专利名称：硅化钼型加热元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及硅化钼型加热元件的制造方法。
瑞典专利说明书0003512-1和0004329-9中描述了硅化钼型电阻元件。根据专利说明书0003512-1，该加热元件的电阻材料包含Mo(Si1-xAlx)2，并使其包含铝达一定水平以便在该水平上基本阻止有害物的形成。
已发现当在400-600℃范围的温度下对这种材料进行操作时，没有或者仅有微量的有害物形成。有害物的形成是由于MoSi2与O2形成了MoO3。
有害物的形成显著减少或消除的原因是由于在该元件表面上形成了Al2O3或富含Al2O3的层。
另一个专利说明书0004329-9提出了当在高温下工作时提高加热元件的使用寿命的方法，该元件主要由硅化钼和这种基本材料的合金组成。
根据这个专利说明书，使该加热元件包含铝达一定水平从而能够在该加热元件的表面上维持稳定，缓慢生长的氧化铝层。
根据一个优选的实施方案，使该加热元件的材料包含Mo(Si1-xAlx)2，其中x处于0.2-0.6的范围之内。
已发现包含铝的硅化钼类材料在低温和高温下都具有改良的腐蚀性能。
通常，通过混合MoSi2粉和氧化性(oxidic)原料例如铝硅酸盐来制造这种材料。当该原料是膨润土时得到了相对低的熔点这有助于所谓的熔融相烧结，该烧结可产生包含MoSi2和相当于15-20体积百分比的一部分铝硅酸盐的致密材料。
主要包含SiO2的膨润土可用于生产包含Mo(Si1-xAlx)2的加热元件。当与铝合金化硅化物进行烧结时可发生化学置换反应，其中氧对Al的亲和力比对Si的大从而导致Si离开铝硅酸盐并进入硅化物，因为Al离开硅化物而被氧化物相吸收。这个置换反应还有助于该复合材料烧结性能的改良。最终的材料包含基本不含铝的Mo(Si1-xAlx)2，其中该氧化物相基本包含Al2O3。
标准的制造工序包括混合粉末形式的钼，硅和铝并通常在保护气氛下烧成该粉末混合物。这可产生材料Mo(Si1-yAly)2的团块(cake)，其中作为所述置换反应的结果y大于上式中的x。该反应是放热反应。然后将该团块粉碎并研磨成通常为大约1-20μm的细颗粒尺寸。将该粉末与膨润土混合以便形成湿的陶瓷材料。对该材料进行挤压和干燥形成杆状，该杆的直径对应于随后加热元件的直径。然后在超过该膨润土组分的熔化温度的温度下对该材料进行烧结。
然而，这种类型的元件存在一个缺点。该问题是在元件表面上形成的氧化物即Al2O3在循环操作的情形下有时会从元件的表面剥离或剥落，也就是变松。
剥离的氧化物会对铝的随后的氧化提供较为不良的保护，且铝在该元件的外表面耗尽的更快。此外，剥离的氧化物会玷污在其中安装有该元件的烘箱，而且在具有这种元件的烘箱中进行热处理的产品会具有性能和外观严重受损的风险。因此这限制了这种元件在加热处理中的使用。
两个瑞典专利说明书0201042-9和0201043-7中分别提出的方案解决了这个问题。
瑞典专利说明书0201042-9提出了主要由硅化钼和这种基本材料的合金组成的加热元件的制造方法。该方法的特征在于通过混合铝硅化钼(Mo(Si1-yAly)2)和SiO2来生产主要包含Mo(Si1-xAlx)2和Al2O3的材料，其中该SiO2的纯度至少为98％。
瑞典专利说明书0201043-7提出了相应材料的生产，其中使用膨润土来添加二氧化硅和氧化铝。该膨润土应具有小于2000ppm的杂质物质含量。
意外发现获得了具有低杂质浓度的氧化物，在室温到高温如1500℃之间该氧化物在循环操作之后不会发生剥落。本发明是基于下面的理解可以部分由其它材料和化合物起始而不是上面给出的这些材料，来产生这种由纯的氧化铝构建(building)的硅化钼材料。
这个生产基本由硅化钼和其合金组成的加热元件的方法包括如下步骤通过混合硅和钼的化合物与铝的化合物来生产基本包含Mo(Si1-xAlx)2和Al2O3的材料。
