一种一体成型的陶瓷加热体及其制备工艺的制作方法_2

文档序号:8537625阅读:来源:国知局
陶瓷原料 60-80% 发热原料 20-40% ; 其中,陶瓷原料由以下质量百分比的原料组成: Si3N4 80-90% MgO 2-6% Y2O3 2-4% Al2O3 2-4% SiO2 2-4% La2O3 1_2· 5% BN 1-2. 5% ; 其中,发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物,两种的混合物由质量百分比为 50-99. 5%的MoSi2和质量百分比为0. 5-50%的TiC组成。
[0020] 更为优选的,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: 陶瓷原料 70% 发热原料 30% ; 其中,陶瓷原料由以下质量百分比的原料组成: Si3N4 85% MgO 3% Y2O3 3% Al2O3 3% SiO2 3% La2O3 1. 5% BN 1. 5% ; 其中,发热原料为MoSi2、TiC中的一种或两种的混合物,两种的混合物由质量百分比为 65-80%的MoSi2和质量百分比为20-35%的TiC组成。
[0021] 上述一体成型的陶瓷加热体的制备工艺,包括以下工艺步骤: a、 混料:先将配方量的Si3N4、MgO、Y203、A1 203、Si02、La203、BN混合搅拌均匀制成陶瓷原 料,再将发热原料MoSi 2、TiC、MoSi2与TiC的混合物中的一种与陶瓷原料混合搅拌均匀,制 成粉料; b、 球磨:将步骤a制得的粉料、研磨球、水或酒精放入球磨罐中进行湿法球磨,湿法球 磨的时间为8-24h ;湿法球磨可提高粉磨效率,使粉体粒径减小,比表面积增加,活性增强。
[0022] c、滤干:对步骤b中湿法球磨后的浆料进行固液分离,将分离后的粉体进行烘干 处理; d、 成型:将步骤c中烘干处理后的粉体按照以下成型方法中的一种成型:热压铸成型、 干压成型、挤出成型、等静压成型、流延成型和注塑成型,粉体成型制得坯体; e、 预烧:将步骤d制得的坯体进行预烧,预烧的温度为350-1250°C;经成型工序制备而 成的的坯体中含有石蜡等粘合剂,采用预烧工序可使坯体在烧结前先将粘合剂脱除,避免 坯体直接烧结时温度升高的速度过快,温度不均匀产生热应力造成坯体变形或开裂,此外, 350-1250°C的预烧温度利于将坯体内的粘合剂充分脱除。
[0023] f、烧结:将步骤e预烧后的坯体置于石墨坩埚或钥坩埚中,并埋入隔离粉,接着用 箱式炉或隧道窑将埋于隔离粉中的坯体在常压下进行烧结,烧结气氛为氮气和氢气混合气 体,坯体烧结制得陶瓷加热体半成品;采用隧道窑结合还原性烧结气氛在常压烧结坯体,可 实现连续生产,产量由原先的每天1批次变为每天48批次,生产效率提高48倍,且连续化 生产利于节能,大大降低生产成本,利于企业实现规模化生产;同时由于氢原子半径很小, 易于扩散而有利于闭气孔消除,在氢气气氛下还可以使氧化铝晶格中的氧离子较容易地失 去,形成空位,加速氧离子扩散,因此在氢气气氛下可以有效地促进烧结,使陶瓷制品获得 很好的致密度。
[0024] g、抛光处理:将陶瓷加热体半成品进行表面抛光处理;此工序使陶瓷表面更加致 密、光滑,可大大提高陶瓷加热体的使用性能。
[0025] h、接电极:将步骤g中表面处理过的陶瓷加热体半成品的两端或者侧部印刷导电 浆料,导电浆料经烧结制成电极,最后在电极的固定端子引出接电端子,制得陶瓷加热体成 品。
[0026] 其中,步骤f烧结具体为:将步骤e预烧后的坯体置于石墨坩埚或钥坩埚中,并埋 入隔离粉,接着用箱式炉或隧道窑将埋于隔离粉中的坯体在常压下进行烧结,烧结气氛为 氮气和氢气混合气体,氢气在混合气体中的体积百分比为1-40%,氮气在混合气体中的体积 百分比为60%-99%,坯体烧结制得陶瓷加热体半成品。氢气的体积百分比大于1%,可保证混 合气体的还原性保护作用,同时由于氢气属于易燃易爆气体,因此使氢气的体积百分比小 于40%,降低安全隐患,因此氢气1-40%的体积百分比使混合气体可同时起到还原性性保护 和防爆的作用;本发明中的氢气为通过氨气分解制成,相对于外购的氮气成本更高,因此在 混合气体中使氮气的体积百分比为60%-99%,高于氢气的1-40%的体积百分比,可进一步节 约生产成本。
