[发明专利]超大功率密度高效能电加热陶瓷发热体

说明书

技术领域

本发明涉及一种电发热体，尤其涉及一种超大功率密度高效能电加热陶瓷发热体。

一种功率密度最高可达120W/cm²的电发热体，该发热体以高导热陶瓷为基材，采用钨、钼、钨钼合金或石墨做导电发热材料，具有超大功率密度、优良的抗热震性能、极高的工作温度、很好的化学稳定性、环境友好等优点。

背景技术

自从人类发明并掌握了电力的应用，电发热技术就一路伴随人类文明的进步不断发展，与人们的生活息息相关。但是，在电发热材料方面长久以来一直是电热合金牢牢地占据着霸主地位，迄今为止铁铬铝、镍铬是最常用的电热合金。尽管曾有过许多电发热材料昙花一现地展现出它们的迷人之处，可迄今为止电热丝仍以其技术成熟、性能稳定、规模成本低……等优点，牢牢地占据着霸主地位。

铁铬铝和镍铬电热合金最大的弱点是抗氧化能量很弱，尤其是高温抗氧化能力特别弱，在一些强氧化环境中使用，必须添加防护措施；电热合金的电热转换效率普遍较低，通常在85～87％之间，最高也仅能达到93％左右；到目前为止，电热合金的应用主要以电热丝为主——即线发热，热量向外扩散受到严重阻碍，热传导损失很大：一方面浪费了热能量，另一方面使得电热丝本身的温度更高，加剧了电热丝的氧化和衰退。

本发明的高效能电加热陶瓷发热体将电热丝的线发热改为体发热，大幅度提升了功率密度；最高工作温度可达2,200℃；抗热震性能良好，可耐1,000℃热冲击；具有良好的化学稳定性，耐强酸强碱腐蚀。

发明内容

本发明采用氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、赛隆陶瓷(SiAlON)……等高导热陶瓷做基质，内部复合钨、钼、石墨……高温电热材料，利用钼金属作为电极引线，制作成为超大功率密度高效能电加热陶瓷发热体。

钨和石墨在无氧条件下可以稳定工作在2,000℃以上的高温，钼电极最高工作温度可达2,500℃，采用氮化环境或无氧环境高温、高压烧结，可以使得陶瓷发热体内部的电热材料处于真空或无氧条件，从而保证电热材料稳定工作；高导热陶瓷的最大特点是导热性能非常好，其导热系数至少在30W/m·k以上，最高可达260W/m·k，保证电热材料所产生的热量可以迅速传导到发热体的外表面，实现最大功率密度120W/cm²的超大功率密度，同时具有良好的抗热震性能——可耐1,000℃热冲击。

为了加大发热体向外散热面积，产品的形状以矩形扁平状(平板)为佳；除特殊要求外，尽量避免圆柱体或球体的结构。

附图说明

图1：内部结构示意图

图2：电极及外观示意图

具体实施方式

实施例一：

以氧化铝陶瓷做基材。采用干压或挤压成型工艺，先按成品厚度的一半成型载体，在成型的载体上刻槽嵌入钨丝或丝印掺杂石墨发热体，再干压或挤压成型另一半载体，将发热体内嵌在载体的中间，在热等静压烧成炉中进行烧结。

氧化铝陶瓷配方：煅烧Al₂O₃，93.5％；SiO₂，1.28％；CaCO₃，3.25％；1#苏州土，1.29％。

粉体颗粒大于60μm、介于60～200目之间可获最大自由流动效果，取得最好压力成型效果。

实施例二：

以氮化硅陶瓷做基材。采用干压或挤压成型工艺，先按成品厚度的一半成型载体，在成型的载体上刻槽嵌入钨丝，再干压或挤压成型另一半载体，将发热体内嵌在载体的中间，在热等静压烧成炉中进行烧结。

氮化硅陶瓷配方：Si₃N₄，94％；Al₂O₃，1.5％；Y₂O₃，3.5％；La₂O₃，1％。

粉体颗粒大于60μm、介于60～200目之间可获最大自由流动效果，取得最好压力成型效果。

实施例三：

以氮化铝陶瓷做基材。采用干压或挤压成型工艺，先按成品厚度的一半成型载体，在成型的载体上刻槽嵌入钨丝，再干压或挤压成型另一半载体，将发热体内嵌在载体的中间，在热等静压烧成炉中进行烧结。