专利名称：氮化硅加热片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种加热片，具体地说是一种氮化硅加热片及其制造方法。
背景技术：
众所周知，氮化硅陶瓷材料有很好的热稳定性，可以在很小的面积上制作出大功率的加热元件，氮化硅加热片是一种应用前景广泛、节能效果好的产品。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。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。为了解决上述问题， CN102300347A提出一种氮化硅复合发热体及其制作方法，其发热源由多种金属粉体如铜、 钨、镍等制成，以期获得烧结后的一体性。但事实上，由于其采用的发热源仍是金属物质，烧结后金属粉体所制成的发热体与氮化硅依然存在界面，产品依然存在成品率差、功率低、性能不稳定等缺陷，另外采用金属材料制得的发热源，发热效果不理想，不能满足大功率加热片的需求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种加热稳定、寿命长、不易损坏且特别适用于大功率加热片制作的氮化硅加热片及其制造方法。本发明可以通过以下措施达到
一种氮化硅加热片,包括本体和位于本体内的加热体,本体由氮化硅粉烧制而成,其特征在于加热体由发热区和位于加热体末端的用于焊接引线的不发热区组成，发热区由碳化钛TiC粉，碳化钽TaC粉，氧化铝Al2O3粉，氧化锆ZrO2粉，氧化钇Y2O3粉，碳化钨WC粉，镍 Ni粉，铬Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合烧制而成。本发明中所述加热体的发热区的各组分的配比为碳化钛TiC粉10%，碳化钽TaC 粉10%，氧化铝Al2O3粉5%，氧化锆ZrO2粉5%，氧化钇Y2O3粉5%，碳化钨WC粉5%，镍Ni粉 5%，铬Cr粉3%，氮化硅Si3N4粉42%。本发明中所述加热体的不发热区由电阻率低且能够有效提高产品烧制一体性的材料例如镍Ni粉、碳化钛TiC粉、铬Cr粉、钥Mo粉和氮化硅Si3N4粉混合烧制而成。本发明中所述加热体的不发热区的各组分配比为镍Ni粉20%、碳化钛TiC粉10%、 铬Cr粉20%、钥Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉30%。一种如上所述氮化硅加热片的制造方法，其步骤依次为制粉工艺、制坯工艺、烧结工艺、打磨工艺、焊接工艺以及成品检测，其特征在于所述制坯工艺包括如下步骤在计算出本体长度、加热体粉料厚度，并制作相应的模具后，先分别制成加热体中发热区和不发热区的粉料坯，其中加工压力均为2MPa，然后制作出上、下两片Si3N4粉料坯，加工压力为10 MPa，最后将上述三种粉料坯套压成毛坯块，套压过程中压力为100 MPa，获得毛坯。本发明中制粉工艺是指将按配比取用的原料经球磨机、砂磨机磨细混合后，在氩气Ar保护干燥塔干燥造粒。本发明中烧结工艺是指将制坯工艺获得的毛坯置于热压震荡烧结炉中，使毛坯在 1850°C、振荡频率为5Hz、振幅200Kg-500Kg、总压力300Kg/cm2的条件下，烧结制得半成品。本发明中所述打磨工艺是指将烧结工艺中制得的半成品打磨加工，获得表面光洁度达到O. 8的加热片。本发明中所述焊接工艺是指在打磨之后加热片的引线端用CVD工艺溅射Ti离子后，再用CVD工艺在Ti离子层上溅射Ni离子，然后向引线端电镀Ni层，Ni层厚度为0.2 μ m,最后在氢气炉内向引线端焊接引线，获得成品。本发明中经烧结工艺获得的成品再经检测后即可使用。本发明与现有技术相比，通过使用导电陶瓷粉烧结制得加热片本体内的发热体， 能够有效提高产品的稳定性，克服现有技术中存在的发热体易断裂、与本体烧结一体性差， 产品成品率低、使用性能不稳定等缺点，具有性能稳定、生产效率高等显著的优点。
