微晶發(fā)熱體和金屬微晶發(fā)熱體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微晶發(fā)熱體，它包括多相復(fù)合陶瓷和電熱元件，所述多相復(fù)合陶瓷由微晶玻璃與氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷組成，并在900℃--1450℃的環(huán)境中通過燒結(jié)緊密結(jié)合在一起。本發(fā)明還提供了一種金屬微晶發(fā)熱體，它包括金屬殼、多相復(fù)合陶瓷和電熱元件，所述多相復(fù)合陶瓷由微晶玻璃與氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷組成，所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷與所述電熱元件、所述微晶玻璃的基礎(chǔ)玻璃顆粒和所述金屬殼一起在900℃--1450℃的環(huán)境中通過燒結(jié)緊密結(jié)合在一起，組合成為層狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明作為散熱元件的金屬殼和多相復(fù)合陶瓷之間、多相復(fù)合陶瓷和電熱元件之間的結(jié)合強(qiáng)度高，耐熱沖擊性能強(qiáng)，提高了安全性、加熱面均勻、熱慣性小、熱效率高。
【專利說明】微晶發(fā)熱體和金屬微晶發(fā)熱體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電換熱器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的電換熱器主要有管狀電換熱器和片狀電換熱器，換熱工作面大多采用鋁及鋁合金、銅、不銹鋼等金屬，有的管狀電換熱器采用鑄鋁擴(kuò)大換熱面積，也有的電換熱器利用導(dǎo)熱系數(shù)大的石墨擴(kuò)大換熱面積，達(dá)到增大換熱效率的目的。
[0003]現(xiàn)有中低溫電換熱器領(lǐng)域的電換熱器存在以下缺點，電熱管式加換器加熱面積較小，面加熱不均勻，局部易過熱，液體換熱極易結(jié)水垢，且體積大，熱慣性大，溫度感應(yīng)元件反應(yīng)速度相對較慢，效率相對較低，由于熱量過于集中壽命短。
[0004]現(xiàn)有片狀電換熱器存在抗熱震性差、制造工藝復(fù)雜、成本高等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明首先所要解決的技術(shù)問題是提供一種抗熱震性能好、加熱快、加熱面均勻、功率體積比大且更容易制造的微晶發(fā)熱體。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:它包括多相復(fù)合陶瓷和電熱元件，所述多相復(fù)合陶瓷由微晶玻璃與氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷組成；所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以顆粒、晶須、纖維、片、絲、網(wǎng)和編織物中的二種或二種以上的形態(tài)與所述電熱元件和所述微晶玻璃的基礎(chǔ)玻璃顆粒一起在900°C -1450°C的環(huán)境中通過燒結(jié)緊密結(jié)合在一起，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按重量百分比計所述微晶玻璃的含量為51%-98%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為2%-49%，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按體積百分比計玻璃相的含量小于等于15%。
[0006]在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還采取了如下技術(shù)措施:
所述的微晶發(fā)熱體，其特征在于所述多相復(fù)合陶瓷為層狀結(jié)構(gòu)。
[0007]所述層狀結(jié)構(gòu)由多層基體層和I層或多層界面層組成，所述基體層厚度為
0.02-1.5mm,所述界面層厚度小于等于0.05 mm ;所述基體層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)比相鄰所述界面層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)大5%以上。
[0008]所述層狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)和/或外邊緣的部分或全部結(jié)合有邊框，所述邊框為單層或多層邊框，所述多層邊框的疊層方向與所述層狀結(jié)構(gòu)的疊層方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，制成所述邊框的材料為金屬和/或多相復(fù)合陶瓷。
[0009]所述燒結(jié)為壓力燒結(jié)，所述壓力燒結(jié)的壓力范圍為0.1MPa-1O MPa。