[0027] 其中,步骤f烧结具体为:将步骤e预烧后的坯体置于石墨坩埚或钥坩埚中,并埋 入隔离粉,埋烧的隔离粉为Si 3N4和BN的混合物,接着用箱式炉或隧道窑将埋于隔离粉中的 坯体在常压下进行烧结,烧结气氛为氮气和氢气混合气体,氢气在混合气体中的体积百分 比为5-29%,氮气在混合气体中的体积百分比为71%-95%,控制混合气体中水蒸汽的露点温 度低于50°C,坯体烧结制得陶瓷加热体半成品。
[0028] 其中,步骤f烧结所用隧道窑分为依次连接的排胶区、烧结区和冷却区,排胶区、 烧结区和冷却区的温度分别为300-1300°C、1600-1850°C、1850-25°C,坯体分别在排胶区、 烧结区和冷却区的烧结时间为3-8h、l-3h、8-12h。取代传统的箱式炉,因隧道窑分为排胶 区、烧结区和冷却区,使坯体可依次实现排胶、高温烧结和冷却的工序,上一批次的坯体烧 结完毕时,隧道窑无需再次经历长时间的升温,又可立即投入下一批次的坯体进行烧结,取 消了箱式炉在连续烧结多批次的坯体时需反复升温、冷却的工序,采用隧道窑可实现连续 循环化生产,产量由原先的每天1批次变为每天48批次,生产效率提高48倍,生产效率大 大提高,且更利于节能,大大降低生产成本;1600-1850°C的烧结温度保证陶瓷加热体的烧 制效果好,同时避免高温造成的氢气爆炸。
[0029] 其中,步骤d成型中,所述的热压铸成型为:将粉体加入石腊并加温搅拌,搅拌均 匀形成料浆,将料浆加入热压机压铸成型; 所述的干压成型为:将粉体加入粘合剂并混合搅拌,混合均匀形成粉料,将粉料装入油 压机干压成型; 所述的挤出成型为:将粉体加入粘合剂并混合搅拌,混合均匀形成粉料,将粉料装入挤 出机挤出成型; 所述的等静压成型为:将粉体加入粘合剂并混合搅拌,混合均匀形成粉料,先将粉料装 入橡胶模具中,再一并装入等静压机中等静压成型。粘合剂可为聚乙烯醇、石蜡等,粉体成 形前加入粘合剂,使粉体和粘合剂均化,利于提高粉体的成形性能和坯体的强度。
[0030] 其中,步骤h接电极具体为:将步骤g中表面处理过的陶瓷加热体半成品的两端或 者侧部印刷导电浆料,导电浆料经500-1300°C的烧结制成电极,电极为银电极、银钯电极、 金电极或者钼电极,电极之间的距离大于2mm,最后在电极的固定端子引出接电端子,制得 陶瓷加热体成品。
[0031] 其中,制得的陶瓷加热体为蜂窝状、栅格状、圆棒状、平板状中的一种形状。蜂窝状 陶瓷加热安装在电吹风内,工作时马达带动风叶送风经过陶瓷加热体时空气被加热,热风 从出风口送出,达到加热空气的目的;栅格状陶瓷加热体安装在暖风机及空调内,工作时马 达带动风叶送风经过陶瓷加热器空气被加热,达到暖气的目的;圆棒状陶瓷加热体应用于 汽车氧传感器上,目地是检测汽车尾气排放,防止汽油燃烧不充分;平板状陶瓷加热体应于 模具加热,如开水器、足浴盆等领域加热。
[0032] 本发明的有益效果为:本发明的陶瓷加热体由陶瓷原料与金属发热原料共烧成一 体构成,由于将整个陶瓷加热体烧结成一体,发热体与外界绝缘,抗氧化性能好,功率不易 衰减,使用寿命长;而且在工作时陶瓷加热体整体发热,具有升温速度快、热效率高、热量均 衡等显著的优点。因此,本发明的陶瓷加热体克服了现有的加热体如发热丝加热的氧化及 PTC功率衰减的缺陷,使用寿命长、功率稳定、加热效率高。
[0033] 本发明的陶瓷加热体的制备工艺依序通过混料、球磨、滤干、成型、预烧、烧结、抛 光处理和接电极工序,整个制造工艺简单,采用隧道窑结合还原性烧结气氛在常压烧结坯 体,利于连续生产、生产效率高,烧结的产品致密度好,且烧结为液相烧结,烧结温度低,生 产成本低,利于实现规模化生产。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0035] 实施例1。
[0036] 本实施例的一种一体成型的陶瓷加热体的制备工艺,包括以下工艺步骤: a、 混料:先将质量百分比70%的Si3N4、9%的Mg0、5%的Y20 3、5%的Al203、5%的Si02、3% 的La 203、3%的BN混合搅拌均匀制成陶瓷原料,再将50%的陶瓷原料与50%的发热原料MoSi2 混合搅拌均匀,制成粉料; b、 球磨:将步骤a制得的粉料、研磨球、水或酒精放入球磨罐中进行湿法球磨,湿法球 磨的时间为8h ; c、 滤干:对步骤b中湿法球磨后的浆料进行固液分离,将分离后的粉体进行烘干处理; d、 热压铸成型:将步骤c中烘干处理后的粉体加入石腊并加温搅拌,搅拌均
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