CN103731940A - 微晶发热体和金属微晶发热体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微晶发热体，它包括多相复合陶瓷和电热元件，所述多相复合陶瓷由微晶玻璃与氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷组成，并在900℃--1450℃的环境中通过烧结紧密结合在一起。本发明还提供了一种金属微晶发热体，它包括金属壳、多相复合陶瓷和电热元件，所述多相复合陶瓷由微晶玻璃与氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷组成，所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷与所述电热元件、所述微晶玻璃的基础玻璃颗粒和所述金属壳一起在900℃--1450℃的环境中通过烧结紧密结合在一起，组合成为层状结构。本发明作为散热元件的金属壳和多相复合陶瓷之间、多相复合陶瓷和电热元件之间的结合强度高，耐热冲击性能强，提高了安全性、加热面均匀、热惯性小、热效率高。

Description

微晶发热体和金属微晶发热体

技术领域

本发明涉及电换热器领域。

背景技术

现有的电换热器主要有管状电换热器和片状电换热器，换热工作面大多采用铝及铝合金、铜、不锈钢等金属，有的管状电换热器采用铸铝扩大换热面积，也有的电换热器利用导热系数大的石墨扩大换热面积，达到增大换热效率的目的。

现有中低温电换热器领域的电换热器存在以下缺点，电热管式加换器加热面积较小，面加热不均匀，局部易过热，液体换热极易结水垢，且体积大，热惯性大，温度感应元件反应速度相对较慢，效率相对较低，由于热量过于集中寿命短。

现有片状电换热器存在抗热震性差、制造工艺复杂、成本高等不足。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种抗热震性能好、加热快、加热面均匀、功率体积比大且更容易制造的微晶发热体。为此，本发明采用以下技术方案：它包括多相复合陶瓷和电热元件，所述多相复合陶瓷由微晶玻璃与氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷组成；所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以颗粒、晶须、纤维、片、丝、网和编织物中的二种或二种以上的形态与所述电热元件和所述微晶玻璃的基础玻璃颗粒一起在900℃-1450℃的环境中通过烧结紧密结合在一起，所述多相复合陶瓷的组织中按重量百分比计所述微晶玻璃的含量为51%-98%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为2%-49%，所述多相复合陶瓷的组织中按体积百分比计玻璃相的含量小于等于15%。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还采取了如下技术措施：

所述的微晶发热体，其特征在于所述多相复合陶瓷为层状结构。

所述层状结构由多层基体层和1层或多层界面层组成，所述基体层厚度为0.02-1.5mm,所述界面层厚度小于等于0.05 mm；所述基体层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数比相邻所述界面层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数大5%以上。

所述层状结构的内和/或外边缘的部分或全部结合有边框，所述边框为单层或多层边框，所述多层边框的叠层方向与所述层状结构的叠层方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，制成所述边框的材料为金属和/或多相复合陶瓷。

所述烧结为压力烧结，所述压力烧结的压力范围为0.1MPa-10 MPa。

为更有效的适应各种加热环境，本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种金属微晶发热体。为此，本发明采用以下技术方案：它包括金属壳、多相复合陶瓷和电热元件，所述多相复合陶瓷由微晶玻璃与氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷组成，所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以颗粒、晶须、纤维、片、丝、网和编织物中的二种或二种以上的形态与所述电热元件、所述微晶玻璃的基础玻璃颗粒和所述金属壳一起在900℃-1450℃的环境中通过烧结紧密结合在一起，组合成为由所述金属壳和多层多相复合陶瓷组成的层状结构，电热元件处在层状结构之中，所述层状结构区域整体的直径或宽度与厚度比大于等于10，层状结构的多相复合陶瓷的总厚度为0.2mm-5mm，在20℃-300℃的范围内所述多相复合陶瓷和所述金属壳之间的热膨胀系数差值与所述金属壳热膨胀系数值之比小于等于17%，所述多相复合陶瓷的组织中按重量百分比计所述微晶玻璃的含量为51%-98%；所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为2%-49%；所述多相复合陶瓷的组织中按体积百分比计玻璃相的含量小于15%。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还采取了如下技术措施：

所述层状结构由多层基体层和多层界面层复合叠放组成，所述基体层厚度为0.02-1.5mm,所述界面层厚度小于等于0.05mm；所述基体层包括金属构成的基体层和/或多相复合陶瓷构成的基体层，所述界面层的材料为多相复合陶瓷；所述多相复合陶瓷构成的基体层的组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数比相邻所述界面层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数大5%以上。

