CN100484337C - 多层圆形陶瓷陶瓷电热体及制备工艺 - Google Patents

多层圆形陶瓷陶瓷电热体及制备工艺 Download PDF

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Abstract

多层圆形陶瓷电热体,属于实质上由陶瓷组成的层状产品技术领域。所要解决的技术问题是提供一种以硅化钼为发热体的氮化硅陶瓷材料制作的多层圆形陶瓷电热体。解决其技术问题的技术方案包含电阻层、绝缘层、导电层及电极插孔。陶瓷电热体为2-3段,其结构为3-6层。电阻层、绝缘层及导电层的组成成分包含Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2.制备工艺包含制备混合浆、注浆成型、烧结及修整工序。本发明应用于机动车发动机的点火、尾气催化剂的加热,燃气的点火以及各种电器的加热。其有益效果是反应速度快,温度高,达到预期温度的时间短,寿命长,产品成品率高,成本低。

Description

多层圆形陶瓷陶瓷电热体及制备工艺
技术领域
本发明属于实质上由陶瓷组成的层状产品技术领域。
背景技术
已有技术陶瓷电热体为以金属材料或其他导电材料为发热体的陶瓷电热器件,例如实用新型专利申请说明书87215024《以碳纤维作发热体的陶瓷电热电器》,不足之处是反应速度慢,工作温度低,寿命短。
发明内容
所要解决的技术问题是提供一种以硅化钼为发热体的氮化硅陶瓷材料制作的多层圆形陶瓷电热体及其制备工艺。
解决其技术问题的技术方案如下:多层圆形陶瓷电热体,包含电阻层、绝缘层、导电层及电极插孔,可插入电极的电极插孔位于陶瓷电热体底端中央。陶瓷电热体在长度上为2-3段,二段陶瓷电热体的上段为圆柱体下段为圆锥体;三段陶瓷电热体的上段为圆柱体,中段及下段为圆柱体。陶瓷电热体的结构为3-6层,上段圆柱体的第一层为电阻层、第二层为绝缘层,绝缘层的上端中央部位有小孔,第一层的材料与第三层的材料通过第二层绝缘层上端中央小孔连通形成电连接。多层圆形陶瓷电热体的长度为10-200mm,上端直径为1-20mm,末端直径5-40mm。
三层陶瓷电热体的上段为圆柱体,下段为圆锥体,圆锥体的上端直径等于圆柱体直径,下端直径大于圆柱体直径;由外向内依次为电阻层、绝缘层及导电层;绝缘层的上端中央有小孔,电阻层的材料及导电层的材料通过绝缘层的小孔连通形成电连接,导电层的底端中央有电极插孔。电阻层的厚度为0.1-1mm,绝缘层的厚度为0.1-1mm,导电层充满内芯。
四层陶瓷电热体上段为圆柱体,下段为圆锥体,圆锥体上端直径等于圆柱体直径,下端直径大于圆柱体直径;由外向内依次为外电阻层、绝缘层、中电阻层及内电阻层;绝缘层上端中央有小孔,外电阻层材料和中电阻层的材料通过绝缘层的小孔连通形成电连接,电极插孔位于内电阻层底端的中央。外电阻层的厚度为0.1-1mm,绝缘层的厚度为0.1-1mm,中电阻层的上段充满电热体的上段内芯,中电阻层的下段厚度为0.1-3mm,内电阻层充满下段内芯。
五层陶瓷电热体为三段圆柱体,中段圆柱体直径大于上段直径,下段直径大于中段直径;由外向内依次为外导电层、外电阻层、绝缘层、内电阻层及内导电层,外导电层位于中段圆柱体之外其高度等于中段圆柱体的高度;绝缘层的上端中央有小孔,外电阻层的材料与内电阻层的材料通过绝缘层上端的小孔连通形成电连接,电极插孔位于内导电层底端中央。外导电层的厚度为0.1-1.5mm,外电阻层的厚度为0.1-1mm,绝缘层的厚度为0.1-1mm,内电阻层的厚度为0.1-3mm,内导电层充满中段及下段内芯。
六层陶瓷电热体为三段圆柱体,中段直径大于上段直径,下段直径大于中段直径;由外向内依次为外绝缘层、外导电层、外电阻层、内绝缘层、内电阻层及内导电层,外导电层位于中段圆柱体之外其高度等于中段圆柱体高度,外绝缘层位于外导电层之外其高度小于外导电层高度;内绝缘层上端中央有小孔,外电阻层的材料与内电阻层的材料通过绝缘层上端的小孔连通形成电连接,电极插孔位于内导电层底端中央。外绝缘层的厚度为0.1-0.5mm,外导电层的厚度为0.1-0.5mm,外电阻层的厚度为0.1-1mm,内绝缘层的厚度为0.1-1mm,内电阻层的上段充满上段内芯其中段及下段的厚度为0.1-3mm,内导电层充满中段及下段内芯。
电阻层、绝缘层及导电层的组成成分包含Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2四种成分;Si3N4作用为形成网状组织结构,Al2O3及Y2O3作用为调节网状组织,MoSi2作用为形成导电发热材料。以上四种成分加水形成混合浆,
导电层混合浆的重量配比如下:
Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=(550-650)∶(50-70)∶(60-80)∶(800-2800)
以上四种组成成分的总和重量∶水重=1∶(1-4);
电阻层混合浆的重量配比如下:
Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=(550-650):(50-70):(60-80):(570-790)
以上四种组成成分的总和重量∶水重=1∶(1-4);
绝缘层混合浆的重量配比如下:
Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=(550-650)∶(50-70):(60-80)∶(10-560)
以上四种组成成分的总和重量∶水重=1∶(1-4)。
使用陶瓷电热体时,将陶瓷电热体插入安装座中,并使上段圆柱体的端部位于工作位置。在陶瓷电热体的最外层的导电层或电阻层与内芯中央电极之间加上交流或直流电压,电流即通过导电层及电阻层,在电阻层上产生14000c以上的高温,所需时间不超过2秒。
多层圆形陶瓷电热体的制备工艺包含如下工序:
a.制备混合浆:
将Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2粉末,按照重量配比加水混合搅拌均匀,形成三种混合浆,分别装入各自的容器中;
b.注浆成型
将两端开口的成型模装于注浆机上,按照陶瓷电热体的层数分次注浆。当混合浆通过成型模时,混合浆中的质点就沉积在成型模表面形成沉积层。三层陶瓷电热体共注浆三次,四层陶瓷电热体共注浆四次,五层陶瓷电热体共注浆五次,六层陶瓷电热体共注浆六次。沉积层的厚度与混合浆的粘度、混合浆的流量及注浆时间有关,如果混合浆粘度及流量保持为定值,不同的注浆时间可得不同的沉积层厚度,例如,调定混合浆粘度为30mPaS、流量为1ml/S,当注浆时间为0.1-3S时,沉积层的厚度即为0.1-3mm。
三层陶瓷电热体,第一次注电阻层混合浆形成电阻层,第二次注绝缘层混合浆形成绝缘层,第三次注导电层混合浆至充满内芯为止形成导电层。
四层陶瓷电热体,第一次注电阻层混合浆形成外电阻层,第二次注绝缘层混合浆形成绝缘层,第三次注电阻层混合浆形成中电阻层,第四次注电阻层混合浆至充满内芯为止形成内电阻层。
五层陶瓷电热体,第一次注导电层混合浆形成外导电层,第二次注电阻层混合浆形成外电阻层,第三次注绝缘层混合浆形成绝缘层,第四次注电阻层混合浆形成内电阻层,第五次注导电层混合浆至充满内芯为止形成内导电层。
六层陶瓷电热体,第一次注绝缘层混合浆形成外绝缘层,第二次注导电层混合浆形成外导电层,第三次注电阻层混合浆形成外电阻层,第四次注绝缘层混合浆形成内绝缘层,第五次注电阻层混合浆形成内电阻层,第六次注导电层混合浆至充满内芯为止形成内导电层。
c.烧结
将已干燥失水的陶瓷电热体坯体从成型模中取出装入烧结模,将烧结模连同陶瓷电热体坯体装入烧结炉中,在温度14000c、压力2000-5000kPa条件下,烧结7-12小时。
d.修整:将陶瓷电热体坯体从烧结模中取出修整,并制作电极插孔。
有益效果:本发明应用于机动车发动机的点火、尾气催化剂的加热,燃气点火以及各种电器的加热。其有益效果是反应速度快,温度高,达到预期温度的时间短,使用寿命长,制作工艺的成品率高,制造成本低。
附图说明
图1为三层陶瓷电热体结构图,1为电阻层,2为绝缘层,3为导电层,4为电极插孔,5为小孔。图2为四层陶瓷电热体结构图,6为外电阻层,7为绝缘层,8为中电阻层,9为内电阻层。图3为五层陶瓷电热体结构图,10为外导电层,11为外电阻层,12为绝缘层,13为内电阻层,14为内导电层。图4为六层陶瓷电热体结构图,15为外绝缘层,16为外导电层,17为外电阻层,18为内绝缘层,19为内电阻层,20为内导电层。
具体实施方式
三层陶瓷电热体电阻层、绝缘层、导电层混合浆重量配比实施例如下:
实施例1:电阻层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶658
                      以上四种成分总重∶水重=1∶1.7
绝缘层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶399
                      以上四种成分总重∶水重=1∶1.6
导电层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶978
                      以上四种成分总重∶水重=1∶1.4
实施例2:电阻层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶672
                      以上四种成分总重∶水重=1∶1.7
绝缘层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶399
             以上四种成分总重∶水重=1∶1.6
导电层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶1464
             以上四种成分总重∶水重=1∶2.5
实施例3:电阻层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶658
             以上四种成分总重∶水重=1∶1.6
绝缘层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶212
             以上四种成分总重∶水重=1∶1.6
导电层混合浆:Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=603∶61∶76∶1464
             以上四种成分总重∶水重=1∶2.5