[0010]為更有效的適應(yīng)各種加熱環(huán)境，本發(fā)明另一個所要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬微晶發(fā)熱體。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:它包括金屬殼、多相復(fù)合陶瓷和電熱元件，所述多相復(fù)合陶瓷由微晶玻璃與氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷組成，所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以顆粒、晶須、纖維、片、絲、網(wǎng)和編織物中的二種或二種以上的形態(tài)與所述電熱元件、所述微晶玻璃的基礎(chǔ)玻璃顆粒和所述金屬殼一起在900°C -1450°C的環(huán)境中通過燒結(jié)緊密結(jié)合在一起，組合成為由所述金屬殼和多層多相復(fù)合陶瓷組成的層狀結(jié)構(gòu)，電熱元件處在層狀結(jié)構(gòu)之中，所述層狀結(jié)構(gòu)區(qū)域整體的直徑或?qū)挾扰c厚度比大于等于10，層狀結(jié)構(gòu)的多相復(fù)合陶瓷的總厚度為0.2mm-5mm，在20°C _300°C的范圍內(nèi)所述多相復(fù)合陶瓷和所述金屬殼之間的熱膨脹系數(shù)差值與所述金屬殼熱膨脹系數(shù)值之比小于等于17%，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按重量百分比計所述微晶玻璃的含量為51%-98% ;所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為2%-49% ;所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按體積百分比計玻璃相的含量小于15%。
[0011]在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還采取了如下技術(shù)措施:
所述層狀結(jié)構(gòu)由多層基體層和多層界面層復(fù)合疊放組成，所述基體層厚度為
0.02-1.5mm,所述界面層厚度小于等于0.05mm ;所述基體層包括金屬構(gòu)成的基體層和/或多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的基體層，所述界面層的材料為多相復(fù)合陶瓷；所述多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的基體層的組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)比相鄰所述界面層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)大5%以上。
[0012]所述層狀結(jié)構(gòu)中的部分或所有多相復(fù)合陶瓷層的內(nèi)和/或外邊緣的部分或全部結(jié)合有邊框，所述邊框為單層或多層邊框，所述多層邊框的疊層方向與所述層狀結(jié)構(gòu)的疊層方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，所述邊框包括金屬構(gòu)成的邊框和/或多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的邊框。
[0013]所述多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的邊框的組織中按重量百分比計微晶玻璃的含量為60%—95%、氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為5%-40%。
[0014]所述燒結(jié)為壓力燒結(jié)，所述壓力燒結(jié)的壓力范圍為0.1MPa-1O MPa。
[0015]所述壓力燒結(jié)的形式可為熱等靜壓燒結(jié)或機(jī)械方式施壓的熱壓燒結(jié)。
[0016]本發(fā)明所述的氧化物陶瓷可為氧化鋁和/或氧化鋯和/或二氧化硅，或其它屬于氧化物陶瓷的材料。本發(fā)明所述的非氧化物陶瓷可為碳化物(如碳化硅)和/或氮化物(如氮化硅)和/或賽隆陶瓷和/或硅化物和/或硼化物陶瓷，或其它屬于非氧化物陶瓷的材料。
[0017]本發(fā)明所述多相復(fù)合陶瓷為帶有邊框的層狀結(jié)構(gòu)，較采用單一形式的層狀結(jié)構(gòu)在性能上有了改正，設(shè)有邊框的層狀結(jié)構(gòu)多相復(fù)合陶瓷根據(jù)所述電熱元件各個方向、分區(qū)域?qū)π阅芤蟮牟煌?，在疊層方向、各層材料成分、各層組合上實際采用了二種或二種以上不同的結(jié)構(gòu)形式。
[0018]本發(fā)明將所述金屬殼、多相復(fù)合陶瓷組合成為帶邊框的層狀結(jié)構(gòu)的發(fā)熱體，電熱元件處在層狀結(jié)構(gòu)之中，這實際上類似于三維編織復(fù)合材料，使本發(fā)明具有更好的綜合性能，多相復(fù)合陶瓷與金屬殼和電熱元件之間有更佳的匹配性能，制作工藝得到了優(yōu)化，各種性能得到了保證。
[0019]本發(fā)明所述金屬殼的材料可為奧氏體?鐵素體型雙相不銹鋼或鈦或鈦合金。