所述层状结构中的部分或所有多相复合陶瓷层的内和/或外边缘的部分或全部结合有边框，所述边框为单层或多层边框，所述多层边框的叠层方向与所述层状结构的叠层方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，所述边框包括金属构成的边框和/或多相复合陶瓷构成的边框。

所述多相复合陶瓷构成的边框的组织中按重量百分比计微晶玻璃的含量为60%--95%、氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为5%-40%。

所述烧结为压力烧结，所述压力烧结的压力范围为0.1MPa-10 MPa。

所述压力烧结的形式可为热等静压烧结或机械方式施压的热压烧结。

本发明所述的氧化物陶瓷可为氧化铝和/或氧化锆和/或二氧化硅，或其它属于氧化物陶瓷的材料。本发明所述的非氧化物陶瓷可为碳化物（如碳化硅）和/或氮化物（如氮化硅）和/或赛隆陶瓷和/或硅化物和/或硼化物陶瓷，或其它属于非氧化物陶瓷的材料。

本发明所述多相复合陶瓷为带有边框的层状结构，较采用单一形式的层状结构在性能上有了改正，设有边框的层状结构多相复合陶瓷根据所述电热元件各个方向、分区域对性能要求的不同，在叠层方向、各层材料成分、各层组合上实际采用了二种或二种以上不同的结构形式。

本发明将所述金属壳、多相复合陶瓷组合成为带边框的层状结构的发热体，电热元件处在层状结构之中，这实际上类似于三维编织复合材料，使本发明具有更好的综合性能，多相复合陶瓷与金属壳和电热元件之间有更佳的匹配性能，制作工艺得到了优化，各种性能得到了保证。

本发明所述金属壳的材料可为奥氏体·铁素体型双相不锈钢或钛或钛合金。

本发明所述金属壳采用的奥氏体·铁素体型不锈钢又称双相不锈钢（Duplex Stainless Steel），具有优良的耐腐蚀性能。目前食品行业作为散热元件普遍使用的304不锈钢板的点腐蚀指数(PREN)为18，而属低端双相不锈钢的2304奥氏体·铁素体型不锈钢的点腐蚀指数(PREN) ≥24，耐腐蚀性能有了显著提高，尤其是加热状态下的耐腐蚀性能优良。所述不锈钢的点腐蚀指数PREN=%铬（Cr）+3.3%×钼（Mo）+20×%氮（N），是表示不锈钢耐点蚀性能的一个重要指标。

本发明所采用奥氏体·铁素体型不锈钢的基体兼有奥氏体和铁素体二相组织（其中较少相的含量一般大于15%），是一类可通过冷加工使其强化的不锈钢，是集优良的耐腐蚀、高强度和易于加工制造等诸多优异性能于一身的钢种。它们的物理性能介于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢之间。它们的热膨胀系数相对奥氏体不锈钢较小，但一般大于铁素体不锈钢。本发明的奥氏体·铁素体型不锈钢与层状多相复合陶瓷、电热元件具有相匹配的热膨胀系数，结合强度高，抗热震性能大大提高。

本发明由于采用了耐腐蚀性能强的奥氏体·铁素体型不锈钢，大大提高了在加热状态下的耐腐蚀性能，对于提高加热食品的安全卫生要求有重大意义，且奥氏体·铁素体型不锈钢与层状多相复合陶瓷、电热元件具有相匹配的热膨胀系数，使本发明的金属微晶发热体结合强度高，抗热震性能大大提高。

