使用率低等。综合以上目前应用的发热体，其各自有各自的优势，能够满足相应领域的要求。但目前对于温度超过2000°C的发热体市场上仍处于空白状态。硼化锆是灰色坚硬晶体，密度6. 085g/cm3,熔点约3000°C，带金属光泽，有金属性，电阻略低于金属锆。加热后在较大的温度范围内稳定。熔点虽高，但在较低温度下能烧结。由金属锆与碳化硼、氮化硼混合后在氩气流中加热至2000°C制得。由于ZrB2具有耐腐蚀性，因此可用作高温热电偶保护套管。此外，由于具有ZrB2良好的导电性能和高硬度，因此还可用作电极材料、涂层材料以及切削材料。硼化锆基陶瓷复合材料具有高温抗氧化性、耐腐蚀性、抗热震性、导电性等优良的性能而受到广泛的应用。感应加热的原理工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000HZ或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个效应可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到一定温度，而心部温度升高很小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，利用感应加热技术和硼化锆陶瓷基复合材料自身的优良特性，使其使用温度能够达到2000°C，从而填补国内高温发热体的空白。本专利技术所述的一种高温硼化锆陶瓷发热体，包括感应加热电源和陶瓷发热体，陶瓷发热体外表面复合有保温层，保温层上缠绕有线圈，线圈与感应加热电源组成闭合回路，陶瓷发热体按照质量百分比计，由以下原料配制而成硼化锆50 84%、碳化硅16 50%，外加碳化硼0.8 5%。ZrB2是六方晶系C32型结构的准金属结构化合物，属于间隙相共价键化合物。硼的电离势较低，在同d电子层高度与未饱和的金属锆形成化合物时，电子向金属的原子骨架靠拢，形成类似金属间化合物的金属相。B原子尺寸较大，并且B与B可形成多种复杂的共价键。晶体结构中的硼原子面和锆原子面交替出现构成二维网状结构，这种类似于石墨结构的硼原子层状结构和锆外层电子结构决定了 ZrB2具有良好的导电性和金属光泽，同时ZrB2具有耐高温的性能使其具备作为高温发热体的理论条件。但是纯ZrB2陶瓷制品烧结温度高难以烧结并且抗氧化性能差又限制了其应用，因此在其中加入其它组分(SiC、B4C等)以增加其抗氧化性能，降低烧结温度。 其中，所述的感应加热电源优选为中频。所述的线圈优选为铜线圈。所述的保温层从内向外优选依次包括ZrO2纤维和ZrO2纤维布。由于使用温度高，因此利用ZrO2自身的耐高温特性，能够对陶瓷发热体更好的保温。所述的硼化锆的粒径优选为L 2 L 8 y m，碳化硅的粒径优选小于2 u m,碳化硼的粒径优选小于3. 5 ii m。由于市售ZrB2粉体原料的粒度在15微米左右，对于无压烧结而言该粒度过大，无法进行烧结，因此需要对其进行预处理。利用循环搅拌磨以酒精为介质，以300 350转/min的搅拌速率进行处理6 8h，使其粒度达到I. 2 I. 8 y m。本专利技术所述的高温硼化锆陶瓷发热体的制备方法，包括以下步骤(I)取配方量的硼化锆、碳化硅和碳化硼，以酒精为介质，酚醛树脂为粘结剂，放入装有氮化硅球的球磨罐进行球磨得到混合料，球磨时间为12 30小时；(2)将混合料在旋转蒸发器中烘干，烘干后过30 50目筛，然后进行冷等静压成型，压力为60 lOOMPa，成型之后进行破碎，使其能过30 50目筛，得到混合粉；(3)将混合粉装入成型模具内进行冷等静压成型，出模后坯体在烘箱中干燥；(4)在真空条件下进行排碳处理，然后在惰性气氛中进行最终的烧结；(5)停止加温，温度降至100°C时打开炉门，自然冷却；(6)冷却后根据需要对形状进行加工成产品。其中，所述的酒精与配料的配比优选为I 2. 5L :1kg，酚醛树脂优选占配料质量的0. 15% 3. 2%，其中配料的计算量以硼化锆和碳化硅两者总量为准。步骤(3)中优选按照以下工艺参数冷等静压成型压力为100 150MPa，保压时间为5 10分钟, 体的干燥温度为40 60°C,干燥时间为5 10h。步骤⑷中优选按照以下工艺参数排碳温度为600 800°C，排碳时间为10 15h，烧结温度为1900。。 2100°C，保温时间为I 3h。本专利技术的优点在于利用冷等静压成型-无压烧结技术制备出高温硼化锆陶瓷发热体,并配备中频感应加热电源。本专利技术制备的陶瓷发热体能够在短时间内达到2000°C并保持不破裂。将硼化锆陶瓷基复合材料用于发热体领域具有深远的意义，填补了该领域超高温发热体的空白。附图说明图I为本专利技术的结构示意图；图中I、感应加热电源2、陶瓷发热体3、保温层4、线圈。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术做进一步说明。如图I所示，实施例I 5所述的高温硼化锆陶瓷发热体，包括感应加热电源I和陶瓷发热体2，陶瓷发热体2外表面复合有保温层3，保温层3上缠绕有线圈4，线圈4与感应加热电源I组成闭合回路。实施例I 5的原料配比参见表1，表中数据以质量百分数计。表I :本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温硼化锆陶瓷发热体，包括感应加热电源和陶瓷发热体，陶瓷发热体外表面复合有保温层，保温层上缠绕有线圈，线圈与感应加热电源组成闭合回路，其特征在于陶瓷发热体按照质量百分比计，由以下原料配制而成硼化错50 84%、碳化娃16 50%,夕卜加碳化硼0. 8 5%。2.根据权利要求I所述的高温硼化锆陶瓷发热体，其特征在于感应加热电源为中频。3.根据权利要求I所述的高温硼化锆陶瓷发热体，其特征在于线圈为铜线圈。4.根据权利要求I所述的高温硼化锆陶瓷发热体，其特征在于保温层从内向外依次包括ZrO2纤维和ZrO2纤维布。5.根据权利要求I所述的高温硼化锆陶瓷发热体，其特征在于硼化锆的粒径为I.2 I.8 u m,碳化娃的粒径小于2 ii m,碳化硼的粒径小于3. 5 y m。6.一种权利要求I所述的高温硼化锆陶瓷发热体的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)取配方量的硼化锆、碳化硅和碳化硼，以酒精为介质，酚醛树脂为粘结剂，放入装有氮化硅球的球磨罐进行球磨得到混合料，球磨时间为12 30小时； (2)将混合料在旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳艳，周长灵，王重海，程之强，
申请(专利权)人：中材高新材料股份有限公司，山东工业陶瓷研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：