[0020]本發(fā)明所述金屬殼采用的奧氏體?鐵素體型不銹鋼又稱雙相不銹鋼(DuplexStainless Steel )，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。目前食品行業(yè)作為散熱元件普遍使用的304不銹鋼板的點腐蝕指數(shù)(PREN)為18，而屬低端雙相不銹鋼的2304奧氏體?鐵素體型不銹鋼的點腐蝕指數(shù)(PREN) >24，耐腐蝕性能有了顯著提高，尤其是加熱狀態(tài)下的耐腐蝕性能優(yōu)良。所述不銹鋼的點腐蝕 指數(shù)PREN=%鉻(Cr) +3.3%X鑰(Mo) +20X%氮(N)，是表示不銹鋼耐點蝕性能的一個重要指標(biāo)。
[0021]本發(fā)明所采用奧氏體.鐵素體型不銹鋼的基體兼有奧氏體和鐵素體二相組織(其中較少相的含量一般大于15%)，是一類可通過冷加工使其強(qiáng)化的不銹鋼，是集優(yōu)良的耐腐蝕、高強(qiáng)度和易于加工制造等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種。它們的物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間。它們的熱膨脹系數(shù)相對奧氏體不銹鋼較小，但一般大于鐵素體不銹鋼。本發(fā)明的奧氏體.鐵素體型不銹鋼與層狀多相復(fù)合陶瓷、電熱元件具有相匹配的熱膨脹系數(shù)，結(jié)合強(qiáng)度高 ，抗熱震性能大大提高。
[0022]本發(fā)明由于采用了耐腐蝕性能強(qiáng)的奧氏體.鐵素體型不銹鋼，大大提高了在加熱狀態(tài)下的耐腐蝕性能，對于提高加熱食品的安全衛(wèi)生要求有重大意義，且奧氏體?鐵素體型不銹鋼與層狀多相復(fù)合陶瓷、電熱元件具有相匹配的熱膨脹系數(shù)，使本發(fā)明的金屬微晶發(fā)熱體結(jié)合強(qiáng)度高，抗熱震性能大大提高。
[0023]作為優(yōu)選，本發(fā)明所述金屬殼采用的奧氏體.鐵素體型不銹鋼的型號為SAF2205雙相不銹鋼。
[0024]本發(fā)明作為散熱元件的金屬殼也可采用鈦板或鈦合金板，所述鈦板和鈦合金板是一種優(yōu)良的耐腐蝕金屬。
[0025]本發(fā)明所述的金屬殼可由一種金屬制成，也可由兩種或兩種以上不同熱膨脹系數(shù)的金屬組成。
[0026]為降低成本，所述作為散熱元件的金屬殼也可采用金屬復(fù)合板。所述金屬復(fù)合板為兩種不同的金屬板上下平面疊放通過焊接而成的復(fù)合材料。
[0027]本發(fā)明所述作為散熱元件的金屬殼帶有翻邊，所述翻邊可以是所述邊框或所述邊框是所述翻邊。
[0028]本發(fā)明所述作為散熱元件的金屬殼部分或全部包覆所述多相復(fù)合陶瓷。
[0029]本發(fā)明所述作為散熱元件的金屬殼有單個或多個散熱工作面。所述金屬殼的表面形狀可以是平面、曲面等，外形可以是方形、圓形、管狀及其它立體形狀等。
[0030]本發(fā)明所述的多相復(fù)合陶瓷可嵌有溫度控制元件和/或溫度感應(yīng)元件，所述溫度控制元件與所述電熱元件直接連接，所述溫度感應(yīng)元件與所述電熱元件絕緣。
[0031]作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的電熱元件采用電熱合金箔片或電熱合金絲，它是一種傳統(tǒng)的電熱材料，具有韌性好，耐熱沖擊能力強(qiáng)，成本低的優(yōu)點，在傳統(tǒng)的電熱器件中有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明優(yōu)選的電熱合金箔片的厚度小于0.05_。
[0032]本發(fā)明所述的電熱元件也可采用電熱金屬粉末或石墨與微晶玻璃顆粒一起以導(dǎo)電油墨或電阻漿料形式采用絲網(wǎng)印刷工藝成型通過燒結(jié)而制成的電熱材料，具有布線能根據(jù)需要設(shè)計布置的優(yōu)點，滿足各種使用要求。
[0033]本發(fā)明通過燒結(jié)使金屬殼與多相復(fù)合陶瓷之間、電熱元件與多相復(fù)合陶瓷之間形成了化學(xué)和/或物理的結(jié)合，結(jié)合的方式有元素或分子相互擴(kuò)散和/或機(jī)械鎖合和/或化學(xué)鍵結(jié)合，提高了本發(fā)明兩種材料間的界面結(jié)合強(qiáng)度。
[0034]由于在性能、材料成分上采用連續(xù)過渡的技術(shù)工藝極為復(fù)雜，本發(fā)明采用了各個方向、各分區(qū)域的層狀結(jié)構(gòu)過渡，滿足了發(fā)熱片的技術(shù)要求，同時由于本發(fā)明采用了帶邊框的層狀結(jié)構(gòu)，在制造上簡化了工藝，提高了產(chǎn)品制造合格率，降低了成本，具有較高的性價比。[0035]層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷主要有強(qiáng)弱相間、強(qiáng)強(qiáng)相間、梯度分布三種層狀結(jié)構(gòu)類型，所謂強(qiáng)弱相間即采用基體層與界面層相間疊放，基體層相對較硬(強(qiáng))、較厚，而界面層相對較軟(弱)、較?。粡?qiáng)強(qiáng)相間則采用不同材料基體層相間疊放，沒有界面層；而梯度分布即表示某些性能沿疊層一個方向逐漸遞增或遞減。本發(fā)明所述帶邊框的層狀結(jié)構(gòu)多相復(fù)合陶瓷則綜合運(yùn)用了上述三種層狀結(jié)構(gòu)類型，既有強(qiáng)弱相間又有強(qiáng)強(qiáng)相間層狀結(jié)構(gòu)類型，同時，沿疊層的一個方向，結(jié)合溫度梯度變化，各層的熱膨脹系數(shù)和彈性模量的變化控制在一定的范圍內(nèi)，而且在層狀結(jié)構(gòu)的邊緣加有邊框，降低了層狀結(jié)構(gòu)邊緣容易因變形產(chǎn)生破壞的可能性。