作为优选，本发明所述金属壳采用的奥氏体·铁素体型不锈钢的型号为SAF2205双相不锈钢。

本发明作为散热元件的金属壳也可采用钛板或钛合金板，所述钛板和钛合金板是一种优良的耐腐蚀金属。

本发明所述的金属壳可由一种金属制成，也可由两种或两种以上不同热膨胀系数的金属组成。

为降低成本，所述作为散热元件的金属壳也可采用金属复合板。所述金属复合板为两种不同的金属板上下平面叠放通过焊接而成的复合材料。

本发明所述作为散热元件的金属壳带有翻边，所述翻边可以是所述边框或所述边框是所述翻边。

本发明所述作为散热元件的金属壳部分或全部包覆所述多相复合陶瓷。

本发明所述作为散热元件的金属壳有单个或多个散热工作面。所述金属壳的表面形状可以是平面、曲面等，外形可以是方形、圆形、管状及其它立体形状等。

本发明所述的多相复合陶瓷可嵌有温度控制元件和/或温度感应元件，所述温度控制元件与所述电热元件直接连接，所述温度感应元件与所述电热元件绝缘。

作为优选，本发明所述的电热元件采用电热合金箔片或电热合金丝，它是一种传统的电热材料，具有韧性好，耐热冲击能力强，成本低的优点，在传统的电热器件中有广泛的应用。本发明优选的电热合金箔片的厚度小于0.05mm。

本发明所述的电热元件也可采用电热金属粉末或石墨与微晶玻璃颗粒一起以导电油墨或电阻浆料形式采用丝网印刷工艺成型通过烧结而制成的电热材料，具有布线能根据需要设计布置的优点，满足各种使用要求。

本发明通过烧结使金属壳与多相复合陶瓷之间、电热元件与多相复合陶瓷之间形成了化学和/或物理的结合，结合的方式有元素或分子相互扩散和/或机械锁合和/或化学键结合，提高了本发明两种材料间的界面结合强度。

由于在性能、材料成分上采用连续过渡的技术工艺极为复杂，本发明采用了各个方向、各分区域的层状结构过渡，满足了发热片的技术要求，同时由于本发明采用了带边框的层状结构，在制造上简化了工艺，提高了产品制造合格率，降低了成本，具有较高的性价比。

层状结构复合陶瓷主要有强弱相间、强强相间、梯度分布三种层状结构类型，所谓强弱相间即采用基体层与界面层相间叠放，基体层相对较硬（强）、较厚，而界面层相对较软（弱）、较薄；强强相间则采用不同材料基体层相间叠放，没有界面层；而梯度分布即表示某些性能沿叠层一个方向逐渐递增或递减。本发明所述带边框的层状结构多相复合陶瓷则综合运用了上述三种层状结构类型，既有强弱相间又有强强相间层状结构类型，同时，沿叠层的一个方向，结合温度梯度变化，各层的热膨胀系数和弹性模量的变化控制在一定的范围内，而且在层状结构的边缘加有边框，降低了层状结构边缘容易因变形产生破坏的可能性。

多相复合陶瓷（multiphase composite ceramics）是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型复合材料。也是一种可设计的非均质材料。

微晶玻璃（glass-ceramic）又称玻璃陶瓷、微晶陶瓷，是将基础玻璃在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及残余玻璃相的多晶固体材料。是一种不同于玻璃、陶瓷的新型多相材料，具有根据需要设计的优良性能。

由两种或两种以上物相所组成的材料就是多相材料，这里所指的物相有广泛的含义，它们可以是同类的，也可以是不同类的。

本发明所述多相复合陶瓷是以微晶玻璃为基体，加入各种氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷等增强体复合而成的。本发明所述多相复合陶瓷为含有大量微晶相、残余玻璃相及多种陶瓷晶体的多晶固体材料。

本发明为提高各种性能，所述多相复合陶瓷加有多种氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷成分，陶瓷一般具有脆性，为此，本发明对所述多相复合陶瓷采用了如下综合增强、增韧措施以提高耐热冲击性能：利用压力烧结提高材料致密性，尽量消除多相复合陶瓷体中的裂纹缺陷；在多相复合陶瓷中加入如颗粒（纳米颗粒和/或微米颗粒）、晶须、纤维、丝、片、网和/或编织物等增强体；采用了颗粒弥散增韧和/或晶须增韧和/或纤维增韧等强韧化方式；采用带边框的层状结构设计；采用了基体层和界面层复合叠放的层状结构；将金属壳与多相复合陶瓷之间的热膨胀系数差值百分比控制在17%以内。在主要采取了上述措施后，本发明所述作为散热元件的金属壳与多相复合陶瓷之间、电热元件与多相复合陶瓷之间的结合强度高，耐热冲击性能强。

本发明采用在压力状态下烧结，一般采用的压力可为0.1MPa--10 MPa，对于本发明来说，在设备条件允许的情况下，压力高能降低烧结温度，也能提高产品质量和合格率，但过高的压力，在经济上并不合理。作为优选，本发明采用在压力2.0 MPa--6.0 MPa的状态下烧结，能较常压状态下烧结降低制造过程的能源消耗30%以上，降低了生产成本，节能减排。本发明采用的压力烧结形式可为热等静压烧结或机械加压烧结。

