一种一体成型的陶瓷加热体及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷加热体的制备工艺技术领域，尤其涉及一种一体成型的陶瓷加热 体及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 目前，传统的电吹风的电热元件是用电热丝绕制而成，装在电吹风的出风口处，电 动机排出的风在出风口被电热丝加热，变成热风送出，传统的电吹风由于是用发热丝进行 加热，不仅辐射大，而且电热丝在加热过程中与空气接触，较易氧化，反复通电断电会出现 发热丝烧断，寿命短。
[0003] 暖风机是一种强迫对流式加热设备，传统的暖风机用PTC加热器进行加热，利用 风机鼓动空气流经PTC电热元件强迫对流，以此为主要热交换方式。然而PTC电热元件含 铅，使用时冲击电流大，功率随着使用时间的加长而逐渐衰减，热效率低。
[0004] 为此，人们开发出了一种新型的加热器一氮化硅加热片，目前氮化硅加热片一般 采用将用于发热的钨丝直接加入氮化硅粉体内，然后经过烧制而成。然而，由于钨丝与氮化 硅粉体有明显的界面，烧结后很难成为一体，在产品的生产过程中钨丝易短裂，或在烧结过 程中电阻值发生变化，导致产品性能不稳定，成品率较低；而且，在高温下，钨与氮化硅复合 陶瓷基体中的氧及氮会发生反应，致使加热片的电阻值不稳定，使用寿命欠佳，同时导热性 能有待进一步提1? ;因此，现有的氣化娃加热片仍难以解决发热丝加热的氧化问题及PTC 电热元件功率衰减的问题。另外，目前的氮化硅加热片的制造方法以高温高压工艺为主，能 耗极大，且高温高压炉为单独炉体，无法实现连续生产，生产效率低一方面无法满足市场强 大的需求，另一方面也在本质上限制了规模化生产和成本的降低。因此，以上所述问题亟待 解决。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种功率稳定、热效率高、使用寿 命长的一体成型的陶瓷加热体。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种利于连续生产、生产效率高、利于规模化生产、生 产成本低的一体成型的陶瓷加热体的制备工艺。
[0007] 本发明是通过以下技术方案来实现的。
[0008] -种一体成型的陶瓷加热体，它由以下质量百分比的原料组成： 陶瓷原料 50-95% 发热原料 5-50% ; 其中，陶瓷原料由以下质量百分比的原料组成： Si3N4 70-96% MgO 0.1-9% Y2O3 0. 1-5% Al2O3 0. 1-5% SiO2 0. 1-5% La2O3 0· 1_3% BN 0. 1-3% ； 其中，发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物。
[0009] Si3N4化学名称为氮化硅，其相对分子质量是140. 28,呈灰色、白色或灰白色，六方 晶系，其晶体呈六面体，莫氏硬度9~9. 5,维氏硬度约为2200,显微硬度为32630MPa，熔点为 1900°C，通常在常压下1900°C分解，比热容为0. 71X/(g ·Κ)，生成热为-751. 57kJ/mol，热导 率为16. 7WAm*K)，线膨胀系数为2. 75X10-6/°C (2(T100 0°C )，不溶于水、溶于氢氟酸，其 在空气中开始氧化的温度130(Tl400°C，弹性模量为2842(T46060MPa，耐压强度为490MPa。 比体积电阻：在20°C时为1.4X105 ·ι?，在500°C时为4X108 ·πι。Si3N4是一种重要的结构 陶瓷材料，是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体，高温时抗氧化，而 且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到l〇〇〇°C以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。 [0010] MgO的化学名称为氧化镁，为白色或淡黄色粉末，无臭、无味、无毒，其不溶于水或 乙醇，微溶于乙二醇，熔点2852°C，沸点3600°C，氧化镁有高度耐火绝缘性能。经1000°C以 上高温灼烧可转变为晶体，升至1500°C以上则成死烧氧化镁（也就是所说的镁砂）或烧结 氧化镁。氧化镁起骨架作用，在陶瓷中作用是起结构固定作用，使产品不容易变形。