[0036]多相復(fù)合陶瓷(multiphase composite ceramics)是由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復(fù)合而成的新型復(fù)合材料。也是一種可設(shè)計的非均質(zhì)材料。
[0037]微晶玻璃(glass-ceramic)又稱玻璃陶瓷、微晶陶瓷，是將基礎(chǔ)玻璃在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及殘余玻璃相的多晶固體材料。是一種不同于玻璃、陶瓷的新型多相材料，具有根據(jù)需要設(shè)計的優(yōu)良性能。
[0038]由兩種或兩種以上物相所組成的材料就是多相材料，這里所指的物相有廣泛的含義，它們可以是同類的，也可以是不同類的。
[0039]本發(fā)明所述多相復(fù)合陶瓷是以微晶玻璃為基體，加入各種氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷等增強(qiáng)體復(fù)合而成的。本發(fā)明所述多相復(fù)合陶瓷為含有大量微晶相、殘余玻璃相及多種陶瓷晶體的多晶固體材料。
[0040]本發(fā)明為提高各種性能，所述多相復(fù)合陶瓷加有多種氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷成分，陶瓷一般具有脆性，為此，本發(fā)明對所述多相復(fù)合陶瓷采用了如下綜合增強(qiáng)、增韌措施以提高耐熱沖擊性能:利用壓力燒結(jié)提高材料致密性，盡量消除多相復(fù)合陶瓷體中的裂紋缺陷；在多相復(fù)合陶瓷中加入如顆粒(納米顆粒和/或微米顆粒)、晶須、纖維、絲、片、網(wǎng)和/或編織物等增強(qiáng)體；采用了顆粒彌散增韌和/或晶須增韌和/或纖維增韌等強(qiáng)韌化方式；采用帶邊框的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計；采用了基體層和界面層復(fù)合疊放的層狀結(jié)構(gòu)；將金屬殼與多相復(fù)合陶瓷之間的熱膨脹系數(shù)差值百分比控制在17%以內(nèi)。在主要采取了上述措施后，本發(fā)明所述作為散熱元件的金屬殼與多相復(fù)合陶瓷之間、電熱元件與多相復(fù)合陶瓷之間的結(jié)合強(qiáng)度高，耐熱沖擊性能強(qiáng)。
[0041]本發(fā)明采用在壓力狀態(tài)下燒結(jié)，一般采用的壓力可為0.lMPa—10 MPa，對于本發(fā)明來說，在設(shè)備條件允許的情況下，壓力高能降低燒結(jié)溫度，也能提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率，但過高的壓力，在經(jīng)濟(jì)上并不合理。作為優(yōu)選，本發(fā)明采用在壓力2.0 MPa-6.0 MPa的狀態(tài)下燒結(jié)，能較常壓狀態(tài)下燒結(jié)降低制造過程的能源消耗30%以上，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)能減排。本發(fā)明采用的壓力燒結(jié)形式可為熱等靜壓燒結(jié)或機(jī)械加壓燒結(jié)。
[0042]本發(fā)明構(gòu)成的層狀多相復(fù)合陶瓷的各層間熱膨脹系數(shù)相匹配，同時與作為散熱元件的金屬殼、電熱元件具有相匹配的熱膨脹系數(shù)。
[0043]作為優(yōu)選，本發(fā)明在20°C -300°C的范圍內(nèi)所述多相復(fù)合陶瓷和所述金屬殼之間的熱膨脹系數(shù)差值與所述金屬殼熱膨脹系數(shù)值之比小于等于6%，使本發(fā)明具有較強(qiáng)的耐熱沖擊性能，達(dá)到的抗熱震性指標(biāo)為:450°C (空氣)_20°C (水)_450°C (空氣)，100次急冷急熱循環(huán)。使本發(fā)明具有了較高的實用價值。
[0044]本發(fā)明所述的多相復(fù)合陶瓷具有根據(jù)需要設(shè)計的優(yōu)點，但不可能做到層狀結(jié)構(gòu)各層的熱膨脹系數(shù)、彈性模量完全一致，作為優(yōu)選，對于單面加熱的層狀結(jié)構(gòu)金屬微晶發(fā)熱體，本發(fā)明采用了在各層熱膨脹系數(shù)、彈性模量沿疊層單方向遞增或遞減的設(shè)計；對于雙面加熱的層狀結(jié)構(gòu)金屬微晶發(fā)熱體，本發(fā)明采用了在各層熱膨脹系數(shù)、彈性模量以疊層中心向兩加熱面對稱遞增或?qū)ΨQ遞減的設(shè)計。