本发明构成的层状多相复合陶瓷的各层间热膨胀系数相匹配，同时与作为散热元件的金属壳、电热元件具有相匹配的热膨胀系数。

作为优选，本发明在20℃-300℃的范围内所述多相复合陶瓷和所述金属壳之间的热膨胀系数差值与所述金属壳热膨胀系数值之比小于等于6%，使本发明具有较强的耐热冲击性能，达到的抗热震性指标为：450℃（空气）-20℃（水）-450℃（空气），100次急冷急热循环。使本发明具有了较高的实用价值。

本发明所述的多相复合陶瓷具有根据需要设计的优点，但不可能做到层状结构各层的热膨胀系数、弹性模量完全一致，作为优选，对于单面加热的层状结构金属微晶发热体，本发明采用了在各层热膨胀系数、弹性模量沿叠层单方向递增或递减的设计；对于双面加热的层状结构金属微晶发热体，本发明采用了在各层热膨胀系数、弹性模量以叠层中心向两加热面对称递增或对称递减的设计。

所述金属微晶发热体为片状的对称的平面几何形状时，所述电热元件的电极由以对称的平面几何型心为中心，直径≤40mm的范围内穿出多相复合陶瓷与电源连接器直接连接或通过温度控制元件和/或温度感应元件和/或指示灯与电源连接器连接，所述电源连接器一端固定在所述作为散热元件的金属壳上并成为隔热装置的一部分，所述电源连接器的该端上安装有温度控制元件和/或过热保护元件和/或温度感应元件，所述电源连接器另一端具有360o旋转的功能，所述电源连接器有3-5对电触点，所述金属微晶发热体的非散热工作面以对称的平面几何型心为中心直径≤40mm的范围内安装有温度传感器。

本发明的非散热工作面可采用绝热材料作为隔热层，可有效减少非散热工作面的热损失，提高热效率。

本发明采用的非散热工作面隔热层或密封层可为与多相复合陶瓷结合成一体的材料。

所述多相复合陶瓷与空气接触部分可涂有耐高温绝缘密封涂料，并渗入多相复合陶瓷表面毛细孔隙中，隔绝空气，防止水份渗入所述多相复合陶瓷，使其具有防潮的性能，所述耐高温绝缘密封涂料可为有机或无机非金属材料，如有机硅、釉等等。

所述电热元件可设置有局部相对薄弱环节，具有局部过热自熔断功能，起到最终自毁的熔断器作用，避免因整体过热引发恶性事故。所述局部相对薄弱环节是相对于电热元件正常部分而言，通过结构、形状、材质等的设计，专门设置一处或多处局部相对薄弱环节，当其它所有的温控、过热保护出现故障时，所述电热材料会首先出现所述局部相对薄弱环节因局部过热熔断，起到最终自毁的熔断器作用，避免因整体过热引发恶性事故。

简单的制作过程和方法如下：在所述的金属壳表面放上多层多相复合陶瓷基体层和界面层生片，基体层与界面层复合叠放，部分或所有的多相复合陶瓷基体层、界面层生片镶有边框，其中的一层生片嵌有电热元件如电热合金箔片或电热合金丝等，在这过程中，经一般的脱脂、排胶工序，在压力状态下（一般压力大于等于2.0MPa小于等于6.0 MPa），经一次或多次高温（一般≥900℃,≤1450℃）烧结，发生物理化学反应而形成带边框的层状结构多相复合陶瓷，在烧结过程中，分别形成有化学和/或物理结合，结合的形式主要有元素或分子相互扩散和/或机械锁合和/或化学键结合，多相复合陶瓷分别与金属壳、电热合金箔片或电热合金丝及温度控制元件、温度感应元件之间牢固结合在一起，各相邻层多相复合陶瓷之间亦紧密结合在一起。

