專利名稱：氮化硅發(fā)熱體及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電熱材料，尤其涉及氮化硅發(fā)熱體及其制造方法。
目前，國內外的電加熱器普遍采用金屬管內放電阻絲用填料絕緣的電加熱方式，或者就是電阻絲用絕緣材料隔離的暴露式加熱方式。比如，現(xiàn)在市場上的電熱水器、電熱水瓶、電熱杯、電熨斗、電吹風、電熱鍋、熱得快、電消毒柜、取暖器、工業(yè)用的磷化池、熱處理用的酸堿池等均采用以上加熱方式；近幾年也有采用PTC陶瓷石英管的加熱器用于取暖器，但它們都存在一個共同的缺陷使用壽命太短，安全性差。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種使用壽命長、安全可靠的氮化硅發(fā)熱體及其制造方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下方式來實現(xiàn)一種氮化硅發(fā)熱體，它由發(fā)熱源及發(fā)熱本體組成，其特征在于它以鎢絲作為發(fā)熱源，其發(fā)熱本體的配方如下(重量百分數(shù))氮化硅(Si3N4)82％～93％三氧化二鋁(Al2O3)0.1％～5％三氧化二釔(Y2O3) 4％～8％氮化鋁(AlN)3％～5％一種氮化硅發(fā)熱體的制造方法，其特征在于它由以下步驟組成(1)原料配制按上述配方進行稱料，并放入尼龍桶內，加入乙醇、氮化硅球，球磨2～48小時，然后倒入容器，放入烘箱中烘干，過篩待用。
(2)素胚制備按發(fā)熱體外形要求加工金屬模具，壓制素胚時先將粉料的一半倒入金屬模內，刮平粉料，將鎢絲放入模中，再加入另一半粉料，放在壓頭為20～60噸的壓機上加壓，然后拆模，取出素胚待用。
(3)燒結過程及工藝[1]石墨模用高純石墨按發(fā)熱體外形尺寸加工石墨模，在與素胚接觸的模具表面涂上氮化硼分離劑。裝模將素胚裝入石墨模，放進熱壓爐內。燒結工藝將石墨模在30～60分鐘內加熱至1450～1520℃，保持2～15分鐘，繼續(xù)升溫并開始加壓，在15～60分鐘內再次將石墨模加熱至1700-1800℃，并加滿全壓(全壓=素胚的總受力面積×200～300kg/cm)，保持5～60分鐘，然后，在10～60分鐘內將石墨模冷卻至1200～1600℃，再進一步冷卻、卸壓。拆模當熱壓爐內溫度低于150℃時，開爐取出石墨模，拆模取出制品。
本發(fā)明采用氮化硅作為原材料，以鎢絲作為發(fā)熱絲，經熱壓燒結而成，因此，它具有以下特性1耐高溫在小于1200℃的工況下可長時間工作。
2耐腐蝕氮化硅發(fā)熱體在30％氫氧化鈉溶液中進行6小時沸騰試驗，平均腐蝕率為0.43g/m2h。在5％硫酸溶液中進行6小時沸騰試驗，平均腐蝕率為9.21g/m2h，而不銹鋼在相同環(huán)境下腐蝕率達81～121g/m2h。所以，氮化硅發(fā)熱體的抗酸堿能力遠強于金屬發(fā)熱體。
3高強度每片氮化硅發(fā)熱體的抗折強度均大于700MPa，而經計算，在100℃的水中，散熱面積為41cm2、功率為1500w的氮化硅發(fā)熱體只需有50～60Mpa的強度便不會折斷。
4安全可靠氮化硅系絕緣材料，其漏電電流為0.052mA，而一般小型家用電器(快速式熱水器)規(guī)定的漏電電流需小于0.25mA。經測試，當輸入電壓為220v的氮化硅發(fā)熱體在水中工作時突然發(fā)生折斷，水中電壓小于36v，不足以對人體造成傷害。本發(fā)明產品在6V～380V電壓下均可使用。
下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明實施例1～4一種氮化硅發(fā)熱體，它通過以下步驟制成(1)原料配制按表一所列配方進行稱料，并放入尼龍桶內，加入乙醇、氮化硅球，球磨3小時，然后倒入容器，放入烘箱中烘干，冷卻后過篩待用。
表一氮化硅發(fā)熱體的發(fā)熱本體的配方單位克
(2)素胚制備按150×30×4mm發(fā)熱體外形要求加工金屬模具，壓制素胚時先將粉料的一半倒入金屬模內，刮平粉料，將鎢絲放入模中，再加入另一半粉料，放在壓頭為30噸的壓機上加壓，然后拆模，取出素胚待用。