附图I是本发明的结构示意图。附图标记本体I、发热区2、不发热区3。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明
本发明提出了一种氮化硅加热片，如附图所示，包括本体I和位于本体I内的加热体， 本体I由氮化硅粉烧制而成，其特征在于加热体由发热区2和位于加热体末端的用于焊接引线的不发热区3组成，发热区2由碳化钛TiC粉，碳化钽TaC粉，氧化铝Al2O3粉，氧化锆 ZrO2粉，氧化钇Y2O3粉，碳化钨WC粉，镍Ni粉，铬Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合烧制而成，本发明中所述加热体的发热区2的各组分的配比为碳化钛TiC粉10%，碳化钽TaC粉10%， 氧化铝Al2O3粉5%，氧化锆ZrO2粉5%，氧化钇Y2O3粉5%，碳化钨WC粉5%，镍Ni粉5%，铬Cr 粉3%，氮化硅Si3N4粉42%，本发明中所述加热体的不发热区3由电阻率低且能够有效提高产品烧制一体性的材料例如镍Ni粉、碳化钛TiC粉、铬Cr粉、钥Mo粉和氮化硅Si3N4粉混合烧制而成，本发明中所述加热体的不发热区3的各组分配比为镍Ni粉20%、碳化钛TiC粉 10%、铬Cr粉20%、钥Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉30%。一种如上所述氮化硅加热片的制造方法，其步骤依次为制粉工艺、制坯工艺、烧结工艺、打磨工艺、焊接工艺以及成品检测，
其中制粉工艺包括
(1)氮化硅粉的制造，氮化硅粉经球磨混料、砂磨机磨细后，在Ar氩气保护干燥塔内干燥制粒，D50 ^ O. 3-0. 5 μ，
(2)加热体中发热区2粉料的制作为按配比取用各组分粉料，具体为碳化钛TiC粉 10%，碳化钽TaC粉10%，氧化铝Al2O3粉5%，氧化锆ZrO2粉5%，氧化钇Y2O3粉5%，碳化钨WC 粉5%，镍Ni粉5%，铬Cr粉3%，氮化硅Si3N4粉42%，将所取粉料球磨混粉后，在氩气(Ar)保护干燥塔内造粒，D50 ^ O. 7-1 μ，
(3)加热体中不发热区3粉料的制作为按配比取用镍Ni粉20%、碳化钛TiC粉10%、铬 Cr粉20%、钥Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉30%，经球磨混粉后造粒备用；
所述制坯工艺包括如下步骤在计算出本体I长度、加热体粉料厚度，并制作相应的模具后，先分别制成加热体中发热区2和不发热区3的粉料坯，其中加工压力均为2MPa，然后制作出上、下两片Si3N4粉料坯，加工压力为10 MPa，最后将上述三种粉料坯套压成毛坯块， 套压过程中压力为100 MPa，获得毛坯，所获得的毛坯块不能有缺损、裂纹；
所述烧结工艺是指将制坯工艺获得的毛坯置于热压震荡烧结炉中，毛坯在1850°C、振荡频率为5Hz、振幅200Kg-500Kg、总压力300Kg/cm2的条件下，烧结制得半成品，使该半成品的技术参数达到如下标准抗弯强度7800MPa，抗压强度4000MPa，断裂韧性8_9MPa，耐热冲击试验中，由室温经2秒钟后升到1300°C (表面温度)200次不开裂，硬度HRA91-93 ；
所述打磨工艺是指将烧结工艺中制得的半成品打磨加工，获得表面光洁度达到O. 8的加热片，