所述多相复合陶瓷基体层、界面层生片为多相复合陶瓷浆料经流延或轧膜或其它成型工艺制成。

本发明所述作为散热元件的金属壳本身可以就是电加热器具的容器体的一个或多个加热工作面。

本发明可以铸造的工艺与低熔点金属的容器体结合在一起，制成电加热器具。

本发明也可分别以机械的方法、焊接或粘接的工艺与电加热器具的容器体直接或间接结合在一起，制成电加热器具。

由于采用本发明的技术方案，本发明所述多相复合陶瓷与作为散热元件的金属壳之间、所述多相复合陶瓷与电热元件之间的结合强度高，既具有近年出现的新型片状电加热器热惯性小、加热面均匀的优点，又有传统电热管式加热器耐热冲击能力强、成本低的长处，同时本发明配置温度控制元件后，温度控制灵敏度高、过热保护反应迅速、使用寿命长，大大提高了食品安全卫生性能。而且本发明功率密度大，热效率高，单位体积散热面积大，结构形状和功率密度设计灵活性大，不消耗有色金属、铅及贵金属，环保节能。在工业和家用电器的中低温电加热领域有广泛的应用前景。 

附图说明

图1为本发明所提供的微晶发热体实施例的正剖视图。

图2为本发明所提供的微晶发热体实施例的俯剖视图。

图3为本发明所提供的金属微晶发热体实施例的剖视图。

具体实施方式

实施例1，参照附图1、图2。

本实施例所提供的为片状微晶发热体，它包括作为绝缘导热层的基体层多相复合陶瓷1、界面层多相复合陶瓷2、作为电热元件的电热合金箔片3和边框4。

简单的制作过程如下：（参考图1、图2）

在作为电热元件的电热合金箔片3表面涂上界面层多相复合陶瓷浆料2，再涂覆作为绝缘导热层的基体层多相复合陶瓷浆料1或放上作为绝缘导热层的基体层多相复合陶瓷生片1，然后在叠层的外缘贴上作为边框的多相复合陶瓷生片4，一起叠放后经脱脂、排胶等工序，再在6.0MPa压力状态下，经高温（一般≥900℃,≤1450℃）烧结，界面层多相复合陶瓷2被扩散到作为电热元件的电热合金箔片3表面的毛细孔隙中，并与基体层多相复合陶瓷1互相渗透，分别形成化学和/或物理结合，结合的形式主要为元素或分子相互扩散和/或机械锁合和/或化学键结合；相邻层多相复合陶瓷之间相互渗透，结合在一起。作为绝缘导热层的基体层多相复合陶瓷1和界面层多相复合陶瓷2之间，作为电热元件的电热合金箔片3与界面层多相复合陶瓷2之间牢固结合在一起，制成一种新型的具有层状结构的电加热器，即片状微晶发热体，本实施例烧结成形后的产品长60mm,宽20 mm,总厚度约2mm的长方体。本实施例采用的基体层多相复合陶瓷1厚度为1mm，界面层多相复合陶瓷2厚度约为0.02mm，而作为电热元件的电热合金箔片3厚度约为0.05mm。

所述作为电热元件的电热合金箔片3、界面层多相复合陶瓷2和作为绝缘导热层的基体层多相复合陶瓷1之间具有相匹配的热膨胀系数，以适应电热元件与散热面之间的温度梯度变化。

本实施例的多相复合陶瓷由于采用压力烧结，提高了材料致密性，尽量消除多相复合陶瓷体中的裂纹缺陷；在多相复合陶瓷中加入如颗粒（纳米颗粒和/或微米颗粒）和/或晶须和/或纤维和/或丝和/或片和/或网和/或编织物等增强体；采用了颗粒弥散增韧和/或晶须增韧和/或纤维增韧等强韧化方式；采用层状结构设计等技术措施，具有较强的耐热冲击性能。

目前达到的抗热震性指标为：450℃（空气）-20℃（水）-450℃（空气），100次急冷急热循环；

本实施例的多相复合陶瓷组织中按重量百分比计微晶玻璃的含量约为75%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为25%，所述多相复合陶瓷的组织中按体积百分比计玻璃相的含量约为10%。其中作为绝缘导热层的所述基体层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数为26%，所述界面层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数为5%，边框的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数为25%

本实施例的电热元件为电热合金箔片，由铁铬铝合金材料制成，具有较好的韧性，由电热合金型材通过物理或化学方法加工成形，厚度可小于0.05mm。电热合金箔片为一种成熟、可靠性高、成本低、抗热冲击能力强的传统电热材料，在传统的电加热元件中有广泛的应用。

本实施例具有耐热冲击能力强、加热面均匀、热惯性小、单位体积加热面积大、性价比高的优点，在工业和家用电器的中低温电加热领域的气体、液体加热装置中有着广泛的应用前景。

