本發(fā)明涉及氮化硅陶瓷，即大功率氮化硅陶瓷加熱片及其內(nèi)硬外軟的制作方法。

背景技術(shù)：

大功率氮化硅陶瓷加熱片，一般是指500w以上的，單位面積功率大于50瓦/cm²。

由于重量輕、體積小、加熱速度快、功率大、熱耗小、傳熱遞效率高、高溫時(shí)穩(wěn)定不變形等特點(diǎn)在各行各業(yè)、尤其是電子行業(yè)中使用的越來(lái)越多，越來(lái)越廣泛。

目前國(guó)內(nèi)制作氮化硅陶瓷加熱片有如下2種工藝方法：

方法一：把鎢絲彎成彈簧狀，按不同需要的電阻，將不同長(zhǎng)度的彈簧放置在氮化硅材料中，壓實(shí)、燒結(jié)，再焊接引出線。如圖1所示。

方法二：準(zhǔn)備流延好的氮化硅平板陶瓷坯體和鎢漿，將鎢漿用絲網(wǎng)印刷的方式印刷到氮化硅平板坯體上形成發(fā)熱的導(dǎo)體，然后再?gòu)?fù)上一層陶瓷坯體，燒結(jié)而成。如圖2所示。

方法三:專(zhuān)利《氮化硅加熱片及其制作方法》采用把si3n4粉與加熱體粉進(jìn)行套壓成一體然后進(jìn)行燒結(jié)的方法。

這三種工藝方法都有比較嚴(yán)重的缺點(diǎn)：

1：在陶瓷上制作加熱片，主要是利用陶瓷在比較小的面積上制作較大功率的且熱損耗小的器件，但是使用的加熱鎢絲直徑一般都很小，在φ0.4-0.5mm左右，這種細(xì)鎢絲與陶瓷粉燒結(jié)在一起不能很好的相溶，非常易損壞。

2：陶瓷燒結(jié)是多晶體，不可能沒(méi)有微氣孔，這在高倍顯微鏡下可看到，而鎢絲在空氣中加熱是非常容易變脆燒斷，這是陶瓷加熱片易損壞的主要原因。

3：陶瓷粉體的顆粒形狀是不同的，把直徑0.4mm左右的細(xì)鎢絲在高溫高壓下與陶瓷顆粒燒結(jié)在一起，鎢絲表面已經(jīng)嚴(yán)重的損壞了，在長(zhǎng)期的重復(fù)使用中非常容易斷絲。

4.在陶瓷流延基板上制作的加熱片，由于有脫膠工藝，是不能制作大功率的產(chǎn)品，陶瓷一般為氧化鋁材料，氧化鋁材料熱震性較差，只能做小功率的。

5：由于鎢絲是繞成不同導(dǎo)程的彈簧狀發(fā)熱體置入陶瓷粉料中，彈簧導(dǎo)程尺寸不可能控制非常精準(zhǔn)，造成加熱不均勻。

6：把鎢絲彈簧加到陶瓷粉中，工藝比較復(fù)雜，人為因素較大，實(shí)際功率變化比較大，不易控制。

7：鎢絲置入在陶瓷中，出線端面積很小，焊接引出線非常不易，焊接不牢是使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因。

8：由于加熱鎢絲在陶瓷體中，有不確定性，在使用中電阻變化大，功率不穩(wěn)定，發(fā)熱變化很大。

9.專(zhuān)利申請(qǐng)2012100471693《氮化硅加熱片及其制造方法》中，有兩個(gè)大的缺點(diǎn)，一是本體和加熱體的組分配置不合理；二是在套壓成型時(shí)，本體、加熱體中發(fā)熱區(qū)和不發(fā)熱區(qū)的粉料坯都會(huì)被壓碎，面積和長(zhǎng)度不易控制，產(chǎn)品中發(fā)熱區(qū)和不發(fā)熱區(qū)的長(zhǎng)度，面積不準(zhǔn)確，這兩個(gè)缺點(diǎn)都導(dǎo)致電阻不準(zhǔn)確，功率也不準(zhǔn)確，不能進(jìn)行批量生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述三種方法中鎢絲易損壞、加熱不均勻、不易焊接引出線、功率不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種新的整體式大功率陶瓷加熱片及其內(nèi)硬外軟的制作方法。

