一种低功耗高温电阻炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高温电阻炉，更具体地说涉及一种航空航天用低功耗高温电阻炉。
【背景技术】
[0002]空间材料科学是应用现代航天技术发展起来的一门在空间微重力环境下研宄材料科学与工程的基础学科，也是当今材料科学研宄与发展的前沿领域。对于认知在材料制备中发生的物理与化学过程的本征规律，丰富和完善材料科学与工程的基础理论，指导和推动地基材料制备工艺和战略性新兴产业发展具有十分重要的意义。
[0003]开展空间材料科学研宄，高温电阻炉十分重要，其功能和性能指标决定了空间材料科学研宄内容的深度和广度。其中工作温度是高温电阻炉的重要性能指标之一，也是材料科学家选择材料种类、制订实验工艺曲线所关注的首要因素。但由于空间资源的局限性，空间应用的高温电阻炉同时又要求体积小、重量轻、功耗低。我国前期在空间应用的空间材料科学实验高温电阻炉最高工作温度均在1300°C以下，无法满足有更高温度要求的、具有良好应用前景的材料空间制备需求。
[0004]本实用新型的目的是提供一种低功耗条件下，炉膛最高温度能达到1500°C以上的可在航空航天领域应用的低功耗高温电阻炉。要实现1500°C以上的炉温，一般的合金发热体，如镍铬丝、铁铬铝丝等(使用温度均<1400°C )，已经不能满足要求，而地面高温电阻炉常用的硅碳棒、硅钼棒、石墨等高温发热材料又存在抗震强度低，电阻小，加热电流过大等问题，难以满足空间应用要求。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种航空航天用低功耗高温电阻炉，在较低的功耗条件下，本高温电阻炉炉膛最高温度能达到1500°C?1600°C，同时具有体积小、重量轻、功耗低的特点。
[0006]本实用新型提供一种航空航天用低功耗高温电阻炉，所述高温电阻炉包括保温隔热单元、位于所述保温隔热单元中的发热体、连接到所述发热体的端部接头以使所述发热体通电的高熔点金属(例如，熔点大于1800°C的金属)电极，其中，所述发热体的本体为螺旋式中空圆柱状以形成炉膛，所述高温电阻炉能够保持密封并且其内部能够被抽真空，从而在其内部形成真空腔体，所述高熔点金属包括钼、钨或钽。
[0007]本实用新型利用螺旋式中空圆柱状的发热体本身形成炉膛，使发热体不仅具备加热功能，同时具备形成炉膛的功能，通过高温辐射直接对样品进行加热，大大提到发热效率。
[0008]较佳地，所述高恪点金属电极包括通过高恪点金属螺钉固定的两片高恪点金属片，所述高熔点金属片包括薄壁端和厚壁端，两片高熔点金属片通过高熔点金属螺钉固定使厚壁端相互压紧通电导线，薄壁端形成的空隙尺寸匹配发热体端部接头的尺寸。
[0009]较佳地，所述高熔点金属螺钉包括穿过高熔点金属电极的厚壁端用于使两片高熔点金属片的厚壁端压紧通电导线的第一高熔点金属螺钉、以及穿过高熔点金属电极的薄壁端以使所述发热体的端部接头固定在薄壁端形成的空隙中的第二高熔点金属螺钉。
[0010]较佳地，所述高熔点金属电极通过铁铬铝丝导线连接到电源。
[0011]较佳地，所述发热体的本体的内径为10-50mm，外径为12_60mm，螺距为2_4mm，长度为 50_150mm。
[0012]较佳地，所述发热体的端部接头为长方体或圆柱型，长度为10-50mm，截面为(2-10mm) X (2-10mm)的矩形或直径3_10mm的圆。
[0013]较佳地，所述发热体的材质为碳纤维复合材料，优选为由碳纤维和碳化硅颗粒复合而成的碳纤维复合材料。
[0014]碳纤维复合材料本身具有优异的电学和耐高温性能，且考虑到高温电阻炉炉膛的尺寸需求以及发热体热效率利用，本实用新型的高温发热体采用螺旋式中空圆柱状，该结构利用发热体本身形状形成炉膛，使发热体不仅具备加热功能，同时具备形成炉膛的功能，通过高温辐射直接对样品加热，大大提高了发热效率。
