CN100536623C - 一种复合高温电发热元件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合高温电发热元件及其制作方法，它是由石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成的电发热元件；在将石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成电发热元件时，将石墨作为基础层，在石墨基础层上先覆盖上碳化硅层，然后再在碳化硅层上覆盖上二硅化钼层。本发明采用高温固相反应扩散的方法将石墨(或改性石墨)、碳化硅、二硅化钼三种材料的逐次逐层连续梯度变化复合而成电发热元件，它从里到外逐次实现石墨、碳化硅、二硅化钼的连续梯度变化，不仅使各种材料间结合良好，同时又充分利用了三种电发热材料的优点。本发明具有成本低、高温蠕变小、高温强度高、并适用于高温氧化性气氛环境的优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种复合高温电发热元件及其制作方法，属于电发热元件技术领域。
背景技术：
目前，现有工业中在1500-1600℃高温氧化性气氛中大量使用的电发热元件主要是二硅化钼材料制作的二硅化钼棒，但二硅化钼棒经济上较昂贵，且存在低温氧化区(400-800℃)和高温下蠕变较大；发热元件会由于自身重量而被拉长拉细的缺点；而碳化硅电发热元件在氧化性气氛中最高使用温度只能到1350℃，高于1350℃碳化硅电发热元件氧化加剧。石墨电发热元件的高温强度较好，电热性能稳定，但却只能在惰性气体或还原性气氛中使用，不能在空气中使用。因此，现有技术中的电发热元件的使用效果还不够理想。
发明内容：
本发明的目的是：提供一种成本较低、高温蠕变较小、高温强度较高、并适用于高温工作环境的复合高温电发热元件及其制作方法，以克服现有技术的不足。
本发明的复合高温电发热元件是这样构成的：它是由石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成的电发热元件，即该电发热元件是由石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成的圆柱棒形、直条式矩形、环形或板式形状的电发热元件。
本发明的复合高温电发热元件的制作方法为：在将石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成电发热元件时，将石墨作为基础层，在石墨基础层上先覆盖上碳化硅层，然后再在碳化硅层上覆盖上二硅化钼层。
将覆盖有碳化硅层的石墨基础层先经1300℃～1600℃的温度烧结0.5～2小时后，再在碳化硅层上覆盖上二硅化钼层，然后将其一起经1800℃～2000℃的温度烧结0.5～2小时。
在石墨基础层上覆盖碳化硅层和在碳化硅层上覆盖二硅化钼层时，碳化硅层和二硅化钼层的粉末粒度为大于或等于300目的粉末状。
在石墨基础层上覆盖碳化硅层时，先将石墨基础层加热至1400～1600℃，然后再将加热后的石墨基础层与含硅气体接触反应，这样即可在石墨基础层上产生碳化硅层，然后用300目或300目以上的二硅化钼粉末喷涂覆盖在碳化硅层上并经1800℃～2000℃的温度烧结0.5～2小时。
石墨可为改性石墨。
由于采用了上述技术方案，本发明采用高温固相反应扩散的方法将石墨(或改性石墨)、碳化硅、二硅化钼三种材料的逐次逐层连续梯度变化复合而成电发热元件。由于这种复合电发热元件在成份和组织上实现了石墨(或改性石墨)、碳化硅、二硅化钼复合的连续梯度变化，从而克服了各种材料间由于膨胀系数的差异而导致的内应力，使不同材料间结合牢固，不易剥落，开裂。本发明的复合电发热元件是从里到外逐次实现石墨(或改性石墨)、碳化硅、二硅化钼的连续梯度变化，不仅使各种材料间结合良好，同时又充分利用了三种电发热材料的优点，从而使这种电发热元件能在1500-1600℃的高温下长时间稳定使用，且其成本大大低于二硅化钼。因此，本发明与现有技术相比，本发明具有成本低、高温蠕变小、高温强度高、并适用于高温氧化性气氛环境的优点。
附图说明：
附图1为本发明复合电发热元件复合制作时的结构示意图；
附图2为本发明的变直径圆柱棒形复合电发热元件在使用时的结构示意图；
附图3为本发明的等直径圆柱棒形复合电发热元件在使用时的结构示意图；
附图4为本发明的U字环形复合电发热元件在使用时的结构示意图。