這種大功率氮化硅陶瓷加熱片，以氮化硅為主要原材料，其特征在于，包括絕緣陶瓷板、加熱陶瓷、焊接陶瓷和外接導(dǎo)線，在絕緣陶瓷板的中心面上，燒結(jié)有u形布置的導(dǎo)電陶瓷，導(dǎo)電陶瓷的兩端與焊接陶瓷相連，焊接陶瓷有一面露出在絕緣陶瓷板上，為焊接面，在焊接面上焊接有外接導(dǎo)線。下面對(duì)這幾部分分別介紹如下：

1、加熱陶瓷，由導(dǎo)電的金屬粉末和不導(dǎo)電的非金屬粉末混合而成，通過(guò)調(diào)節(jié)金屬粉末與非金屬粉末的比例達(dá)到調(diào)節(jié)電阻的作用，通電加熱，達(dá)到設(shè)計(jì)的發(fā)熱功率。

2、絕緣陶瓷板，是熱容量大的絕緣復(fù)合陶瓷，強(qiáng)度高、耐熱沖擊、熱穩(wěn)定性高。

3、焊接陶瓷，把電能迅速傳導(dǎo)至加熱陶瓷，而本身不發(fā)熱從而保護(hù)了出線端溫度不高，安全接線。

4、外接導(dǎo)線，將金屬線焊接在焊接陶瓷的露出面上，確保出線牢固、可靠。

這種大功率氮化硅陶瓷加熱片，其陶瓷加熱體由三部分不同比例的陶瓷材料組成，按重量比例如下：

1、絕緣陶瓷材料：氮化硅si3n4，91.5-94%；氧化鐿y2o3，1-3%；氧化鋁al2o3，0.5-1.5%；氧化鎂mgo，0.2-0.5%；三氧化二鑭la2o3，0.5-1%；氧化鉿hfo2，0.2-0.5%，氮化鋁aln，0.5-2%，全部組分重量為100%。

2、加熱陶瓷材料:氮化硅si3n4，40-50%，碳化鈦和氮化鈦的固溶體，ti（c、n），26-35%；固溶體中碳化鈦和氮化鈦的重量比為4:6；鉬粉mo，0.5-3%；納米鎳ni，0.5-1.0%；碳化鈮chnb，0.2%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化硅sio2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%，全部組分重量為100%。

3、焊接陶瓷材料：碳化鈦tic，60-72%；氮化硅si3n4，20-30%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%；氧化硅sio2，0.1-0.2%，全部組分重量為100%。

這種大功率氮化硅陶瓷加熱片內(nèi)硬外軟的制作方法，其特征在于，步驟如下：

一、絕緣陶瓷材料分別用尼龍罐、氮化硅si3n4球進(jìn)行球磨，磨后進(jìn)行72小時(shí)干燥，使含水量小于1%，使用無(wú)污染攪拌機(jī)混料，混料時(shí)加粘接劑，粘接劑的重量為絕緣陶瓷材料重量的15-20%，粘接劑中各組份的重量比例為：高密度聚乙烯hdpe，15%-20%；低密度聚乙烯ldpe，15%-30%；石蠟pw，20%-50%；硬質(zhì)酸sa，3%；油酸，2%，全部粘接劑組分重量為100%；制柱狀粒φ3x5mm，備用；

二、使用根據(jù)客戶零件要求制作的專(zhuān)用模具，用絕緣陶瓷材料的柱狀粒通過(guò)注射機(jī)注出絕緣粉陶瓷坯體后烘干備用，注射壓力142kg/cm²，溫度190℃-250℃；

三、在加熱陶瓷粉和焊接陶瓷粉中分別加入各自重量1-1.5%的聚乙二醇peg粘接劑拌勻、烘干、造粒，用冷等靜壓cip成形壓成片狀，脫膠后放入氣壓燒結(jié)爐gps中燒結(jié)后，使用熱等靜壓燒結(jié)爐hip爐燒結(jié)加強(qiáng)、加硬，使用激光切割機(jī)切割成需要的設(shè)計(jì)尺寸的形狀，得到加熱陶瓷片與焊接陶瓷片；

