專利名稱：一種硅化鉬型加熱元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅化鉬型加熱元件的制備方法。
背景技術(shù)：
硅化鉬型加熱元件因其具有高熔點、良好的高溫抗氧化性、抗熱沖擊性和穩(wěn)定的電阻特性等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。硅化鉬型加熱元件由冷端和熱端組成。冷端較粗，電阻小，主要作用是導(dǎo)電；熱端較細(xì)，一般為冷端直徑尺寸的一半，電阻較大，主要作用是向周圍環(huán)境輻射熱量。目前，國內(nèi)外硅化鉬型加熱元件的制備均采用冷熱端分別擠出成型、燒成， 然后進行精細(xì)加工，最后經(jīng)焊接而成。這種制備方法復(fù)雜，在精細(xì)加工過程中產(chǎn)生較多廢料。而且，燒成后的冷端和熱端材料晶粒長大，導(dǎo)致在冷熱端焊接過程中Mo、Si等原子相互擴散較困難，因此很難保證冷熱端的焊接質(zhì)量，焊接部位容易出現(xiàn)假焊、虛焊、局部焊、開裂等問題。在使用過程中焊接部位容易出現(xiàn)熔斷、脫焊等問題，是硅化鉬型加熱元件破壞的最主要原因，約占80%。可見使用傳統(tǒng)擠出成型、焊接工藝生產(chǎn)出的硅化鉬型加熱元件不僅工藝復(fù)雜繁瑣、制備周期長，而且所生產(chǎn)的加熱元件使用過程中冷熱端焊接部位容易斷裂。因此需要開發(fā)一種新的成型工藝來解決上述問題。凝膠注模成型(gel-casting)最早由美國橡樹嶺國家實驗室提出，是一種近凈尺寸成型技術(shù)。它是利用有機單體聚合形成相互交聯(lián)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使懸浮漿料原位固化，之后經(jīng)過干燥、燒結(jié)等工藝過程制備陶瓷制品。該工藝有機單體含量低，產(chǎn)品尺寸精度高，坯體強度高，可進行機械加工，在精密、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷元件生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。這一技術(shù)已應(yīng)用于亞微米或微米級粉體的氧化鋁(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)等形狀復(fù)雜的陶瓷部件的成型。因此，利用凝膠注模成型冷熱端一體化加熱元件，可以簡化加熱元件制備工藝，省去加熱元件冷熱端的焊接步驟，保證冷熱端交界處材料的一致性，充分發(fā)揮了一體化硅化鉬型加熱元件的優(yōu)良性能，提高其使用壽命。同時可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硅化鉬型加熱元件的制備方法。該方法利用凝膠注膜近凈尺寸成型的優(yōu)點，將發(fā)熱元件的冷熱端一體化成型后燒成制備加熱元件，無需后續(xù)冷熱端精細(xì)加工和焊接等工藝。一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑混合配置成預(yù)混液，然后加入硅化鉬型粉體、硅酸鹽氧化物、分散劑在球磨罐中混合后；將漿料PH調(diào)至 8. 0-10. 0后球磨得到分散均勻、穩(wěn)定、流動性能好的懸浮漿料；在懸浮漿料中加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌均勻并進行真空除氣處理，然后倒入成型模具中，在一定溫度下使?jié){料凝膠固化成型；成型坯體經(jīng)干燥、燒成即得所需加熱元件。去離子水、有機單體、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100 10-30 2-0.5。所述有機單體為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為NN-亞甲基雙丙烯酰胺。
預(yù)混液、硅化鉬型粉體、硅酸鹽氧化物、分散劑的質(zhì)量比為 1:5-9: 0.20-0.50 0.05-0.20。所述硅酸鹽氧化物中氧化鋁和二氧化硅的總含量> 95wt. %，其中氧化鋁占重量的8-43wt. %，二氧化硅占重量的52-87wt. %。所述硅化鉬型粉體為(WxMcvx) (SihAly)2，純度均彡98. Owt. %，粒度彡30微米；χ 處于0-0. 5范圍內(nèi)，y處于0-0. 45范圍內(nèi)。所述分散劑為聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、檸檬酸三銨中的一種。所述引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀中的一種，加入量為有機單體重量的 1. 0-8. Owt. % ；所述催化劑為四甲基乙二胺，加入量為有機單體重量的0. 1-2. Owt. %。成型坯體的燒成是在氣氛爐氬氣或氫氣下1450_1650°C保溫1. 0-2. 0個小時。本發(fā)明制備硅化鉬型加熱元件的主要步驟如下1、漿料配制(1)去離子水、有機單體和交聯(lián)劑按質(zhì)量比100 10-30 2-0. 5稱取攪拌均勻配制成預(yù)混液；所述有機單體為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺；(2)、預(yù)混液、硅化鉬型粉體、硅酸鹽氧化物、分散劑按質(zhì)量比 1:5-9: 0. 20-0. 50 0.05-0. 20放入球磨罐中，以陶瓷球為研磨球，混合0.5-10. 0小時；然后用氨水或氧化鉀或氧化鈉將漿料PH調(diào)至8. 0-10. 