[发明专利]一种长寿命SiC发热元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发热元件的制备方法，特别涉及一种SiC发热元件的制 备方法。

背景技术

SiC(碳化硅)发热元件，又称硅碳棒，通常由发热部与冷端部两部分组 成(图1)。发热部一般通过SiC重结晶烧结而成，烧结温度通常在2200℃ 左右。气孔率达15～20％，强度为75～100Mpa；电阻率较大，一般为冷端部 的15～20倍。冷端部材料目前主要采用反应烧结渗Si处理，气孔率小于1％， 致密、强度高达250MPa、电阻率小。硅碳棒最佳使用温度一般在800℃～1350 ℃，发热部在高温下，SiC表面与氧气产生氧化反应：2SiC+3O₂→2SiO₂+2CO ↑，SiO₂在SiC颗粒表面生成保护膜，防护SiC的进一步氧化，实现了SiC 陶瓷的高温抗氧化能力。但长时间使用时，一方面，由于发热部含有15～20％ 的气孔率，氧气可以在SiC材料内部自由流通；另一方面，SiO₂的生成虽然 对SiC颗粒有一定的保护作用，但也使局部电阻升高，导致该处局部温度升 高，又使局部氧化加剧，致使SiC棒寿命有限。

改变发热部的高气孔率(20％左右)为0％的致密SiC，使被氧化的面积 大大降低，从而提高寿命。如何获得低成本致密SiC：目前最简单的工业化 方法采用反应烧结渗Si的技术。主要问题在于所得的反应烧结SiC(Si)虽 然致密(0％气孔率)，但是电阻率小，不宜用于发热部。

发明内容

本发明针对传统硅碳棒寿命短的问题，提供了一种长寿命SiC发热元件 的制备方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种长寿命SiC发热元件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)发热部的制备：将下述组分按质量百分比配料：SiC，75～90％； Al₂O₃，1～5％；ZrO₂，1～5％；SiO₂，1～3％；Si，4～10％；C，1～5％；采用挤 压成型工艺制成空心管；80～300℃烘干；氮气保护，1550～1650℃烧成，切 割、检验电阻值后备用；

(2)冷端部的制备：将下述组分按质量百分比配料：SiC，70～90％，Ni， 1～5％；Mo，1～5％；Ti，1～5％；TiC，1～5％；Si，5～10％；C，1～5％；采 用与步骤(1)相同的成型与烧结工艺烧成，切割、检验电阻值后备用；

(3)焊接：发热部的两端焊接上冷端部，完成整体发热元件的制备，其 中发热部与冷端部的电阻比选择在15～20，焊接温度为1500～1600℃。

上述方法中，发热部与冷端部的电阻比最好选择在20。所述检验电阻值 的温度为1100℃。

与现有技术相比，本发明采用致密SiC(Si)材料中添加氧化物陶瓷添加 剂(ZrO₂、SiO₂、Al₂O₃)提高该材料的电阻率，作为硅碳棒的发热部，这种 发热部材料，由于气孔率接近零。空气在材料内部无法通过。只有表面可以 氧化，氧化面积很小，氧化后局部电阻变化很小。从而可大幅提高硅碳棒的 使用寿命。

附图说明

以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是SiC发热元件的结构图。图中：1、发热部；2、冷端部。

图2是本发明工艺流程图。

具体实施方式

参见图2本发明SiC发热元件制备工艺流程图，发热部1和冷端部2都 涉及其中的配料、混匀、成型、烘干、烧成及检验1工序。发热部的具体实 施例如表1所示。冷端部的具体实施例如表2所示。

表1发热部的配方组成及工艺参数

表2冷端部的配方组成及工艺参数

在图2所示的工序中，检验1工序是对烧结好的发热部1或冷端部2的 电阻值(电阻率)的热态检测，检测温度为1100℃。