一種用于電加熱的發(fā)熱體及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電加熱的發(fā)熱體及其制備工藝，由兩個(gè)冷段和一個(gè)連接在冷段之間的熱段構(gòu)成，所述熱段采用比表面積為2-7㎡/g、真密度為1.8-2.67g/cm3、碳含量為60-96％的石墨制成，冷段采用二硼化鋯、碳化硅和燒結(jié)助劑燒結(jié)成型，所述二硼化鋯、碳化硅和燒結(jié)助劑的加入量按重量百分比是：二硼化鋯50-99%、碳化硅0-44%、燒結(jié)助劑1-6%；本發(fā)明的發(fā)熱體由于硼化鋯復(fù)合陶瓷的電阻較小，在通過大電流時(shí)不易發(fā)熱，這樣不僅可以省去冷卻裝置，而且還可以顯著減少能量消耗，同時(shí)避免了單純由石墨材質(zhì)做成電極帶來的體積較大及易發(fā)熱等問題，還克服了二硼化鋯復(fù)合陶瓷單獨(dú)作為發(fā)熱體帶來的制作和加工難度大的問題,在真空條件下提供2000℃以上的高溫，在還原氣氛下提供2500℃的高溫。
【專利說明】-種用于電加熱的發(fā)熱體及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電加熱材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于電加熱的發(fā)熱體及其制備工 藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 石墨，黑灰色，質(zhì)軟，有油膩感。在空氣或氧氣中，450°C開始氧化。作為高溫及超 高溫材料領(lǐng)域常被用作高溫發(fā)熱元件、耐高溫隔熱屏、熔煉電極及坩堝等。
[0003] 石墨發(fā)熱體的主要特點(diǎn)：（1)高溫強(qiáng)度好，在常溫下石墨的強(qiáng)度遠(yuǎn)比金屬的差，但 隨溫度的升高，其強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)升至170(T200(TC時(shí)，其強(qiáng)度超過了所有的氧化物和金 屬；（2)石墨具有金屬及陶瓷的某些特性，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性；又具有多孔性和小的 熱膨脹系數(shù)；由于其導(dǎo)熱性好和熱膨脹系數(shù)小，這就使石墨成為最耐熱震的材料之一；（3) 石墨的取材容易，尤其是我國的石墨資源豐富，相對(duì)價(jià)格便宜，不論是發(fā)熱體或是保溫屏 (碳?xì)只蚴珰?，其材料費(fèi)和加工費(fèi)約是鑰發(fā)熱體和隔熱屏的1/Γ1/5 ;與鎢和鉭鈮相比更 為廉價(jià)；（4)石墨的電阻系數(shù)小，熱慣性小，可以快速加熱和冷卻。在被處理工件沒有特殊 要求的情況下作為真空爐發(fā)熱體是很合適的。另外，灼熱的碳發(fā)熱體會(huì)與殘余氣體中氧、水 蒸氣反應(yīng)生成C0和C0 2，隨時(shí)被真空泵抽走，殘余的氣體是還原性氣氛，如在石墨發(fā)熱體的 真空淬火爐中，其真空度只有65Pa左右，而被處理的工件仍可獲得光亮的表面狀態(tài)。這樣 簡化了真空系統(tǒng)的配置，可大大降低爐子的成本，這是其他任何金屬發(fā)熱體所不能比擬的； (5)由于石墨纖維編織物(如石墨布、石墨帶等）出現(xiàn)，作為真空爐發(fā)熱體更理想，其具有耐 高溫、不變形、耐沖擊性好、輻射面積大、柔性好、便于加工和安裝等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 二硼化鋯（ZrB2)具有較高的強(qiáng)度，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及化學(xué)穩(wěn)定性，可以做高 溫?zé)犭娕继坠堋⒒鸺龂姽芗耙睙捀鞣N金屬的鑄模、坩堝等。為了提高其抗氧化能力和易于燒 結(jié)，往往將其制成ZrB 2/SiC復(fù)合陶瓷。目前，ZrB2基陶瓷材料的熱導(dǎo)率在30-140W · (m ·ΚΓ 之間，并受到顆粒尺寸和組分的影響。2池2基陶瓷材料的電導(dǎo)率在1Χ104(Ω ?cmr1到 12Χ104(Ω .cmr1范圍內(nèi)，隨材料組分的不同而改變。在室溫到1657K的溫度范圍內(nèi)ZrB2 材料的熱導(dǎo)率從56W · (m · ΚΓ1變化到67W · (m · ΚΓ1，而ZrB2-30vol. %SiC在相同的溫度 范圍內(nèi)從62變化到56W· (πι.ΚΓ1。