所述焊接工艺是指在打磨之后加热片的引线端用CVD工艺溅射Ti离子后，再用CVD工艺在Ti离子层上溅射Ni离子，然后向引线端电镀Ni层，Ni层厚度为O. 2 μ m，最后在氢气炉内向引线端焊接引线，获得成品，本发明中经焊接工艺焊接的引线可以承受20Kg的拉力；经焊接工艺获得的成品再经通电次数试验、总功率、漏电流、热振试验等检测后即可使用。本发明与现有技术相比，通过使用导电陶瓷粉烧结制得加热片本体内的发热体， 能够有效提高产品的稳定性，克服现有技术中存在的发热体易断裂、与本体烧结一体性差， 产品成品率低、使用性能不稳定等缺点，具有性能稳定、生产效率高、功率高等显著的优点。
权利要求
1.一种氮化硅加热片，包括本体和位于本体内的加热体，本体由氮化硅粉烧制而成，其特征在于加热体由发热区和位于加热体末端的用于焊接引线的不发热区组成，发热区由碳化钛TiC粉，碳化钽TaC粉，氧化铝Al2O3粉，氧化锆ZrO2粉，氧化钇Y2O3粉，碳化钨WC粉， 镍Ni粉，铬Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合烧制而成。
2.根据权利要求I所述的一种氮化硅加热片，其特征在于所述加热体的发热区的各组分的配比为碳化钛TiC粉10%，碳化钽TaC粉10%，氧化铝Al2O3粉5%，氧化锆ZrO2粉5%， 氧化钇Y2O3粉5%，碳化钨WC粉5%，镍Ni粉5%，铬Cr粉3%，氮化硅Si3N4粉42%。
3.根据权利要求I所述的一种氮化硅加热片，其特征在于所述加热体的不发热区由镍 Ni粉、碳化钛TiC粉、铬Cr粉、钥Mo粉和氮化硅Si3N4粉混合烧制而成。
4.根据权利要求3所述的一种氮化硅加热片，其特征在于所述加热体的不发热区的各组分配比为镍Ni粉20%、碳化钛TiC粉10%、铬Cr粉20%、钥Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉 30%。
5.一种如权利要求I所述氮化硅加热片的制造方法，其步骤依次为制粉工艺、制坯工艺、烧结工艺、打磨工艺、焊接工艺以及成品检测，其特征在于所述制坯工艺包括如下步骤 在计算出本体长度、加热体粉料厚度，并制作相应的模具后，先分别制成加热体中发热区和不发热区的粉料坯，其中加工压力均为2MPa，然后制作出上、下两片Si3N4粉料坯，加工压力为10 MPa，最后将上述三种粉料坯套压成毛坯块，套压过程中压力为100 MPa，获得毛坯。
6.根据权利要求5所述的氮化硅加热片的制造方法，其特征在于所述烧结工艺是指将制坯工艺获得的毛坯置于热压震荡烧结炉中，使毛坯在1850°C、振荡频率为5Hz、振幅 200Kg-500Kg、总压力300Kg/cm2的条件下，烧结制得半成品。
7.根据权利要求5所述的氮化硅加热片的制造方法，其特征在于所述焊接工艺是指在打磨之后加热片的引线端用CVD工艺溅射Ti离子后，再用CVD工艺在Ti离子层上溅射Ni 离子，然后向引线端电镀Ni层，Ni层厚度为O. 2 ym，最后在氢气炉内向引线端焊接引线， 获得成品。
全文摘要
本发明涉及一种加热片，具体地说是一种氮化硅加热片及其制造方法，包括本体和位于本体内的加热体，本体由氮化硅粉烧制而成，其特征在于加热体由发热区和位于加热体末端的用于焊接引线的不发热区组成，发热区由碳化钛TiC粉，碳化钽TaC粉，氧化铝Al2O3粉，氧化锆ZrO2粉，氧化钇Y2O3粉，碳化钨WC粉，镍Ni粉，铬Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合烧制而成，本发明与现有技术相比，通过使用导电陶瓷粉烧结制得加热片本体内的发热体，能够有效提高产品的稳定性，克服现有技术中存在的发热体易断裂、与本体烧结一体性差，产品成品率低、使用性能不稳定等缺点，具有性能稳定、生产效率高、功率高等显著的优点。
文档编号C04B35/622GK102595665SQ201210047169
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者孟丽丽 申请人:威海兴泰金属制造有限公司