0后球磨15-36小時后得到分散均勻、穩(wěn)定、流動性能好的漿料；所述硅化鉬型粉體純度> 98. Owt. %，粒度< 30微米；硅酸鹽氧化物中氧化鋁和二氧化硅的總含量> 95wt. %，其中氧化鋁占重量的8-43wt. %，二氧化硅占重量的52-87wt. % ；所述分散劑為聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或檸檬酸三銨；2、坯體成型向步驟1配制漿料中加入引發(fā)劑過硫酸銨或過硫酸鉀，加入量為有機單體的1.0-8. Owt. %，攪拌均勻；再向漿料中加入催化劑四甲基乙二胺，加入量為有機單體的0. 1-2. Owt. %，攪拌均勻；將漿料進行抽真空除氣處理后注入到成型模具內(nèi)，在 25-90°C溫度范圍內(nèi)凝膠固化成型；坯體脫模后干燥；3、燒成在氣氛爐氫氣或氬氣氣氛下1450_1650°C保溫1. 0_2. 0個小時，得到硅化鉬型加熱元件。本發(fā)明實質(zhì)性特點是1)坯體燒成后無需冷熱端的的焊接，避免傳統(tǒng)制備方法導(dǎo)致加熱元件冷熱端焊接部位質(zhì)量不高的問題。2)該工藝操作簡單，容易成型異型制品。3)本發(fā)明工藝方法無需后續(xù)再加工，避免了物料的損失，減少了設(shè)備需求，成本低。
具體實施例方式實施例1 1)漿料制備將50克丙烯酰胺和2. 5克N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有500 克去離子水燒杯中溶解得到預(yù)混液，倒入球磨罐中；將觀00克純度98. Owt. %、粒度30微米的MoSi2粉體和110. 5克硅酸鹽氧化物(氧化鋁占8wt. %，二氧化硅87wt. % )和觀克聚乙烯醇放入盛有預(yù)混液的球磨罐中，以氧化鋁球為研磨球，混合0. 5小時，加入適量氧化鈉將漿料PH值調(diào)至8. 0后繼續(xù)球磨15小時得到漿料。2)成型和干燥向步驟1)漿料中加入0. 5克過硫酸銨，攪拌均勻；再向漿料中加入0.05克四甲基乙二胺，攪拌均勻。然后將漿料除氣抽真空處理后注入到成型模具內(nèi)，在 25°C下凝膠固化成型。0. 5小時后脫去模具，將坯體干燥。3)燒成將干燥好的坯體在氣氛爐氬氣氣氛下1450°C保溫2. 0個小時，得到MoSi2 加熱元件。實施例2 1)漿料制備將75克丙烯酰胺和5. 0克N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有500 克去離子水燒杯中溶解得到預(yù)混液，倒入球磨罐中；將3495克純度98. 7wt. %、粒度25微米的(Wa5Moa5)Si2和160克硅酸鹽氧化物(氧化鋁43wt. %，二氧化硅52wt. % )和35克聚乙烯醇放入盛有預(yù)混液的球磨罐中，以氧化鋁球為研磨球，混合3. 0小時，加入適量氧化鉀將漿料PH值調(diào)至9. 0后繼續(xù)球磨20小時得到漿料。2)成型和干燥。向步驟1)漿料中加入1. 5克過硫酸銨，攪拌均勻；再向漿料中加入0.45克四甲基乙二胺，攪拌均勻。然后將漿料除氣抽真空處理后注入到成型模具內(nèi)，在 45°C下凝膠固化成型。0. 5小時后脫去模具，將坯體干燥。3)燒成將干燥好的坯體在氣氛爐氬氣氣氛下中1500°C保溫2.0個小時，得到 (Wa5Moa5)Si2 發(fā)熱體。實施例3 1)漿料制備將100克甲基丙烯酰胺和5. 0克N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有500克去離子水燒杯中溶解得到預(yù)混液，倒入球磨罐中；將4252克純度99. Owt. %、粒度 20微米的(W0. ^o0. i) Si2和210. 5克硅酸鹽氧化物(氧化鋁21wt. %，二氧化硅74wt. % )和 60. 5克聚丙烯酰胺放入盛有預(yù)混液的球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，混合5. 0小時，加入適量氨水將漿料PH值調(diào)至9. 5后繼續(xù)球磨25小時得到漿料。2)成型和干燥。向步驟1)漿料中加入4. 5克過硫酸鉀，攪拌均勻；再向漿料中加入1.0克四甲基乙二胺，攪拌均勻。然后將漿料除氣抽真空處理后注入到成型模具內(nèi)，在 60°C下凝膠固化成型。0. 5小時后脫去模具，將坯體干燥。3)燒成將干燥好的坯體在氣氛爐氫氣氣氛下1550°C保溫2.0個小時，得到 (WaiMoai)Si2 發(fā)熱體。實施例4 1)漿料制備將125克丙烯酰胺和7. 5克N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有500 克去離子水燒杯中溶解得到預(yù)混液，倒入球磨罐中；將5040克純度99. 3wt. %、粒度10微米的Mo (Ala45Sia55)JP 280克硅酸鹽氧化物(氧化鋁17wt. %，二氧化硅78wt. 和94. 87 克聚丙烯酰胺放入盛有預(yù)混液的球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，混合7. 0小時，加入適量氨水將漿料PH值調(diào)至10. 0后繼續(xù)球磨30小時得到漿料。2)成型和干燥向步驟1)漿料中加入8. 5克過硫酸銨，攪拌均勻；再向漿料中加入1.8克四甲基乙二胺，攪拌均勻。然后將漿料除氣抽真空處理后注入到成型模具內(nèi)，在 70°C下凝膠固化成型。0. 5小時后脫去模具，將坯體干燥。3)燒成將干燥好的坯體在氣氛爐氫氣氣氛下1600°C保溫1. 5個小時，得到Mo (Ala45Sia55)2 二硅化鉬發(fā)熱體。實施例5 1)漿料制備將150克甲基丙烯酰胺和10. 