在附图中：1为石墨基础层、2为碳化硅层、3为二硅化钼层、4为本发明的复合电发热元件在使用时与电源线连接的冷端、5为本发明的复合电发热元件在使用时的加热区。
具体实施方式：
本发明的实施例1：将石墨(或改性石墨)、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成电发热元件时，将石墨(或改性石墨)作为基础层，可将基础层的形状可制作成圆柱棒形、直条式矩形、环形或板式形状，其尺寸大小可根据使用需要确定，然后在石墨(或改性石墨)基础层上覆盖上一层1～5毫米厚的碳化硅层，将覆盖有碳化硅层的石墨基础层先经1300℃～1600℃的温度烧结0.5～2小时后，再在碳化硅层上覆盖上一层1～5毫米厚的二硅化钼层，然后将其一起经1800℃～2000℃的温度烧结0.5～2小时后即成。在石墨基础层上覆盖碳化硅层和在碳化硅层上覆盖二硅化钼层时，其碳化硅层和二硅化钼层的碳化硅和二硅化钼为大于或等于300目的粉末状。
本发明的实施例2：将石墨(或改性石墨)、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成电发热元件时，将石墨(或改性石墨)作为基础层，可将基础层的形状可制作成圆柱棒形、直条式矩形、环形或板式形状，其尺寸大小可根据使用需要确定，在石墨(或改性石墨)基础层上覆盖碳化硅层时，先将石墨(或改性石墨)基础层加热至1400～1600℃，然后再将加热后的石墨基础层与含硅气体接触反应，这样即可在石墨基础层上产生一层1～2毫米厚的碳化硅层，然后用300目或300目以上的二硅化钼粉末喷涂覆盖在该碳化硅层上使之形成一层1～5毫米厚的二硅化钼层，并将其经1800℃～2000℃的温度烧结0.5～2小时后即成。
本发明的实施例3：将石墨(或改性石墨)、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成电发热元件时，将石墨(或改性石墨)作为基础层，可将基础层的形状可制作成圆柱棒形、直条式矩形、环形或板式形状，其尺寸大小可根据使用需要确定，用300目或300目以上的碳化硅粉末在石墨(或改性石墨)基础层上覆盖上一层1～5毫米厚的碳化硅层，然后再在碳化硅层上覆盖上一层1～5毫米厚的用300目或300目以上的用二硅化钼粉末制作的二硅化钼层，经压力成型后，再将其经1800℃～2000℃的温度烧结0.5～2小时即成。
使用本发明时，先将本发明的复合电发热元件按使用要求安装在所需使用的装置上，并按常规方式将与电源线连接的夹具(头)电极连接在本发明的复合电发热元件冷端上后，即可通电使用。
Claims (6)
1.一种复合高温电发热元件，其特征在于：它是由石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成的电发热元件；在将石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成电发热元件时，将石墨作为基础层，在石墨基础层上先覆盖上碳化硅层，然后再在碳化硅层上覆盖上二硅化钼层。
2.根据权利要求1所述的复合高温电发热元件，其特征在于：该电发热元件是由石墨、碳化硅和二硅化钼三种材料复合组成的圆柱棒形、直条式矩形、环形或板式形状的电发热元件。
3.一种复合高温电发热元件的制作方法，其特征在于：将覆盖有碳化硅层的石墨基础层先经1300℃～1600℃的温度烧结0.5～2小时后，再在碳化硅层上覆盖上二硅化钼层，然后将石墨基础层连同碳化硅层和二硅化钼层一起经1800℃～2000℃的温度烧结0.5～2小时。
4.根据权利要求3所述的复合高温电发热元件的制作方法，其特征在于：在石墨基础层上覆盖碳化硅层和在碳化硅层上覆盖二硅化钼层时，碳化硅层和二硅化钼层的粉末粒度为大于或等于300目的粉末状。
5.根据权利要求3所述的复合高温电发热元件的制作方法，其特征在于：在石墨基础层上覆盖碳化硅层时，先将石墨基础层加热至1400～1600℃，然后再将加热后的石墨基础层与含硅气体接触反应，这样即可在石墨基础层上产生碳化硅层，然后用300目或300目以上的二硅化钼粉末喷涂覆盖在碳化硅层上并经1800℃～2000℃的温度烧结0.5～2小时。
6.根据权利要求3-5中之一所述的复合高温电发热元件的制作方法，其特征在于：石墨为改性石墨。
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