四、把已成型好的兩片絕緣陶瓷坯體、加熱陶瓷片與焊接陶瓷片壓合為一體進(jìn)行硬化脫膠；

五、放入氣壓燒結(jié)爐gps爐中燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度1750℃-1850℃；

六、再放入熱等靜壓燒結(jié)爐hip爐燒結(jié)，加強(qiáng)、加硬并成型，最高燒結(jié)溫度1800℃-1820℃，壓力：1500mpa；

七、用激光切割機(jī)切割成需要的形狀。

這種復(fù)合加工成形法俗稱(chēng)為內(nèi)硬外軟工藝。

這種大功率氮化硅陶瓷加熱片的優(yōu)點(diǎn)是：

1、整體密度在3.4-3.6g/cm³，其中加熱陶瓷密度<5g/cm³，絕緣陶瓷密度<3.25g/cm³，陶瓷加熱片的的密度較低，有較低的熱容量，可快速加熱，達(dá)到1000oc需用時(shí)間低于10秒，溫度控制精確，為自控溫度提供了良好條件。

2、加熱陶瓷燒結(jié)為多晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)熱非常均勻，熱損耗非常低。

3、加熱陶瓷與絕緣陶瓷、焊接陶瓷相互均勻的固溶燒結(jié)為一體，無(wú)界面，大大提高了加熱片的質(zhì)量，降低了出現(xiàn)問(wèn)題的概率。

4、由于焊接陶瓷出線焊接端為矩形，焊接面較大，一般尺寸為3x1.5mm，故焊接出線非常牢固。

5、電加熱體是向外發(fā)出紅外長(zhǎng)波輻射傳熱，本發(fā)明的發(fā)熱陶瓷輻射系數(shù)大于0.9。而鎢絲輻射系數(shù)僅為0.04，明顯輻射熱量要小。

6、燒結(jié)時(shí)絕緣陶瓷、發(fā)熱陶瓷、焊接陶瓷界面清楚，但又能適當(dāng)?shù)南嗷デ譂?rùn)，電阻穩(wěn)定且準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)陶瓷發(fā)熱片一的結(jié)構(gòu)圖

圖2是傳統(tǒng)陶瓷發(fā)熱片二的結(jié)構(gòu)圖

圖3是本發(fā)明的陶瓷發(fā)熱片的結(jié)構(gòu)圖

在圖1中：1、氮化硅陶瓷，2、鎢絲彈簧，3、鎢絲，4、焊接陶瓷，5、外接導(dǎo)線；

在圖2中：1、鎢漿料，2、陶瓷胚體；

在圖3中：1、絕緣陶瓷，2、導(dǎo)電陶瓷，3、焊接陶瓷，4、焊接面，5、外接導(dǎo)線。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明如下：

這種大功率氮化硅陶瓷加熱片，如圖3所示?，F(xiàn)例舉實(shí)驗(yàn)室制造的三個(gè)產(chǎn)品說(shuō)明。其陶瓷加熱體由三部分不同比例的陶瓷材料組成，按重量比例如下：

實(shí)施例一，點(diǎn)煙器，規(guī)格90x5x4mm，500瓦，1100℃，10秒鐘加工到1100℃。

1、絕緣陶瓷材料：氮化硅si3n4，94%；氧化鐿y2o3，1-3%；氧化鋁al2o3，0.5-1.5%；氧化鎂mgo，0.2-0.5%；三氧化二鑭la2o3，0.5-1%；氧化鉿hfo2，0.2-0.5%，氮化鋁aln，0.5-2%，全部組分重量為100%。

2、加熱陶瓷材料:氮化硅si3n4，45%，碳化鈦和氮化鈦的固溶體，ti（c、n），26-35%；固溶體中碳化鈦和氮化鈦的重量比為4:6；鉬粉mo，0.5-3%；納米鎳ni，0.5-1.0%；碳化鈮chnb，0.2%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化硅sio2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%，全部組分重量為100%。

3、焊接陶瓷材料：碳化鈦tic，60%；氮化硅si3n4，20-30%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%；氧化硅sio2，0.1-0.2%，全部組分重量為100%。

