[发明专利]防结垢氮化硅陶瓷电热板及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及加热水的电热元件制作技术领域，尤其指一种用于制取热水或饮用开水的防结垢氮化硅陶瓷电热板及制作方法。

背景技术

现代家用电器中烧热水的发热部件，早期是用电热丝管加热，例如烧开水的电热荼壶、直接插入到暖水瓶中烧水的“热得快”、电热淋浴贮水桶等。后来采用电热膜加热器，如电暖锅、电热保温桶等。近年来大都采用电热陶瓷板加热，如电热淋浴器、即热式水龙头、即热式饮水机等。但消费者在实际使用中发现，这类电热板由于基体采用陶瓷板制成，并且要在瞬间达到高温，尤其是一种即热式饮水机，需要在几秒钟内将水烧开，所以加热板的功率都设计得比较大，因而必然在安全防护、机械强度等方面存在一定难度。近年来市场上的一些即热式饮水机，其电热陶瓷板安全隐患确实较多，如漏电、导线接头脱焊、电热丝断裂、电热板表面易结垢使传热效果降低等等。当然近年来有不少这方面的专利都试图解决这些问题。例如专利号为200910048864.X《氮化硅发热体及其制作方法》，该发明专利在基体制作和原料配方上确有较大的先进性。但经本申请人考察，发现该产品在防止电极与导线的连接处脱焊、电热板表面防结垢方面都存在一些缺陷；另外在原料粉体制备过程中用蒸馏水代替无水乙醇显然易造成烧结时产生汽泡，基体成品中有可能产生气孔，影响基体材质的紧密度。此外氮化硅发热体的钨丝直接引出作电极，钨丝的露出部分易在高温烧结时被氧化，影响焊接质量，或许会产生导电性能不佳或容易断裂。因此有必要对此类陶瓷电热板在原料配方、基体结构、加工工艺上作一番改进。

发明内容

本发明的目的是：为克服上述发热元件存在的缺陷，对氮化硅陶瓷电热板在原料配方、基体结构，加工工艺上进行改进，改善和提高氮化硅陶瓷电热板的导热性、机械强度、安全性能及防结垢功能。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：防结垢氮化硅陶瓷电热板，包括基体、嵌入在基体内部的螺旋状发热钨丝、钼丝电极、高保护性能的绝缘热缩管、耐高温导线连接组成，所述基体由阿尔法相为93以上的氮化硅粉93％～96％质量、氧化钇粉2％～3％质量、氧化镁粉2％～4％质量，经等静压处理后的粉料烧结而成，其平面形状为一端成“凹”字的矩形，在“凹”字的两个突出部位分别设有与导线连接的钼丝电极；所述钨丝卷成螺旋线并迥旋嵌入在基体内部，所述钼丝电极里段插入钨丝螺旋线内，钼丝电极外端与导线焊接牢固，并在焊接处外围套有绝缘热缩管密封保护(见图1)。

防结垢氮化硅陶瓷电热板的制作方法和步骤如下：

A、基体制作

1)粉料制备：将干燥硅粉放入氮化炉中并充入一定量的氩气200～300L/h，氮气600～1000L/h，氢气100～150mL/min，升温至1200～1300℃，烧结48小时后得到阿尔法相为93以上的氮化硅粉，而后将氮化硅粉93％～96％质量、氧化钇粉2％～3％质量、氧化镁粉2％～4％质量混合后放入镶装有氮化硅内衬层的球磨桶中，加入适量工业用无水乙醇作调和剂，用氮化硅磨球对粉料进行磨制，30小时后倒入容器并放入烘箱烘干后过筛，再用等静压机保压，而后再过筛后成40目颗粒状粉料备用。

2)干压成型：取相当于素坯质量二分之一的粉料，倒入模具中刮平，然后将引出段插有钼丝电极的螺旋线钨丝嵌入，再加入另外二分之一质量的粉料，刮平后将上压头放入素坯模中，用50t压机将粉料压制成密度为1.65g/cm3的氮化硅素坯。

3)素坯烧结：将素坯放入定制的石墨模具中，并将多个石墨模具组成叠层，然后将多个叠层放在一起，放入真空热压烧结炉中，经加热加压烧结——从室温开始升温，在50分钟内加热至1000℃，然后用液压机对素坯施加5t压力，再在30分钟内加热至1600℃，然后再加压至30t压力，再在30分钟内升温至1800℃，维持30t压力不变，保温30分钟，在烧结同时应对炉内保持一定的真空度，并当温度升至1200℃后开始充氮气保护，直至烧结完成，待炉温冷却降至室温后将基体逐个取出。

B、机械加工

1)磨光：将烧结成型后的基体放在平面磨床上进行两面及侧边磨光，表面粗糙度应达到0.1～0.2μm，其作用是防止表面结垢，提高基体的传热效率和使用时出水的清洁度。

2)焊接：将耐高温导线头部与基体上的钼丝电极引出线焊接牢固。

3)密封：在导线与钼丝电极引出线焊接处套上受热后收缩的塑料管即热缩管密封保护。

所述钼丝电极与导线焊接的外段直径大于插入至螺旋线钨丝内的连接段直径(见图2、图3)，以提高钼丝电极的导电性能及与导线焊接的强度。