[0045]所述金屬微晶發(fā)熱體為片狀的對稱的平面幾何形狀時，所述電熱元件的電極由以對稱的平面幾何型心為中心，直徑< 40mm的范圍內(nèi)穿出多相復(fù)合陶瓷與電源連接器直接連接或通過溫度控制元件和/或溫度感應(yīng)元件和/或指示燈與電源連接器連接，所述電源連接器一端固定在所述作為散熱元件的金屬殼上并成為隔熱裝置的一部分，所述電源連接器的該端上安裝有溫度控制元件和/或過熱保護(hù)元件和/或溫度感應(yīng)元件，所述電源連接器另一端具有360°旋轉(zhuǎn)的功能，所述電源連接器有3-5對電觸點，所述金屬微晶發(fā)熱體的非散熱工作面以對稱的平面幾何 型心為中心直徑< 40_的范圍內(nèi)安裝有溫度傳感器。
[0046]本發(fā)明的非散熱工作面可采用絕熱材料作為隔熱層，可有效減少非散熱工作面的熱損失，提聞熱效率。
[0047]本發(fā)明采用的非散熱工作面隔熱層或密封層可為與多相復(fù)合陶瓷結(jié)合成一體的材料。
[0048]所述多相復(fù)合陶瓷與空氣接觸部分可涂有耐高溫絕緣密封涂料，并滲入多相復(fù)合陶瓷表面毛細(xì)孔隙中，隔絕空氣，防止水份滲入所述多相復(fù)合陶瓷，使其具有防潮的性能，所述耐高溫絕緣密封涂料可為有機(jī)或無機(jī)非金屬材料，如有機(jī)硅、釉等等。
[0049]所述電熱元件可設(shè)置有局部相對薄弱環(huán)節(jié)，具有局部過熱自熔斷功能，起到最終自毀的熔斷器作用，避免因整體過熱引發(fā)惡性事故。所述局部相對薄弱環(huán)節(jié)是相對于電熱元件正常部分而言，通過結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)等的設(shè)計，專門設(shè)置一處或多處局部相對薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)其它所有的溫控、過熱保護(hù)出現(xiàn)故障時，所述電熱材料會首先出現(xiàn)所述局部相對薄弱環(huán)節(jié)因局部過熱熔斷，起到最終自毀的熔斷器作用，避免因整體過熱引發(fā)惡性事故。
[0050]簡單的制作過程和方法如下:在所述的金屬殼表面放上多層多相復(fù)合陶瓷基體層和界面層生片，基體層與界面層復(fù)合疊放，部分或所有的多相復(fù)合陶瓷基體層、界面層生片鑲有邊框，其中的一層生片嵌有電熱元件如電熱合金箔片或電熱合金絲等，在這過程中，經(jīng)一般的脫脂、排膠工序，在壓力狀態(tài)下(一般壓力大于等于2.0MPa小于等于6.0 MPa)，經(jīng)一次或多次高溫(一般≥900°C，≤ 1450°C)燒結(jié)，發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而形成帶邊框的層狀結(jié)構(gòu)多相復(fù)合陶瓷，在燒結(jié)過程中，分別形成有化學(xué)和/或物理結(jié)合，結(jié)合的形式主要有元素或分子相互擴(kuò)散和/或機(jī)械鎖合和/或化學(xué)鍵結(jié)合，多相復(fù)合陶瓷分別與金屬殼、電熱合金箔片或電熱合金絲及溫度控制元件、溫度感應(yīng)元件之間牢固結(jié)合在一起，各相鄰層多相復(fù)合陶瓷之間亦緊密結(jié)合在一起。
[0051]所述多相復(fù)合陶瓷基體層、界面層生片為多相復(fù)合陶瓷漿料經(jīng)流延或軋膜或其它成型工藝制成。
[0052]本發(fā)明所述作為散熱元件的金屬殼本身可以就是電加熱器具的容器體的一個或多個加熱工作面。
[0053]本發(fā)明可以鑄造的工藝與低熔點金屬的容器體結(jié)合在一起，制成電加熱器具。
[0054]本發(fā)明也可分別以機(jī)械的方法、焊接或粘接的工藝與電加熱器具的容器體直接或間接結(jié)合在一起，制成電加熱器具。
[0055]由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明所述多相復(fù)合陶瓷與作為散熱元件的金屬殼之間、所述多相復(fù)合陶瓷與電熱元件之間的結(jié)合強(qiáng)度高，既具有近年出現(xiàn)的新型片狀電加熱器熱慣性小、加熱面均勻的優(yōu)點，又有傳統(tǒng)電熱管式加熱器耐熱沖擊能力強(qiáng)、成本低的長處，同時本發(fā)明配置溫度控制元件后，溫度控制靈敏度高、過熱保護(hù)反應(yīng)迅速、使用壽命長，大大提高了食品安全衛(wèi)生性能。而且本發(fā)明功率密度大，熱效率高，單位體積散熱面積大，結(jié)構(gòu)形狀和功率密度設(shè)計靈活性大，不消耗有色金屬、鉛及貴金屬，環(huán)保節(jié)能。在工業(yè)和家用電器的中低溫電加熱領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1為本發(fā)明所提供的微晶發(fā)熱體實施例的正剖視圖。
[0057]圖2為本發(fā)明所提供的微晶發(fā)熱體實施例的俯剖視圖。
[0058]圖3為本發(fā)明所提供的金屬微晶發(fā)熱體實施例的剖視圖。
【具體實施方式】
[0059]實施例1，參照附圖1、圖2。
[0060]本實施例所提供的為片狀微晶發(fā)熱體，它包括作為絕緣導(dǎo)熱層的基體層多相復(fù)合陶瓷1、界面層多相復(fù)合陶瓷2、作為電熱元件的電熱合金箔片3和邊框4。
[0061]簡單的制作過程如下:(參考圖1、圖2)