0克N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺放入盛有500克去離子水燒杯中溶解得到預(yù)混液，倒入球磨罐中；將5940克純度99. 6wt. %、粒度 5微米的Mo(AlaiSia9)2和330克硅酸鹽氧化物(氧化鋁Ilwt. %，二氧化硅84wt. % )和 132克檸檬酸三銨放入盛有預(yù)混液的球磨罐中，以氧化鋯球為研磨球，混合10. 0小時，加入適量氨水將漿料PH值調(diào)至10. 0后繼續(xù)球磨36小時得到漿料。2)成型和干燥。向步驟1)漿料中加入12克過硫酸鉀，攪拌均勻；再向漿料中加入3克四甲基乙二胺，攪拌均勻。然后將漿料除氣抽真空處理后注入到成型模具內(nèi)，在90°C 下凝膠固化成型。0.5小時后脫去模具，將坯體干燥。3)燒成將干燥好的坯體在氣氛爐氫氣氣氛下1650°C保溫1.0個小時，得到 Mo (AlaiSia9)2 發(fā)熱體。
權(quán)利要求
1.一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于，將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑混合配置成預(yù)混液，然后加入硅化鉬型粉體、硅酸鹽氧化物、分散劑在球磨罐中混合后；將漿料PH調(diào)至8. 0-10. 0后球磨得到分散均勻、穩(wěn)定、流動性能好的懸浮漿料；在懸浮漿料中加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌均勻并進行真空除氣處理，然后倒入成型模具中，在一定溫度下使?jié){料凝膠固化成型；成型坯體經(jīng)干燥、燒成即得所需加熱元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于去離子水、 有機單體、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100 10-30 2-0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于所述有機單體為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為NN’ -亞甲基雙丙烯酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于預(yù)混液、硅化鉬型粉體、硅酸鹽氧化物、分散劑的質(zhì)量比為1 5-9 0. 20-0. 50 0.05-0.20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于所述硅酸鹽氧化物中氧化鋁和二氧化硅的總含量> 95wt. %，其中氧化鋁占重量的8-43wt. %，二氧化硅占重量的52-87wt. %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于所述硅化鉬型粉體為(WxMcvx) (SipyAly)2，純度均彡98. Owt. %，粒度彡30微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于χ處于 0-0. 5范圍內(nèi)，y處于0-0. 45范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于所述分散劑為聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、檸檬酸三銨中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于所述引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀中的一種，加入量為有機單體重量的1.0-8. Owt. % ；所述催化劑為四甲基乙二胺，加入量為有機單體重量的0. 1-2. Owt. %。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，其特征在于，成型坯體的燒成是在氣氛爐氬氣或氫氣下1450-1650°c保溫1. 0-2. 0個小時。
全文摘要
本發(fā)明屬于陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅化鉬型加熱元件的制備方法，利用凝膠注膜方法近凈尺寸成型的優(yōu)點，一體化成型硅化鉬型加熱元件坯體，然后經(jīng)干燥、燒成即可得到硅化鉬型加熱元件產(chǎn)品。具體步驟為將去離子水、有機單體、交聯(lián)劑混合配置成預(yù)混液，然后加入硅化鉬型粉體、硅酸鹽氧化物、分散劑，混合得到懸浮漿料，在懸浮漿料中加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌均勻后進行真空除氣處理，使?jié){料凝膠固化成型；成型坯體經(jīng)干燥、燒成得到所需加熱元件。本發(fā)明一體化成型硅化鉬型加熱元件，省去了冷熱端焊接工序，避免傳統(tǒng)制備方法導(dǎo)致發(fā)熱體冷熱端焊接質(zhì)量不高、壽命低的問題。具有操作簡便，容易成型異型制品、產(chǎn)品質(zhì)量高和成本低等優(yōu)點。
文檔編號C04B35/622GK102173812SQ20111003530
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月29日
發(fā)明者周繼偉, 姜欣, 王剛, 王來穩(wěn), 王龍慶, 蔡澤 申請人:中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司, 洛陽神佳窯業(yè)有限公司