[0005] 現(xiàn)有的石墨發(fā)熱體，其電極材料和發(fā)熱端均為石墨，在保證發(fā)熱效率的情況下為 了減少電極發(fā)熱，往往采取增大電極尺寸的方法，然而電極尺寸增大的倍數(shù)是有限的，在大 電流通過電極過程中，電極仍會(huì)發(fā)熱，為了降低電極溫度，需要增加冷卻裝置對(duì)石墨電極進(jìn) 行冷卻，導(dǎo)致電爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜；由于發(fā)熱體的熱端與冷端（即電極）材料相同，熱端發(fā)熱的能量 主要來源于大電流所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化，能耗增加。硼化鋯復(fù)合陶瓷作為發(fā)熱體時(shí)，因其制 作和加工難度較大，特別是制作大尺寸發(fā)熱體難度更大，成本也更高，使其應(yīng)用受到嚴(yán)重制 約。
[0006] 由表1可知：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于電加熱的發(fā)熱體，由兩個(gè)冷段（1)和一個(gè)連接在冷段之間的熱段（2)構(gòu)成， 其特征在于：所述熱段（2)采用比表面積為2-7 m2 /g、真密度為1. 8-2. 67 g/cm3、碳含量為 60-96%的石墨制成，冷段（1)采用二硼化鋯、碳化硅和燒結(jié)助劑燒結(jié)成型，所述二硼化鋯、 碳化硅和燒結(jié)助劑的加入量按重量百分比是：二硼化鋯50-99%、碳化硅0-44%、燒結(jié)助劑 1-6% ;以便在真空條件下提供2000°C以上的高溫，在還原氣氛下提供2500°C的高溫。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述冷段和熱段連接 后呈直線形。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述冷段和熱段連接 后呈U形。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述冷段的截面積大 于熱段。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述冷段和熱段通過 螺紋連接成一體結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述冷段和熱段同徑 連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述冷段和熱段軸向 垂直連接。
8. 如權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述 的熱段為圓柱形或方柱形，冷段為圓柱形、方柱形或棱柱形。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體，其特征在于：所述燒結(jié)助劑為碳粉、 鋯粉、硼粉或碳化硼粉中的一種或者任意混合物。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電加熱的發(fā)熱體的制備工藝，其特征在于：包括以下 步驟： (1) 、取石墨材料作為熱段材料，按照實(shí)際需求加工成圓柱形或方柱形，得到熱段組件， 備用；取硼化鋯復(fù)合陶瓷作為冷段材料按照實(shí)際需求加工成圓柱形、方柱形或棱柱形，得到 冷段組件，備用； (2) 、在熱段組件的兩個(gè)端面上開孔并加工內(nèi)螺紋，在冷段組件的一端端面開孔并加工 與熱段組件相互配合的外螺紋，然后將熱段組件和冷段組件洗凈、晾干，最后組裝得到發(fā)熱 體。
【文檔編號(hào)】C04B35/58GK104302021SQ201410517584
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】周森安, 郭進(jìn)武, 王可, 邵軍, 張國豪 申請(qǐng)人:洛陽市西格馬爐業(yè)有限公司