在作為電熱元件的電熱合金箔片`3表面涂上界面層多相復(fù)合陶瓷漿料2，再涂覆作為絕緣導(dǎo)熱層的基體層多相復(fù)合陶瓷漿料I或放上作為絕緣導(dǎo)熱層的基體層多相復(fù)合陶瓷生片1，然后在疊層的外緣貼上作為邊框的多相復(fù)合陶瓷生片4，一起疊放后經(jīng)脫脂、排膠等工序，再在6.0MPa壓力狀態(tài)下，經(jīng)高溫(一般≥900°C，( 1450°C )燒結(jié)，界面層多相復(fù)合陶瓷2被擴(kuò)散到作為電熱元件的電熱合金箔片3表面的毛細(xì)孔隙中，并與基體層多相復(fù)合陶瓷I互相滲透，分別形成化學(xué)和/或物理結(jié)合，結(jié)合的形式主要為元素或分子相互擴(kuò)散和/或機(jī)械鎖合和/或化學(xué)鍵結(jié)合；相鄰層多相復(fù)合陶瓷之間相互滲透，結(jié)合在一起。作為絕緣導(dǎo)熱層的基體層多相復(fù)合陶瓷I和界面層多相復(fù)合陶瓷2之間，作為電熱元件的電熱合金箔片3與界面層多相復(fù)合陶瓷2之間牢固結(jié)合在一起，制成一種新型的具有層狀結(jié)構(gòu)的電加熱器，即片狀微晶發(fā)熱體，本實施例燒結(jié)成形后的產(chǎn)品長60_，寬20 mm,總厚度約2mm的長方體。本實施例采用的基體層多相復(fù)合陶瓷I厚度為1mm，界面層多相復(fù)合陶瓷2厚度約為0.02_，而作為電熱元件的電熱合金箔片3厚度約為0.05_。
[0062]所述作為電熱元件的電熱合金箔片3、界面層多相復(fù)合陶瓷2和作為絕緣導(dǎo)熱層的基體層多相復(fù)合陶瓷I之間具有相匹配的熱膨脹系數(shù)，以適應(yīng)電熱元件與散熱面之間的溫度梯度變化。
[0063]本實施例的多相復(fù)合陶瓷由于采用壓力燒結(jié)，提高了材料致密性，盡量消除多相復(fù)合陶瓷體中的裂紋缺陷；在多相復(fù)合陶瓷中加入如顆粒(納米顆粒和/或微米顆粒)和/或晶須和/或纖維和/或絲和/或片和/或網(wǎng)和/或編織物等增強(qiáng)體；采用了顆粒彌散增韌和/或晶須增韌和/或纖維增韌等強(qiáng)韌化方式；采用層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計等技術(shù)措施，具有較強(qiáng)的耐熱沖擊性能。
[0064]目前達(dá)到的抗熱震性指標(biāo)為:450°C (空氣)_20°C (水)_450°C (空氣)，100次急冷急熱循環(huán)；本實施例的多相復(fù)合陶瓷組織中按重量百分比計微晶玻璃的含量約為75%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為25%，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按體積百分比計玻璃相的含量約為10%。其中作為絕緣導(dǎo)熱層的所述基體層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)為26%，所述界面層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)為5%，邊框的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)為25%
本實施例的電熱元件為電熱合金箔片，由鐵鉻鋁合金材料制成，具有較好的韌性，由電熱合金型材通過物理或化學(xué)方法加工成形，厚度可小于0.05mm。電熱合金箔片為一種成熟、可靠性高、成本低、抗熱沖擊能力強(qiáng)的傳統(tǒng)電熱材料，在傳統(tǒng)的電加熱元件中有廣泛的應(yīng)用。
[0065]本實施例具有耐熱沖擊能力強(qiáng)、加熱面均勻、熱慣性小、單位體積加熱面積大、性價比高的優(yōu)點，在工業(yè)和家用電器的中低溫電加熱領(lǐng)域的氣體、液體加熱裝置中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0066]實施例2，參照附圖3。
[0067]本實施例所提供的為圓盤型金屬微晶發(fā)熱體，它包括金屬殼21，所述金屬殼21上燒結(jié)有由4層基體層多相復(fù)合陶瓷絕緣導(dǎo)熱層22-1、22-2、22-3、22-4和4層界面層多相復(fù)合陶瓷絕緣導(dǎo)熱層24-1、24-2、24-3、24-4構(gòu)成的多相復(fù)合陶瓷，即組合成軸向?qū)訝?，所述層狀多相?fù)合陶瓷帶有邊框22-3-1、22-4-1，邊框22-3-1處在22_3外圍，邊框22_4_1處在22-4外圍，所述金屬殼21具有翻邊21-1，翻邊21-1構(gòu)成了處在最外圍的邊框，從而與邊框22-3-1,22-4-1組合成多相復(fù)合陶瓷絕緣導(dǎo)熱層的徑向?qū)訝钸吙颍吙?2-3-1、22-4-1又組合成多相復(fù)合陶瓷的軸向?qū)訝钸吙颍?2-3嵌有作為電熱元件的電熱合金箔片23。
[0068]簡單的制作過程如下:(參考圖3)
在作為散熱元件工作面板的帶有翻邊的金屬殼的非散熱工作面相間放上基體層多相復(fù)合陶瓷22-1、22-2、22-3、22-4和4層界面層多相復(fù)合陶瓷24-1、24-2、24-3、24-4構(gòu)成的多相復(fù)合陶瓷生片，其中，多相復(fù)合陶瓷22-3、22-4的多相復(fù)合陶瓷基體層生片已鑲有邊框22-3-1、22-4-1 ;多相復(fù)合陶瓷絕緣層22-3嵌有作為電熱元件的電熱合金箔片23。
