[发明专利]一种Si基复合材料发热体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Si基复合材料发热体及其制备方法，该发热体由NiO粉末、铝粉和Si粉制成，其中各组分所占的质量分数分别为：NiO粉末10‑38%、铝粉8‑20%、Si粉42‑80%，三者总和为100%；所述制备方法包括按照各组分的所述质量分数将NiO粉末、铝粉和Si粉进行混合，然后压制成坯料，并在高温下进行燃烧合成‑熔铸反应。本发明的Si基复合材料发热体及其制备方法不仅能够满足小型发热体的电学及结构特性的要求，更能较大程度地简化产品的制备工艺，降低生产成本。

技术领域

本发明属于金属基复合材料和粉末冶金的领域，更具体地，本发明通常涉及一种Si基复合材料发热体及其制备方法。

背景技术

随着高端智能装备的不断发展，小型发热元器件的需求和应用领域不断扩大，目前市场上普遍使用的微小型发热器件主要为PTC电阻与MCH陶瓷材料。虽然一定程度上能满足各类设备的使用需求，然而还是存在着较多问题，比如PTC热敏电阻一致性差、互换性差、元件易老化及稳定性差等，而MCH陶瓷往往制备工艺复杂、成本较高，也存在着产品质量不均匀等问题，这些不足会导致下游设备成本高或者质量不稳定。因此急需开发一种低成本、工艺简单、可靠性高及可控性强的新型发热材料。

金属基复合材料是一种以金属为基体的复合材料，关于金属基复合材料性能的研究主要集中在其力学性能上，而电学特性方面的研究尚未有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对常用PTC电阻与MCH陶瓷发热体产品一致性差、制备工艺复杂等缺点，提供一种金属基发热材料及其制备方法，不仅能够满足小型发热体的电学及结构特性的要求，更能较大程度地简化产品的制备工艺，降低生产成本。

在现有技术的基础上，本专利的发明人经过大量试验非常惊奇地发现，该材料在电学条件下的发热特性很大程度决定于其电阻率，而复合材料体积电阻率的影响因素主要有材料成分、组织结构及致密度等，从而在此基础上完成了本发明。

为了实现上述目的，在一个方面，本发明提供了一种Si基复合材料发热体，该发热体由NiO粉末、铝粉和Si粉制成，其中各组分所占的质量分数分别为：NiO粉末10-38%、铝粉8-20%、Si粉42-80%，三者总和为100%。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述发热体以如下质量分数包括各组分：NiO粉末10%、铝粉8%、Si粉82%，并且其电阻率为0.83Ω·m，拉伸强度为510MPa。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述发热体以如下质量分数包括各组分：NiO粉末18%、铝粉11%、Si粉71%，并且其电阻率为0.67Ω·m，拉伸强度为544MPa。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述发热体以如下质量分数包括各组分：NiO粉末23%、铝粉13%、Si粉64%，并且其电阻率为0.52Ω·m，拉伸强度为610MPa。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述发热体以如下质量分数包括各组分：NiO粉末29%、铝粉17%、Si粉54%，并且其电阻率为0.47Ω·m，拉伸强度为566MPa。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述发热体以如下质量分数包括各组分：NiO粉末38%、铝粉20%、Si粉42%，并且其电阻率为0.20Ω·m，拉伸强度为710MPa。

在另一方面，本发明还提供了一种制备上述Si基复合材料发热体的方法，其包括：按照各组分的所述质量分数将NiO粉末、铝粉和Si粉进行混合，然后压制成坯料，并在高温下进行燃烧合成-熔铸反应，从而得到所述Si基复合材料发热体。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述压制的条件包括：压力为200-400MPa和时间为0.5-2min。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述燃烧合成-熔铸反应的条件包括：真空度高于1×10^-1Pa，温度为700-800℃和时间为60-100min。