這種大功率氮化硅陶瓷加熱片的制作方法，步驟如下：

一、絕緣陶瓷材料分別用尼龍罐、氮化硅si3n4球進(jìn)行球磨，磨后進(jìn)行72小時(shí)干燥，使含水量小于1%，使用無(wú)污染攪拌機(jī)混料，混料時(shí)加粘接劑，粘接劑的重量為絕緣陶瓷材料重量的15-20%，粘接劑中各組份的重量比例為：高密度聚乙烯hdpe，15%-20%；低密度聚乙烯ldpe，15%-30%；石蠟pw，20%-50%；硬質(zhì)酸sa，3%；油酸，2%；制柱狀粒φ3x5mm，備用；

二、使用根據(jù)客戶零件要求制作的專(zhuān)用模具，用絕緣陶瓷材料的柱狀粒通過(guò)注射機(jī)注出絕緣粉陶瓷坯體后烘干備用，注射壓力142kg/cm²，溫度190℃-250℃；

三、在加熱陶瓷粉和焊接陶瓷粉中分別加入各自重量1-1.5%的聚乙二醇peg粘接劑拌勻、烘干、造粒，用冷等靜壓cip成形壓成片狀，脫膠后放入氣壓燒結(jié)爐gps中燒結(jié)后，使用熱等靜壓燒結(jié)爐hip爐燒結(jié)加強(qiáng)、加硬，使用激光切割機(jī)切割成需要的設(shè)計(jì)尺寸的形狀，得到加熱陶瓷片與焊接陶瓷片；

四、把已成型好的兩片絕緣陶瓷坯體、加熱陶瓷片與焊接陶瓷片壓合為一體進(jìn)行硬化脫膠；

五、放入氣壓燒結(jié)爐gps爐中燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度1750℃-1850℃；

六、再放入熱等靜壓燒結(jié)爐hip爐燒結(jié)，加強(qiáng)、加硬并成型，最高燒結(jié)溫度1800℃-1820℃，壓力：1500mpa；

七、用激光切割機(jī)切割成需要的形狀。

實(shí)施例二、干燥片，規(guī)格1200x12x4mm，600瓦，2秒鐘加工到258℃，耐用度2年。三種陶瓷材料的重量比例中，

1、絕緣陶瓷材料：氮化硅si3n4，93%；氧化鐿y2o3，1-3%；氧化鋁al2o3，0.5-1.5%；氧化鎂mgo，0.2-0.5%；三氧化二鑭la2o3，0.5-1%；氧化鉿hfo2，0.2-0.5%，氮化鋁aln，0.5-2%，全部組分重量為100%。

2、加熱陶瓷材料:氮化硅si3n4，45%，碳化鈦和氮化鈦的固溶體，ti（c、n），26-35%；固溶體中碳化鈦和氮化鈦的重量比為4:6；鉬粉mo，0.5-3%；納米鎳ni，0.5-1.0%；碳化鈮chnb，0.2%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化硅sio2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%，全部組分重量為100%。

3、焊接陶瓷材料：碳化鈦tic，66%；氮化硅si3n4，20-30%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%；氧化硅sio2，0.1-0.2%，全部組分重量為100%。

其余的工藝條件和實(shí)施例1相同。

實(shí)施例三、加熱片，規(guī)格150x25x4mm，800瓦，10秒加熱到1000℃。

三種陶瓷材料的重量比例中，

1、絕緣陶瓷材料：氮化硅si3n4，91.5%；氧化鐿y2o3，1-3%；氧化鋁al2o3，0.5-1.5%；氧化鎂mgo，0.2-0.5%；三氧化二鑭la2o3，0.5-1%；氧化鉿hfo2，0.2-0.5%，氮化鋁aln，0.5-2%，全部組分重量為100%。

2、加熱陶瓷材料:氮化硅si3n4，45%，碳化鈦和氮化鈦的固溶體，ti（c、n），26-35%；固溶體中碳化鈦和氮化鈦的重量比為4:6；鉬粉mo，0.5-3%；納米鎳ni，0.5-1.0%；碳化鈮chnb，0.2%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化硅sio2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%，全部組分重量為100%。

3、焊接陶瓷材料：碳化鈦tic，72%；氮化硅si3n4，20-30%；晶須碳化硅sic，0.2-0.5%；硅化鉬mosi2，0.1-0.2%；氧化鋁al2o3，5-10%；氧化硅sio2，0.1-0.2%，全部組分重量為100%，其余的工藝條件和實(shí)施例1相同。