实施例2，参照附图3。

本实施例所提供的为圆盘型金属微晶发热体，它包括金属壳21，所述金属壳21上烧结有由4层基体层多相复合陶瓷绝缘导热层22-1、22-2、22-3、22-4和4层界面层多相复合陶瓷绝缘导热层24-1、24-2、24-3、24-4构成的多相复合陶瓷，即组合成轴向层状，所述层状多相复合陶瓷带有边框22-3-1、22-4-1，边框22-3-1处在22-3外围，边框22-4-1处在22-4外围，所述金属壳21具有翻边21-1，翻边21-1构成了处在最外围的边框，从而与边框22-3-1、22-4-1组合成多相复合陶瓷绝缘导热层的径向层状边框，边框22-3-1、22-4-1又组合成多相复合陶瓷的轴向层状边框， 22-3嵌有作为电热元件的电热合金箔片23。

简单的制作过程如下：（参考图3）

在作为散热元件工作面板的带有翻边的金属壳的非散热工作面相间放上基体层多相复合陶瓷22-1、22-2、22-3、22-4和4层界面层多相复合陶瓷24-1、24-2、24-3、24-4构成的多相复合陶瓷生片，其中，多相复合陶瓷22-3、22-4的多相复合陶瓷基体层生片已镶有边框22-3-1、22-4-1；多相复合陶瓷绝缘层22-3嵌有作为电热元件的电热合金箔片23。

在这过程中，经脱脂、排胶等工序，再在约6.0 MPa压力状态下，经一次或多次高温（一般≥900℃,≤1450℃）烧结，多相复合陶瓷22-1被扩散到金属壳21表面的毛细孔隙中，多相复合陶瓷22-3渗入电热合金箔片23表面的毛细孔隙中，分别形成化学和/或物理结合，结合的形式主要为元素或分子相互扩散和/或机械锁合和/或化学键结合；各相邻层多相复合陶瓷之间相互渗透，结合在一起。作为散热元件的金属壳和层状多相复合陶瓷之间，电热合金箔片23与多相复合陶瓷绝缘层22-3之间牢固结合在一起，各层多相复合陶瓷之间亦紧密结合，制成一种新型的电加热器，即单向散热圆盘型发热片。

本实施例的多相复合陶瓷组织中按重量百分比计微晶玻璃的含量约为82%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为18%，所述多相复合陶瓷的组织中按体积百分比计玻璃相的含量约为8%。其中作为绝缘导热层的所述基体层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数为20%，所述界面层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数为8%，边框的多相复合陶瓷组织中按重量百分比计微晶玻璃的含量约为85%、氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量约为15%。

所述作为散热元件的金属壳21和多相复合陶瓷之间、电热合金箔片23与多相复合陶瓷之间具有相匹配的热膨胀系数，同时，各层多相复合陶瓷之间也具有相匹配的热膨胀系数，以适应电热元件与金属壳21之间的温度梯度变化。

本实施例的带边框的层状结构多相复合陶瓷绝缘导热层由于采用压力烧结，提高了材料致密性，尽量消除多相复合陶瓷体中的裂纹缺陷；在多相复合陶瓷中加入如颗粒（纳米颗粒和/或微米颗粒）和/或晶须和/或纤维和/或丝和/或片和/或网和/或编织物等增强体；采用了颗粒弥散增韧和/或晶须增韧和/或纤维增韧等强韧化方式；采用带边框的层状结构设计等技术措施，具有较强的耐热冲击性能。

目前达到的抗热震性指标为：450℃（空气）-20℃（水）-450℃（空气），100次急冷急热循环；

本实施例的电热元件为电热合金箔片，由铁铬铝合金材料制成，具有较好的韧性，由电热合金型材通过物理或化学方法加工成形，厚度可小于0.05mm。电热合金箔片为一种成熟、可靠性高、成本低、抗热冲击能力强的传统电热材料，在传统的电加热元件中有广泛的应用。

本实施例为单向散热圆盘型发热片，直径为50mm,厚度2.5 mm。其中所述金属壳的厚度0.5 mm。采用的金属为奥氏体·铁素体型不锈钢，其型号为SAF2205双相不锈钢，在20℃-300℃的范围内所述多相复合陶瓷和所述金属壳之间的热膨胀系数差值与所述金属壳热膨胀系数值之比约为5%。电极23由以圆心为中心，直径20mm的范围内穿出层状多相复合陶瓷绝缘层可与电源或温控、温感等元件连接，圆盘型发热片非散热工作面中心直径20mm的范围内可用于安装温度传感器。