Claims (5)

1.多层圆形陶瓷电热体,其特征在于包含电阻层(1)、绝缘层(2)、导电层(3)及电极插孔(4);供插入电极的电极插孔(4)位于陶瓷电热体底端中央;陶瓷电热体为2-3段,二段陶瓷电热体的上段为圆柱体下段为圆锥体,三段陶瓷电热体上段为圆柱体、中段及下段为圆柱体;陶瓷电热体的结构为3-6层,上段圆柱体由外向内第一层为电阻层(1)、第二层为绝缘层(2),绝缘层(2)的上端中央部位有小孔(5),第一层的材料与第三层的材料通过第二层绝缘层上端中央小孔(5)连通形成电连接;
电阻层、绝缘层及导电层的组成成分包含Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2四种成分,以上四种成分加水形成混合浆;
导电层混合浆的重量配比如下:
Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=(550-650):(50-70):(60-80):(800-2800),以上四种成分的总和重量:水重=1:(1-4);
电阻层混合浆的重量配比如下:
Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=(550-650):(50-70):(60-80):(570-790),以上四种成分的总和重量:水重=1:(1-4);
绝缘层混合浆的重量配比如下:
Si3N4:Al2O3:Y2O3:MoSi2=(550-650):(50-70):(60-80):(10-560),以上四种成分的总和重量:水重=1:(1-4)。
2.按照权利要求1所述的多层圆形陶瓷电热体,其特征在于为三层陶瓷电热体,上段为圆柱体下段为圆锥体,圆锥体上端直径等于圆柱体直径,下端直径大于圆柱体直径;由外向内依次为电阻层(1)、绝缘层(2)及导电层(3),导电层(3)充满内芯;绝缘层(2)的上端中央有小孔(5),电阻层(1)的材料及导电层(3)的材料通过绝缘层(2)的小孔(5)连通形成电连接,导电层(3)底端中央有电极插孔(4)。
3.按照权利要求1所述的多层圆形陶瓷电热体,其特征在于为四层陶瓷电热体,上段为圆柱体下段为圆锥体,圆锥体的上端直径等于圆柱体直径,下端直径大于圆柱体直径;由外向内依次为外电阻层(6)、绝缘层(7)、中电阻层(8)及内电阻层(9),内电阻层(9)充满内芯;绝缘层(7)的上端中央有小孔(5),外电阻层(6)的材料和中电阻层(8)的材料通过绝缘层(7)的小孔(5)连通形成电连接,电极插孔(4)位于内电阻层(9)底端的中央。
4.按照权利要求1所述的多层圆形陶瓷电热体,其特征在于为五层陶瓷电热体,五层陶瓷电热体为三段圆柱体,中段圆柱体直径大于上段直径,下段直径大于中段直径;由外向内依次为外导电层(10)、外电阻层(11)、绝缘层(12)、内电阻层(13)及内导电层(14),内导电层(14)充满内芯;外导电层(10)高度等于中段圆柱体高度;绝缘层(12)上端中央有小孔(5),外电阻层(11)的材料与内电阻层(13)的材料通过小孔(5)连通形成电连接,电极插孔(4)位于内导电层(14)底端中央。
5.按照权利要求1所述的多层圆形陶瓷电热体,其特征在于为六层陶瓷电热体;六层陶瓷电热体为三段圆柱体,中段直径大于上段直径,下段直径大于中段直径;由外向内依次为外绝缘层(15)、外导电层(16)、外电阻层(17)、内绝缘层(18)、内电阻层(19)及内导电层(20),内导电层(20)充满内芯;外导电层(16)位于中段圆柱体之外,高度等于中段圆柱体高度,外绝缘层(15)位于外导电层(16)之外其高度小于外导电层(16)高度;内绝缘层(18)的上端中央有小孔(5),外电阻层(17)的材料与内电阻层(19)的材料通过绝缘层(18)上端小孔(5)连通形成电连接,电极插孔(4)位于内导电层(20)底端的中央。
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