[0011] Y2O3的化学名称为三氧化二钇，白色略带黄色粉末。熔点：2415°C ;相对密度： 5. 01 ;溶解性：不溶于水和碱，溶于矿物酸。首先，Y2O3的添加对陶瓷硬度的影响很大，因为 钇离子的添加细化了氧化铝晶粒，减少了气孔、裂纹等缺陷，使其结合更紧密，密度增大， 所以掺杂钇离子不仅可以提高陶瓷的强度，改善其力学性能，还可以显著提高陶瓷的硬度。 其次，Y 2O3的添加显著提高了陶瓷的致密度，Y2O3为稀土氧化物，稀土氧化物由于其性能上 的特殊性，是良好的表面活性物质，可改善Al 2O3复合材料的润湿性能，降低陶瓷材料的熔 点,稀土氧化物Y2O 3可促进Al2O3与SiO2的化学反应,易于形成低烙点液相,加上颗粒之间 的毛细作用，促使颗粒间的物质向孔隙处填充，使材料孔隙率降低，致密度提高。因此，Y 2O3 的添加显著提高了陶瓷的强度、硬度和致密度。
[0012] Al2O3的化学名称为氧化铝，Al2O 3是结构陶瓷中的典型材料，具有机械强度高、硬 度高、耐腐蚀、耐磨损、电阻率大、热稳定性好等特性，能承受机械应力、腐蚀、高温、 绝缘等条件苛刻的环境。Al 2O3可以促进液相烧结中液相含量的增大，还可以降低液相粘度， 有利于Si3N 4在液相中溶解、扩散传质，因此Al2O3的添加对Si3N 4常压烧结致密化有重要的 作用。
[0013] SiO2的化学名称为二氧化硅，其不溶于水，不溶于酸，但溶于氢氟酸及热浓磷酸。 SiO2的一部分与Al2O3反应生成网状莫来石（3 Al2O3 · 2 SiO2)晶体成为粉体骨架，提高陶 瓷的机械强度和化学稳定性，另一部分SiO2以游离态存在亦起骨架作用。且Al 2O3可提高 粉体的致密化程度，使氮化硅陶瓷的抗弯强度提高。
[0014] La2O3的化学名称为氧化镧，其为白色无定形粉末，为密度6. 51g/cm3。烙点为 2217°C，沸点为4200°C，溶解性：溶于酸、乙醇、氯化铵，不溶于水、酮。Si 3N4有α和β两 种晶体结构，La2O3的加入利于β- Si3N4晶粒轴比的提高，也提高β- Si3N4柱状晶的长径 t匕，同时促进a - Si3N4和β- Si3N4的完全转变，大大提高了氮化硅陶瓷材料的抗弯强度和 断裂韧性。
[0015] BN的化学名称为氮化硼，氮化硼耐腐蚀，电绝缘性很好，比电阻大于10-6 Ω . cm ; 压缩强度为170MPa;在c轴方向上的热膨胀系数为41X10-6/°C而在d轴方向上为一 2. 3 X 10-6 ;在氧化气氛下最高使用温度为900°C，而在非活性还原气氛下可达2800°C。BN 的耐热性、耐热冲击和高温强度都很高，而且能加工成各种形状，因此被广泛用作各种熔融 体的加工材料。氮化硼的粉末具有良好的润滑性，用在陶瓷中作为耐高温自润滑复合材料。
[0016] MoSi2的化学名称为二硅化钥，MoSi2是Mo - Si二元合金系中含硅量最高的一种 中间相，是成分固定的道尔顿型金属间化合物，具有金属与陶瓷的双重特性，是一种性能优 异的高温材料。MoSi 2具有极好的高温抗氧化性，抗氧化温度高达1600°C以上，与SiC相当； 密度适中，密度为6. 24g/cm3 ;较低的热膨胀系数（8. I X 10-6K-1);良好的电热传导性；较 高的脆韧转变温度l〇〇〇°C。MoSi2具有良好的高温抗氧化性和抗热冲击性，以及稳定的电 阻特性，因此将MoSi 2作为陶瓷加热体的发热原料与陶瓷材料混合，制备得的陶瓷加热体功 率稳定、加热效率高。
[0017] TiC的化学名称为碳化钛，TiC的相对分子质量为59. 91，密度为4. 93g/cm3,熔点 为3160°C，沸点为4820°C，TiC呈浅灰色，为立方晶系，不溶于水，具有很高的化学稳定性， 与盐酸、硫酸几乎不起化学反应，但能够溶解于王水、硝酸和氢氟酸中，还溶于碱性氧化物 的溶液中。TiC具有高熔点、高硬度和高弹性模量，良好的抗热震性和化学稳定性，同时碳 TiC具有优良的耐热冲击性能，在还原气氛中用作特殊的耐火材料，加入TiC的陶瓷材料不 仅保持有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有良好的金属 韧性，使制得的陶瓷加热体功率稳定、加热效率高、使用寿命长。
[0018] 进一步的，由质量百分比为50-99. 5%的MoSi2和质量百分比为0. 5-50%的TiC组 成的发热原料，具有极佳的高温抗氧化性和抗热冲击性，以及稳定的电阻特性。该发热原料 与陶瓷原料共烧制成的陶瓷加热体，功率稳定、加热效率高、使用寿命长。
[0019] 优选的，一种一体成型的陶瓷加热体，它由以下质量百分比的原料组成：