[0015]本实用新型的有益效果:
[0016]本实用新型中高温电阻炉，在功耗低于350W、真空的条件下，最高温度能达到1500°C?1600°C。本实用新型的高温电阻炉具有体积小、重量轻、功耗低的的特点。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一个实施方式中螺旋式中空圆柱状发热体；
[0018]图2为本实用新型一个实施方式中钼螺钉紧固式钼电极；
[0019]图3为本实用新型一个实施方式中发热体端部接头与螺钉紧固式钼电极的连接方式；
[0020]图4为本实用新型一个实施方式中高温电阻炉在使用时高温电阻炉炉膛的升降温曲线；
[0021]图5为本实用新型一个实施方式中高温电阻炉在加热过程中炉膛温度和功耗之间的关系曲线。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本实用新型，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本实用新型，而非限制本实用新型。
[0023]本实用新型涉及一种含有高温发热体的低功耗高温电阻炉，所述高温电阻炉包括发热体1，该发热体采用一种碳纤维复合材料，这种材料与硅钼棒、硅碳棒、石墨等材料相比，具有更高的强度和韧性、更小的质量、更好的耐热冲击性，电阻大小更适合应用。而与难熔金属(如钨、钼、钽等)相比较，碳纤维复合材料质量更轻，且具有更稳定的电阻温度系数，有利于温度的精确控制。碳纤维复合材料优选为由碳纤维和碳化硅颗粒复合而成复合材料，其密度为1.7-1.8g/cm3。
[0024]参见图1，发热体I包括本体2和端部接头3，发热体I的本体2形成为中空圆柱状以形成炉膛。所述发热体I的本体可以由成型的空心圆筒后加工而成。具体来说，可以先制作圆柱状的空心圆筒，然后通过在自动化的车床中设置相应的切削程序，使其对空心圆筒进行切削，得到所述螺旋式中空圆柱状的发热体。采用上述车床切削的方式制备发热体，能够准确制备不同规格的发热体，进行发热体螺距、长度的精确控制。发热体I的本体2的内径可为10_50mm，外径为可12_60mm，螺距可为2_4mm，长度可为50_150mm。发热体I的两端部接头3从本体2延伸，为长条体或圆柱形，长度为10-50mm，截面为(2_10mm) X (2-10mm)的矩形或直径3-10mm的圆。
[0025]本实用新型的高温电阻炉采用碳纤维复合材料作为高温加热体，同时将高温发热体设计为螺旋式中空圆柱状，因而一方面，可以借助于碳纤维复合材料本身的优异性能使得高温电阻炉性能提高，另一方面，借助于螺旋式中空圆柱状，该结构利用发热体本身形状形成炉膛，使发热体不仅具备加热功能，同时具备形成炉膛的功能，通过高温辐射直接对样品加热，大大提高了发热效率。
[0026]参见图3，发热体I设置于隔热保温结构4中，隔热保温结构的材质可采用氧化铝纤维保温砖。这些材料重量轻、耐高温、保温隔热效果好、价格较为低廉，因而有利于本实用新型中高温电阻炉的普及与推广应用。
[0027]所述高温发热体与外部电路连接时所使用的电极采用钼螺钉紧固式钼电极。由于本申请中电阻炉旨在实现高温加热，加热温度可高达1500-1600°C，因此需要采用非常耐高温材质的材料作为高温发热体与外部电路连接的电极材料。经过多次测试之后，我们观测到，钼电极能够满足本实用新型中高温电阻炉的之一需求，另外，钼电极采用螺钉紧固式这一结构，与高温发热体之间实现良好的结合。
[0028]发热体I温度较高，通过两端部接头3分别与钼电极5连接。参见图