[0069]在這過程中，經(jīng)脫脂、排膠等工序，再在約6.0 MPa壓力狀態(tài)下，經(jīng)一次或多次高溫(一般≥900°C，≤ 1450°C)燒結(jié)，多相復(fù)合陶瓷22-1被擴(kuò)散到金屬殼21表面的毛細(xì)孔隙中，多相復(fù)合陶瓷22-3滲入電熱合金箔片23表面的毛細(xì)孔隙中，分別形成化學(xué)和/或物理結(jié)合，結(jié)合的形式主要為元素或分子相互擴(kuò)散和/或機(jī)械鎖合和/或化學(xué)鍵結(jié)合；各相鄰層多相復(fù)合陶瓷之間相互滲透，結(jié)合在一起。作為散熱元件的金屬殼和層狀多相復(fù)合陶瓷之間，電熱合金箔片23與多相復(fù)合陶瓷絕緣層22-3之間牢固結(jié)合在一起，各層多相復(fù)合陶瓷之間亦緊密結(jié)合，制成一種新型的電加熱器，即單向散熱圓盤型發(fā)熱片。
[0070]本實施例的多相復(fù)合陶瓷組織中按重量百分比計微晶玻璃的含量約為82%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為18%，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按體積百分比計玻璃相的含量約為8%。其中作為絕緣導(dǎo)熱層的所述基體層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)為20%，所述界面層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)為8%，邊框的多相復(fù)合陶瓷組織中按重量百分比計微晶玻璃的含量約 為85%、氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量約為15%。[0071]所述作為散熱兀件的金屬殼21和多相復(fù)合陶瓷之間、電熱合金箔片23與多相復(fù)合陶瓷之間具有相匹配的熱膨脹系數(shù)，同時，各層多相復(fù)合陶瓷之間也具有相匹配的熱膨脹系數(shù)，以適應(yīng)電熱元件與金屬殼21之間的溫度梯度變化。
[0072]本實施例的帶邊框的層狀結(jié)構(gòu)多相復(fù)合陶瓷絕緣導(dǎo)熱層由于采用壓力燒結(jié)，提高了材料致密性，盡量消除多相復(fù)合陶瓷體中的裂紋缺陷；在多相復(fù)合陶瓷中加入如顆粒(納米顆粒和/或微米顆粒)和/或晶須和/或纖維和/或絲和/或片和/或網(wǎng)和/或編織物等增強(qiáng)體；采用了顆粒彌散增韌和/或晶須增韌和/或纖維增韌等強(qiáng)韌化方式；采用帶邊框的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計等技術(shù)措施，具有較強(qiáng)的耐熱沖擊性能。
[0073]目前達(dá)到的抗熱震性指標(biāo)為:450°C (空氣)_20°C (水)_450°C (空氣)，100次急冷急熱循環(huán)；
本實施例的電熱元件為電熱合金箔片，由鐵鉻鋁合金材料制成，具有較好的韌性，由電熱合金型材通過物理或化學(xué)方法加工成形，厚度可小于0.05mm。電熱合金箔片為一種成熟、可靠性高、成本低、抗熱沖擊能力強(qiáng)的傳統(tǒng)電熱材料，在傳統(tǒng)的電加熱元件中有廣泛的應(yīng)用。
[0074]本實施例為單向散熱圓盤型發(fā)熱片,直徑為50_，厚度2.5 _。其中所述金屬殼的厚度0.5 mm。采用的金屬為奧氏體.鐵素體型不銹鋼，其型號為SAF2205雙相不銹鋼，在20°C -300°C的范圍內(nèi)所述多相復(fù)合陶瓷和所述金屬殼之間的熱膨脹系數(shù)差值與所述金屬殼熱膨脹系數(shù)值之比約為5%。電極23由以圓心為中心，直徑20mm的范圍內(nèi)穿出層狀多相復(fù)合陶瓷絕緣層可與電源或溫控、溫感等元件連接，圓盤型發(fā)熱片非散熱工作面中心直徑20_的范圍內(nèi)可用于安裝溫度傳感器。
[0075]本實施例具有耐熱沖擊能力強(qiáng)、加熱面均勻、熱慣性小、單位體積加熱面積大、性價比高的優(yōu)點，在工業(yè)和家用電器的中低溫電加熱領(lǐng)域的氣體、液體、食品加熱裝置中有著廣泛的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.微晶發(fā)熱體，其特征在于它包括多相復(fù)合陶瓷和電熱元件，所述多相復(fù)合陶瓷由微晶玻璃與氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷組成；所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以顆粒、晶須、纖維、片、絲、網(wǎng)和編織物中的二種或二種以上的形態(tài)與所述電熱元件和所述微晶玻璃的基礎(chǔ)玻璃顆粒一起在900°C _1450°C的環(huán)境中通過燒結(jié)緊密結(jié)合在一起，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按重量百分比計所述微晶玻璃的含量為51%-98%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為2%-49%，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按體積百分比計玻璃相的含量小于等于15%。
