CN100337513C - 红外陶瓷电热基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明红外陶瓷电热基板，为特种陶瓷，也属于新型电热元器件，有外表面的陶瓷绝缘层和中间的陶瓷导电层，经配料、成型和烧成制成，其陶瓷绝缘层和陶瓷导电层为同一配料，配料以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：导电石墨1～20%和碳化硅1～20%。设计巧妙，制备简单易行，良好的外表面陶瓷绝缘层保证了良好的绝缘性能，安全可靠，在电阻发热的同时，还获得了陶瓷本身具有的较强的红外线，大大提高了电热转化率，试验表明，其电热转化率可达99.6%以上。适用于24～380伏的高、中、低各种电压，发热温度为30～500℃，具有广泛的应用领域，可直接制作成加热墙砖、加热地砖等，也可以制作成加热元器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外陶瓷电热基板及其制备方法，为特种陶瓷技术领域，也属于新型电热元器件领域。
背景技术
普通的陶瓷材料本身不具有导电性，为良好的绝缘材料。在很多的情况下，需要利用金属导电材料或金属复合导电材料作为电加热热源来加热陶瓷板材，如利用电阻丝加热瓷砖等，成本高，加热效率低。探索一种电热陶瓷基板是一种创新途径，专利号为02212005.X的红外电热瓷砖提供了一种成功地技术方案，如何调整、改善导电性能和电热转化率是其中的技术关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外陶瓷电热基板，导电性能适宜，且电热转化率高；本发明同时提供了科学合理，简单易行的制备方法。
本发明的所述的红外陶瓷电热基板，有外表面的陶瓷绝缘层和中间的陶瓷导电层，经配料、成型和烧成制成，其陶瓷绝缘层和陶瓷导电层为同一配料，配料以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：导电石墨1～20％和碳化硅1～20％。
还外加有下列重量比例的浆料性能调节添加剂：表面活性剂0.05～4％和悬浮剂0～1％。
其中，表面活性剂为偏硅酸钠、三聚磷酸钠或腐植酸钠中的一种或任意两种或三种的任意比例的组合，优选的状况是偏硅酸钠、三聚磷酸钠和腐植酸钠三者的组合，偏硅酸钠0.5～2％、三聚磷酸钠0.05～0.2％和腐植酸钠0.1～1％；悬浮剂为甲基纤维素钠、木质素或皂土中的一种或任意两种或三种的任意比例的组合。
为了保证导电性能和产品质量，导电石墨采用重量含碳量30～99.99％的石墨粉，最好为过10～600目筛的石墨粉料；碳化硅采用过100～400目筛的碳化硅粉料。
制备方法与通常的墙地砖的相同，陶瓷坯体配料为该行业上的任意坯体配料，日用瓷、卫生瓷、建筑瓷等，墙地砖坯体配料更适宜。
制备工艺采用常规的原料、常规的陶瓷制备工艺即可，包括配料(包括普通陶瓷的坯体配料和多孔陶瓷的坯体配料等)、研磨混合、成型(干法、湿法等)和烧成，研磨后过100～500目即满足要求，成型为基板状时，同成型墙地砖一样，以压制成型更好，在1000～1300℃的温度下烧成得产品。烧成采用隧道窑、辊道窑等，采用辊道窑一次烧成更适宜，同烧成墙地砖一样，速度快，质量好，烧成周期一般为30～200分钟。
采用的综合常规工艺是：将配料在球磨机中混合研磨，添加研磨的性能添加剂，如表面活性剂或称减水剂等，需要时，为了增加泥浆的悬浮性能，可以添加悬浮剂等。混合研磨后，将泥浆经喷雾干燥塔进行喷雾烘干，将喷雾烘干后的料粒用成型压力机压制成型为瓷砖状基板，平板状或异形板等，在辊道窑中一次烧成，由于基板外表面层被很好的氧化，分别生成了陶瓷绝缘层，而中间的陶瓷层由于欠氧化，自然形成了陶瓷导电层，各层的烧成情况可根据需要通过烧成时间来调整，如时间长，表面绝缘层厚。根据本发明的原理，也可以将电热基板制作成其它的形状，或异形产品，或其它形状的其它产品，形成异形电热元器件或产品，如电加热环、筒、管、盆、罐、瓶、壶等。
烧成后的产品，进行边缘切割整理，切割出导电层，在相应的端面上采用喷涂、嵌装或键合等方式设置金属电极，利用金属电极实现连电功能，如金属铜、金属铝等金属电极，由此导电层可以通过电极构成电路，靠电阻产生热能。
按照本发明配料，按照常规墙地砖生产工艺流程生产即可，属于常规技术的部分，不再详细重述。
本发明设计巧妙，制备简单，容易实施，良好的外表面陶瓷绝缘层保证了良好的绝缘性能，安全可靠，在电阻发热的同时，还获得了陶瓷本身具有的较强的红外线，大大提高了电热转化率，试验表明，其电热转化率可达99.6％以上。本发明红外陶瓷电热基板导电性能适宜，适用于24～380伏的高、中、低各种电压，发热温度为30～500℃，具有广泛的应用领域，可直接制作成加热墙砖、加热地砖(如地热采暖等)，也可以制作成加热元器件，应用于适宜的电加热产品上，如应用在家用电器上，有加热理疗器、电暖器、热水器、烤箱等，在工业上，有烘干室、烘干箱等。
附图说明
图1、本发明红外陶瓷电热基板一实施例结构示意图。
图中：1、3、陶瓷绝缘层 2、陶瓷导电层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
表1、试验所用原料化学重量百分组成情况。
| 原料 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3+TiO2 | CaO+MgO | K2O+Na2O | 烧失 |