(3)燒結過程及工藝[1]石墨模用高純石墨按150×30×4mm發(fā)熱體外形尺寸加工石墨模，在與素胚接觸的模具表面涂上氮化硼分離劑。裝模將素胚裝入石墨模，放進熱壓爐內。燒結工藝從室溫開始，將石墨模在60分鐘內加熱至1450℃，保持5分鐘，繼續(xù)升溫并開始加壓，在50分鐘內再次將石墨模加熱至1700℃，壓力升到45噸(單層燒5片)，保持60分鐘，然后，在60分鐘內將石墨模冷卻至1500℃，隨爐冷卻、卸壓。拆模當熱壓爐內溫度低于150℃時，開爐取出石墨模，拆模取出制品。
鎢絲作為發(fā)熱源處在在發(fā)熱本體中間，在6V～380V電壓下，按照所要求的功率不同，設計它的長短及直徑大小。
實施例5～8采用與實施例1～4相同的配方，其燒結工藝為從室溫開始，將石墨模在30分鐘內加熱至1480℃，保持15分鐘，繼續(xù)升溫并開始加壓，在45分鐘內再次將石墨模加熱至1790℃，壓力升到45噸(單層燒5片)，保持45分鐘，然后，在30分鐘內將石墨模冷卻至1500℃，再隨爐冷卻、卸壓。其他工藝方法與實施例1相同。
實施例9～12采用與實施例1～4相同的配方，其燒結工藝為從室溫開始，將石墨模在45分鐘內加熱至1500℃，保持10分鐘，繼續(xù)升溫并開始加壓，在40分鐘內再次將石墨模加熱至1700℃，壓力升到45噸(單層燒5片)，保持60分鐘，然后，在45分鐘內將石墨模冷卻至1450℃，再隨爐冷卻、卸壓。其他工藝方法與實施例1相同。
實施例13～16采用與實施例1～4相同的配方，其燒結工藝為從室溫開始，將石墨模在40分鐘內加熱至1520℃，保持7分鐘，繼續(xù)升溫并開始加壓，在75分鐘內再次將石墨模加熱至1750℃，壓力升到45噸(單層燒5片)，保持10分鐘，然后，在10分鐘內將石墨模冷卻至1200℃，再隨爐冷卻、卸壓。其他工藝方法與實施例1相同。
權利要求
1．一種氮化硅發(fā)熱體，它由發(fā)熱源及發(fā)熱本體組成，其特征在于所述的發(fā)熱源為鎢絲，所述的發(fā)熱本體配方為(重量百分數(shù))氮化硅(Si3N4)82％～93％三氧化二鋁(Al2O3)0.1％～5％三氧化二釔(Y2O3) 4％～8％氮化鋁(AlN)3％～5％
2．一種氮化硅發(fā)熱體的制造方法，其特征在于它由以下步驟組成(1)原料配制按權利要求1所述的配方進行稱料，并放入尼龍桶內，加入乙醇、氮化硅球，球磨2～48小時，然后倒入容器，放入烘箱中烘干，過篩待用。(2)素胚制備按發(fā)熱體外形要求加工金屬模具，壓制素胚時先將粉料的一半倒入金屬模內，刮平粉料，將鎢絲放入模中，再加入另一半粉料，放在壓頭為20～60噸的壓機上加壓，然后拆模，取出素胚待用。(3)燒結過程及工藝[1]石墨模用高純石墨按發(fā)熱體外形尺寸加工石墨模，在與素胚接觸的模具表面涂上氮化硼分離劑。[2]裝模將素胚裝入石墨模，放進熱壓爐內。[3]燒結工藝將石墨模在30～60分鐘內加熱至1450～1520℃，保持2～15分鐘，繼續(xù)升溫并開始加壓，在15～60分鐘內再次將石墨模加熱至1700～1800℃，并加滿全壓(全壓=素胚的總受力面積×200～300kg/cm2)，保持5～60分鐘，然后，在10～60分鐘內將石墨模冷卻至1200～1600℃，再進一步冷卻、卸壓。[4]拆模當熱壓爐內溫度低于150℃時，開爐取出石墨模，拆模取出制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及氮化硅發(fā)熱體及其制造方法,其特征在于:它采用氮化硅作為發(fā)熱本體,以鎢絲作為發(fā)熱源,經熱壓燒結而成,其發(fā)熱本體的配方如下(重量百分數(shù)):氮化硅82%～93%,三氧化二鋁0.1%～5%,三氧化二釔4%～8%,氮化鋁3%～5%。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明產品耐高溫、耐腐蝕,強度高,壽命長,使用安全可靠。
文檔編號C09K5/00GK1229829SQ9911353
公開日1999年9月29日 申請日期1999年3月15日 優(yōu)先權日1999年3月15日
發(fā)明者陳長明 申請人:廣州石潮高性能陶瓷總公司