2.如權(quán)利要求1所述的微晶發(fā)熱體，其特征在于所述多相復(fù)合陶瓷為層狀結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的微晶發(fā)熱體，其特征在于所述層狀結(jié)構(gòu)由多層基體層和I層或多層界面層組成，所述基體層厚度為0.02-1.5mm，所述界面層厚度小于等于0.05 mm ;所述基體層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)比相鄰所述界面層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)大5%以上。
4.如權(quán)利要求2所述的微晶發(fā)熱體，其特征在于在所述層狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)和/或外邊緣的部分或全部結(jié)合有邊框，所述邊框為單層或多層邊框，所述多層邊框的疊層方向與所述層狀結(jié)構(gòu)的疊層方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，制成所述邊框的材料為金屬和/或多相復(fù)合陶瓷。
5.金屬微晶發(fā)熱體，其特征在于它包括金屬殼、多相復(fù)合陶瓷和電熱元件，所述多相復(fù)合陶瓷由微晶玻璃與氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷組成，所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以顆粒、晶須、纖維、片、絲、網(wǎng)和編織物中的二種或二種以上的形態(tài)與所述電熱元件、所述微晶玻璃的基礎(chǔ)玻璃顆粒和所述金屬殼一起在900°C -1450°C的環(huán)境中通過燒結(jié)緊密結(jié)合在一起，組合成為由所述金屬殼和多層多相復(fù)合陶瓷組成的層狀結(jié)構(gòu)，電熱元件處在層狀結(jié)構(gòu)之中，所述層狀結(jié)構(gòu)區(qū)域整體的直徑或?qū)挾扰c厚度比大于等于10，層狀結(jié)構(gòu)的多相復(fù)合陶瓷的總厚度為0.2_-5_，在20°C _300°C的范圍內(nèi)所述多相復(fù)合陶瓷和所述金屬殼之間的熱膨脹系數(shù)差值與所述金屬殼熱膨脹系數(shù)值之比小于等于17%，所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按重量百分比計所`述微晶玻璃的含量為51%-98% ;所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為2%-49% ;所述多相復(fù)合陶瓷的組織中按體積百分比計玻璃相的含量小于15%。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬微晶發(fā)熱體，其特征在于所述層狀結(jié)構(gòu)由多層基體層和多層界面層復(fù)合疊放組成，所述基體層厚度為0.02-1.5mm,所述界面層厚度小于等于0.05mm ;所述基體層包括金屬構(gòu)成的基體層和/或多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的基體層，所述界面層的材料為多相復(fù)合陶瓷；所述多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的基體層的組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)比相鄰所述界面層的多相復(fù)合陶瓷組織中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分?jǐn)?shù)大5%以上。
7.如權(quán)利要求5所述的金屬微晶發(fā)熱體，其特征在于所述層狀結(jié)構(gòu)中的部分或所有多相復(fù)合陶瓷層的內(nèi)和/或外邊緣的部分或全部結(jié)合有邊框，所述邊框為單層或多層邊框，所述多層邊框的疊層方向與所述層狀結(jié)構(gòu)的疊層方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，所述邊框包括金屬構(gòu)成的邊框和/或多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的邊框。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬微晶發(fā)熱體，其特征在于所述多相復(fù)合陶瓷構(gòu)成的邊框的組織中按重量百分比計微晶玻璃的含量為60%—95%、氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量為 5%-40%。
9.如權(quán)利要求5所述的金屬微晶發(fā)熱體，其特征在于所述金屬殼的材料為奧氏體.鐵素體型雙相不銹鋼或鈦或鈦合金。
10.如權(quán)利要求1或5所述的金屬微晶發(fā)熱體，其特征在于所述燒結(jié)為壓力燒結(jié)，所述壓力燒結(jié)的壓力范圍為`0.1MPa-1O MPa。
【文檔編號】H05B3/10GK103731940SQ201210392452
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】張鴻鳴, 沈稚鳴 申請人:張鴻鳴, 沈稚鳴