[發明專利]一種陶瓷加熱器的制造方法

有效

• 申請號: 201410395337.7
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104211404A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 楊飛
• 申請（專利權）人: 楊飛
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;H05B3/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 連平

技術領域

本發明涉及一種陶瓷加熱器的制造方法。

背景技術

目前，市面上出現的加熱器按照材質一般分為金屬材質和陶瓷材質兩大類。金屬材質的加熱器存在的主要問題是厚度大，重量大，絕緣層損壞后有漏電風險，存在安全隱患；陶瓷加熱器存在的主要問題是升溫速度慢，溫度均勻性差，陶瓷材料的強度通常較低，因此不能生產出大尺寸的單塊整體加熱器，只能通過多塊拼接的方法生產，費時費力，而且質量不可靠。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種陶瓷加熱器的制造方法，能制造出尺寸大、重量輕、升溫快、熱均勻性好且絕緣安全的陶瓷加熱器。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種陶瓷加熱器的制造方法，包括以下步驟：

(1)將碳化硅和氧化镥混合放入球磨機，其中碳化硅以及氧化镥的質量分數分別為90～95wt％、5～10wt％，磨球選用直徑為5～15mm的氧化鋁磨球，氧化鋁磨球和物料的質量比為2～4:1；

(2)將有機單體丙烯酰胺和交聯劑亞甲基雙丙烯酰胺溶解于去離子水，其中丙烯酰胺以及亞甲基雙丙烯酰胺的質量分數分別為1～2wt％、2～3wt％，然后用恒溫磁力攪拌器攪拌，攪拌轉速為300～400r/min，攪拌5～6min形成均勻的助劑漿料；

(3)將助劑漿料注入球磨罐并密封后固定在球磨機上，轉速為120～150r/min，球磨時間為4～6h，形成混合漿料，其中，助劑漿料與碳化硅的質量比為1:3～5；

(4)球磨完成后，將混合漿料置于真空度為-10000Pa下除氣10～20min，排除混合漿料中的氣泡；

(5)將除氣后的混合漿料倒出，放入真空烘箱中加熱干燥，初始溫度設為60℃，待混合漿料表面呈干燥狀態后再在100℃下繼續干燥1～3h，烘干后與鎳鉻電熱絲一起放入石墨模具中；

(6)在N₂氣氛保護下，以15～30℃/min的升溫速率加熱至1250℃，加壓25MPa，保溫保壓0.5～3h，熱壓燒結制得陶瓷加熱器。

優選地，本發明所述碳化硅中的α相碳化硅含量為99wt％，氧含量小于1wt％；所述碳化硅的微觀外形為球狀顆粒，d₅₀＝4.5±0.8μm。

優選地，本發明所述氧化镥的純度為99.99％，其微觀外形為不規則的層片狀顆粒。

優選地，本發明所述鎳鉻電熱絲由Cr20Ni80制成。

優選地，本發明所述制造方法包括以下步驟：

(1)將碳化硅和氧化镥混合放入球磨機，其中碳化硅、氧化镥的質量分數分別為92.8wt％、7.2wt％，磨球選用直徑為10mm的氧化鋁磨球，氧化鋁磨球和物料的質量比為3:1；

(2)將有機單體丙烯酰胺和交聯劑亞甲基雙丙烯酰胺溶解于去離子水，其中丙烯酰胺以及亞甲基雙丙烯酰胺的質量分數分別為1.3wt％、2.5wt％，然后用恒溫磁力攪拌器攪拌，攪拌轉速為350r/min，攪拌5～6min形成均勻的助劑漿料；

(3)將助劑漿料注入球磨罐并密封后固定在球磨機上，轉速為135r/min，球磨時間為4.5h，形成混合漿料，其中，助劑漿料與碳化硅的質量比為1:3.5；

(4)球磨完成后，將混合漿料置于真空度為-10000Pa下除氣15min，排除混合漿料中的氣泡；

(5)將除氣后的混合漿料倒出，放入真空烘箱中加熱干燥，初始溫度設為60℃，待混合漿料表面呈干燥狀態后再在100℃下繼續干燥2h，烘干后與鎳鉻電熱絲一起放入石墨模具中；

(6)在N₂氣氛保護下，以20℃/min的升溫速率加熱至1250℃，加壓25MPa，保溫保壓1h，熱壓燒結制得陶瓷加熱器。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)以氧化镥作為添加劑能有效地促進碳化硅的相變，在熱處理溫度為1250℃下保溫2h就能使碳化硅的相變率接近100％，因此本發明中的陶瓷材料的相對密度可達到99.82％，部分達到了完全致密，具有良好的強韌性組合，其中室溫抗彎強度達到1162.9MPa，斷裂韌性達到8.09MPa/m，因此用這種陶瓷材料制成的加熱器的厚度可以薄至3mm，這樣可大大降低加熱器的厚度和重量，同時提升升溫速度，3分鐘內可升至1000℃；

(2)陶瓷基材的高強度保證了這種陶瓷加熱器的單塊尺寸跨度可達800mm，可完全取代傳統大尺寸陶瓷加熱器靠多塊拼接的方法，省時省力，質量可靠，此外，單塊整體式的加熱器可以大量減少線路連接的復雜性，降低了生產成本；