| 粘土 | 50～70 | 15～45 | ＜5 | ＜5 | ＜12 | ＜20 |
| 长石 | 60～90 | 10～25 | ＜3 | ＜3 | 5～15 | ＜2 |
| 石英 | 95～99.0 | 0～5 | ＜1 | ＜1 | ＜1 | ＜1 |
| 硅灰石或透辉石 | 45～75 | 0～8 | ＜3 | 3～20 | ＜1 | ＜20 |
| 石灰石 | 0～5 | 0～5 | ＜5 | 50～65 | ＜1 | 35～45 |
试验配料重量百分组成情况：
一、普通陶瓷的坯体配料
粘土40～55％、长石40～50％和石英0～20％。
二、多孔陶瓷的坯体配料
粘土40～55％、长石0～10％、石英0～15％、硅灰石或透辉石10～45％、石灰石0～10％。
球磨机湿法研磨混合，研磨后过100～500目筛控制研磨细度，喷雾干燥，湿法成型或干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1000～1300℃，烧成周期30～200分钟。
实施例1
本发明所述的红外陶瓷电热基板，有外表面陶瓷绝缘层1、3和中间的陶瓷导电层2，经配料、成型和烧成制成，坯体配料重量百分组成为：
粘土50％、长石45％和石英5％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过200目筛的含碳量99.5％的导电石墨粉10％，过200目筛的碳化硅粉料8％；
表面活性剂：偏硅酸钠0.8％、三聚磷酸钠0.08％和腐植酸钠0.2％，甲基纤维素钠悬浮剂0.1％。
各配料研磨后过250目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1150±6℃，烧成周期120分钟。
实施例2
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土50％、长石10％、石英10％、透辉石30％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过220目筛的含碳量99％的导电石墨粉15％，过250目筛的碳化硅粉料12％。
表面活性剂：偏硅酸钠1％、三聚磷酸钠0.06％和腐植酸钠0.2％。
各配料研磨后过200目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1120±5℃，烧成周期90分钟。
实施例3
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土50％、长石42％和石英8％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过200目筛的含碳量99％的导电石墨粉14％，过300目筛的碳化硅粉料6％。
表面活性剂：偏硅酸钠0.8％和三聚磷酸钠0.1％。
各配料研磨后过280目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1200±8℃，烧成周期150分钟。
实施例4
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土48％、长石46％和石英6％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过300目筛的含碳量95％的导电石墨粉16％，过300目筛的碳化硅粉料5％。
表面活性剂：偏硅酸钠0.7％、三聚磷酸钠0.09％和腐植酸钠0.6％和0.3％的甲基纤维素钠悬浮剂。
各配料研磨后过230目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1200±7℃，烧成周期160分钟。
实施例5
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土50％、长石50％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过180目筛的含碳量93％的导电石墨粉11％，过200目筛的碳化硅粉料9％。
表面活性剂0.05～4％：偏硅酸钠0.7％和腐植酸钠0.8％。
各配料研磨后过280目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1200±10℃，烧成周期140分钟。
实施例6
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土40％、长石7％、石英10％、硅灰石40％、石灰石3％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过200目筛的含碳量88％的导电石墨粉6％，过220目筛的碳化硅粉料8％。
表面活性剂：三聚磷酸钠0.1％和腐植酸钠0.6％，悬浮剂：甲基纤维素钠0.2％和、木质素0.2％。
各配料研磨后过260目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1100±6℃，烧成周期100分钟。
实施例7
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土45％、长石8％、石英9％、透辉石38％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过500目筛的含碳量70％的导电石墨粉15％，过350目筛的碳化硅粉料10％。