根据本发明，硅和钼的化合物包括Mo(Si1-yAly)2，并可与由Al2O3或Al(OH)3组成的任何铝化合物混合，且可选与化合物SiO2，Si和MoO3中的一种或多种混合。
根据第二个实施方案，硅和钼的化合物包括MoO3和Al和Si和/或SiO2。
根据本发明，该投入组分总共具有至少98％的纯度。
根据本发明的优选实施方案，该投入组分具有至少99％的纯度。
使该混合物发生放热反应和/或通过烧结以便使置换反应发生，从而形成化合物Mo(Si1-xAlx)2和Al2O3，其中使x处于0.4-0.6的范围之内。
通过这种方法得到了氧化铝构建的元件材料，且该材料的氧化铝层不会剥离或剥落；这在本文献的开始作为一个问题而提出。
根据一个优选的实施方案，使x处于0.45-0.55的范围之内。
根据一个优选的实施方案，SiO2包含在硅酸盐中，其中该硅酸盐中其余的物质具有硅化钼不能与所述物质合金化的性质，而且该物质具有维持硅化钼的晶格对称性的性质。
可以用Re，W或Nb部分取代材料Mo(Si1-xAlx)2中的钼，而不改变该晶格的对称性。
可以用钨取代相当于约三分之一数量的钼。
根据一个优选的实施方案，向该混合物中添加下列烧结助剂MgO，CaO，SiO2和Y2O3中的一种或几种。
本发明因此解决了介绍中所提到的问题并使得本元件适用于烘箱而不会对在烘箱中进行处理的材料造成损害。
由于在所附权利要求的范围内可以做出改变，因此不应认为本发明局限于前述的实施方案。
权利要求
1.基本由硅化钼和该基本材料的合金组成的加热元件的制造方法，该元件在其表面形成氧化铝，其特征在于通过混合硅和钼的化合物与铝的化合物的混合物来生产主要包含Mo(Si1-xAlx)2和Al2O3的材料；其中该硅和钼的化合物或者包含Mo(Si1-yAly)2并与由Al2O3或Al(OH)3组成的任何铝化合物混合，并且可以与化合物SiO2，Si和MoO3中的一种或多种混合，或者依靠包含MoO3和Al和Si和/或SiO2的所述硅和钼的化合物的混合物；其中投入的组分总共具有对应于至少98％的纯度，使该混合物发生放热反应和/或通过烧结以便使置换反应发生，从而形成化合物Mo(Si1-xAlx)2和Al2O3，其中使x处于0.4-0.6的范围之内。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述SiO2包含在硅酸盐中，其中该硅酸盐中其余的物质具有硅化钼不能与所述一种或多种物质合金化的性质，而且该物质具有维持硅化钼的晶格对称性的性质。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于使x处于0.45-0.55的范围之内。
4.根据权利要求1，2或3的方法，其特征在于向所述混合物中添加下列烧结助剂MgO，CaO，SiO2和Y2O3的一种或几种。
5.根据权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于用Re，W或Nb部分取代材料Mo(Si1-xAlx)2中的钼。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于用W取代约三分之一量的钼。
7.根据前述权利要求中任何一个的方法，其特征在于投入组分具有至少99％的纯度。
全文摘要
本发明涉及基本由硅化钼和该基本材料的合金组成的加热元件的制造方法，该元件在其表面形成氧化铝。本发明的特征在于通过混合硅和钼的化合物与铝的化合物的混合物来生产主要包含Mo(Si
文档编号C04B35/58GK1642875SQ03807492
公开日2005年7月20日 申请日期2003年4月4日 优先权日2002年4月5日
发明者M·桑德伯格, A·马格努松 申请人:桑德维克公司