本实施例具有耐热冲击能力强、加热面均匀、热惯性小、单位体积加热面积大、性价比高的优点，在工业和家用电器的中低温电加热领域的气体、液体、食品加热装置中有着广泛的应用前景。

Claims (10)

1.微晶发热体，其特征在于它包括多相复合陶瓷和电热元件，所述多相复合陶瓷由微晶玻璃与氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷组成；所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以颗粒、晶须、纤维、片、丝、网和编织物中的二种或二种以上的形态与所述电热元件和所述微晶玻璃的基础玻璃颗粒一起在900℃-1450℃的环境中通过烧结紧密结合在一起，所述多相复合陶瓷的组织中按重量百分比计所述微晶玻璃的含量为51%-98%、所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为2%-49%，所述多相复合陶瓷的组织中按体积百分比计玻璃相的含量小于等于15%。

2.如权利要求1所述的微晶发热体，其特征在于所述多相复合陶瓷为层状结构。

3.如权利要求2所述的微晶发热体，其特征在于所述层状结构由多层基体层和1层或多层界面层组成，所述基体层厚度为0.02-1.5mm,所述界面层厚度小于等于0.05 mm；所述基体层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数比相邻所述界面层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数大5%以上。

4.如权利要求2所述的微晶发热体，其特征在于在所述层状结构的内和/或外边缘的部分或全部结合有边框，所述边框为单层或多层边框，所述多层边框的叠层方向与所述层状结构的叠层方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，制成所述边框的材料为金属和/或多相复合陶瓷。

5.金属微晶发热体，其特征在于它包括金属壳、多相复合陶瓷和电热元件，所述多相复合陶瓷由微晶玻璃与氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷组成，所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷以颗粒、晶须、纤维、片、丝、网和编织物中的二种或二种以上的形态与所述电热元件、所述微晶玻璃的基础玻璃颗粒和所述金属壳一起在900℃-1450℃的环境中通过烧结紧密结合在一起，组合成为由所述金属壳和多层多相复合陶瓷组成的层状结构，电热元件处在层状结构之中，所述层状结构区域整体的直径或宽度与厚度比大于等于10，层状结构的多相复合陶瓷的总厚度为0.2mm-5mm，在20℃-300℃的范围内所述多相复合陶瓷和所述金属壳之间的热膨胀系数差值与所述金属壳热膨胀系数值之比小于等于17%，所述多相复合陶瓷的组织中按重量百分比计所述微晶玻璃的含量为51%-98%；所述氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为2%-49%；所述多相复合陶瓷的组织中按体积百分比计玻璃相的含量小于15%。

6.如权利要求5所述的金属微晶发热体，其特征在于所述层状结构由多层基体层和多层界面层复合叠放组成，所述基体层厚度为0.02-1.5mm,所述界面层厚度小于等于0.05mm；所述基体层包括金属构成的基体层和/或多相复合陶瓷构成的基体层，所述界面层的材料为多相复合陶瓷；所述多相复合陶瓷构成的基体层的组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数比相邻所述界面层的多相复合陶瓷组织中氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷含量的重量百分数大5%以上。

7.如权利要求5所述的金属微晶发热体，其特征在于所述层状结构中的部分或所有多相复合陶瓷层的内和/或外边缘的部分或全部结合有边框，所述边框为单层或多层边框，所述多层边框的叠层方向与所述层状结构的叠层方向平行或垂直或除平行和垂直以外的任意角度布置，所述边框包括金属构成的边框和/或多相复合陶瓷构成的边框。

8.如权利要求7所述的金属微晶发热体，其特征在于所述多相复合陶瓷构成的边框的组织中按重量百分比计微晶玻璃的含量为60%--95%、氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷的含量为5%-40%。

9.如权利要求5所述的金属微晶发热体，其特征在于所述金属壳的材料为奥氏体·铁素体型双相不锈钢或钛或钛合金。

10.如权利要求1或5所述的金属微晶发热体，其特征在于所述烧结为压力烧结，所述压力烧结的压力范围为0.1MPa-10 MPa。

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