表面活性剂：偏硅酸钠1％、三聚磷酸钠0.12％和腐植酸钠0.3％；悬浮剂：甲基纤维素钠0.2％、木质素0.2％和皂土0.1％。
各配料研磨后过350目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1080±6℃，烧成周期60分钟。
实施例8
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土46％、长石45％和石英9％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过350目筛的含碳量40％的导电石墨粉8％，过250目筛的碳化硅粉料13％。
表面活性剂：偏硅酸钠1.2％和腐植酸钠0.4％；悬浮剂：甲基纤维素钠0.3％和皂土0.1％。
各配料研磨后过300目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1230±5℃，烧成周期110分钟。
实施例9
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土46％、长石7％、石英9％、硅灰石38％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过200目筛的含碳量88％的导电石墨粉6％，过220目筛的碳化硅粉料8％。
表面活性剂：三聚磷酸钠0.1％和腐植酸钠0.6％，悬浮剂：甲基纤维素钠0.4％。
各配料研磨后过260目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1000±6℃，烧成周期105分钟。
实施例10
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土48％、长石46％和石英6％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过300目筛的含碳量95％的导电石墨粉16％，过300目筛的碳化硅粉料5％。
表面活性剂：三聚磷酸钠0.09％和腐植酸钠0.6％和0.5％的木质素悬浮剂。
各配料研磨后过230目筛控制研磨细度，湿法挤压成型。
辊道窑烧成，烧成温度1200±7℃，烧成周期170分钟。
实施例11
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土52％、长石5％、石英8％、透辉石35％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过260目筛的含碳量50％的导电石墨粉15％，过220目筛的碳化硅粉料10％。
表面活性剂：偏硅酸钠1％、三聚磷酸钠0.06％和腐植酸钠0.2％。
各配料研磨后过200目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1130±5℃，烧成周期90分钟。
实施例12
本发明所述的红外陶瓷电热基板，坯体配料重量百分组成为：
粘土55％、长石42％和石英3％。
以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：
过280目筛的含碳量73％的导电石墨粉10％，过220目筛的碳化硅粉料10％；
表面活性剂：偏硅酸钠0.8％、三聚磷酸钠0.06％和腐植酸钠0.2％。
各配料研磨后过280目筛控制研磨细度，喷雾干燥，干法压制成型。
辊道窑一次烧成，烧成温度1180±6℃，烧成周期130分钟。
Claims (10)
1、一种红外陶瓷电热基板，有外表面的陶瓷绝缘层和中间的陶瓷导电层，经配料、成型和烧成制成，其特征在于陶瓷绝缘层和陶瓷导电层为同一配料，其配料以陶瓷坯体配料为基数，外加下列重量比例的添加剂：导电石墨1～20％和碳化硅1～20％。
2、根据权利要求1所述的红外陶瓷电热基板，其特征在于以陶瓷坯体配料为基数，配料中还外加有下列重量比例的浆料性能调节添加剂：表面活性剂0.05～4％和悬浮剂0～1％。
3、根据权利要求2所述的红外陶瓷电热基板，其特征在于表面活性剂为偏硅酸钠、三聚磷酸钠或腐植酸钠中的一种或任意两种或三种的任意比例的组合。
4、根据权利要求3所述的红外陶瓷电热基板，其特征在于以陶瓷坯体配料为基数，外加的表面活性剂为偏硅酸钠、三聚磷酸钠和腐植酸钠三者的混合物，其中，偏硅酸钠0.5～2％、三聚磷酸钠0.05～0.2％和腐植酸钠0.1～1％。
5、根据权利要求2所述的红外陶瓷电热基板，其特征在于悬浮剂为甲基纤维素钠、木质素或皂土中的一种或任意两种或三种的任意比例的组合。
6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的红外陶瓷电热基板，其特征在于导电石墨为重量含碳量30～99.99％的石墨粉。
7、根据权利要求6所述的红外陶瓷电热基板，其特征在于石墨粉为过10～600目筛的石墨粉料。
8、根据权利要求7所述的红外陶瓷电热基板，其特征在于碳化硅为过100～400目筛的碳化硅粉料。
9、根据权利要求1所述的红外陶瓷电热基板的制备方法，经配料、成型和烧成制成，其特征在于陶瓷坯体配料为墙地砖坯体配料。
10、根据权利要求9所述的红外陶瓷电热基板的制备方法，其特征在于成型采用干法压制成型，烧成采用辊道窑一次烧成。
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