CN104470002B - 一种陶瓷加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷加热装置,属于陶瓷加热技术领域，该加热装置包括加热体、连接端、过渡段和紧固件，其中，加热体上开设三条豁槽，使加热体形成连续弯曲的加热板，连接端和过渡段一体成型，用于连接加热体与导线或加热体与其它加热体，本发明提供的陶瓷板式加热体具有阻值适中、加热效率高、可堆垛使用、加工方便等特点。

Description

一种陶瓷加热装置

技术领域

本发明属于陶瓷加热领域，涉及一种陶瓷加热装置，尤其涉及一种二硼化锆复合陶瓷板式加热装置。

背景技术

超高温电阻炉、真空炉、气氛炉及烧结炉被广泛应用于粉末冶金的材料制备中，其中加热体元件是上述炉体中的关键部件，这些加热体元件要求在氧化气氛、真空环境、各种惰性气氛环境及还原气氛下使用，如何设计板式加热装置或部件体元件形状，将直接影响该加热体元件的阻值及加热效率，从而确保超高温电阻炉、真空炉、气氛炉及烧结炉的最高工作温度。

制备陶瓷加热体元件或装置在技术上的重要性主要体现在良好的加热效率和可更换性。

现有技术中存在以陶瓷作为加热体的板式元件，如中国专利CN10150735A，公开了一种加热元件，该加热元件包括陶瓷体、第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极均为条形，与陶瓷体等长，其沿长度方向布置在陶瓷体的上下两端，该加热元件为平板整体，耗电量大，加热效率不高，且需要条状电板对其通电，增加了使用的不安全因素。

又如中国专利CN 102625496 A，公开了一种片状陶瓷发热体，该发热体为片状陶瓷，在其长度方向两端分别设置上导电引线和下导电引线，该发热体为条形板状结构，加热效率不高，难以达到超高温炉、真空炉等高温设备的最高工作温度，而且存在发热效率低的缺陷。

由于现有技术存在上述诸多问题，所以本发明人对现有的陶瓷加热装置进行研究和改进，以期研制出阻值大、发热效率高、适用于超高温电阻炉、真空炉、气氛炉及烧结炉的加热装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种陶瓷加热装置(部件)，该加热装置包括加热体、连接端、过渡段和紧固件，其中，加热体为平板结构，在该加热体上开设三条豁槽，使加热体形成连续弯曲的加热板，在加热装置总长度不变的情况下，增加了加热体的长度，从而增加了加热装置的阻值，进而增加了加热装置的加热效率。

本发明的技术方案是，一种陶瓷加热装置(部件)，该加热装置包括连接端、过渡段、加热体和紧固件；所述的加热体为平板状，在该加热体上自左而右依次开设第一豁槽、第二豁槽和第三豁槽，第一豁槽开口向下，第二豁槽开口向上，第三豁槽开口向下；所述第一豁槽、第二豁槽和第三豁槽的厚度等于加热体的厚度，即，其将加热体穿透；第一豁槽、第二豁槽和第三豁槽的长度小于加热体的长度；在第一豁槽与加热体左侧边之间的下端、第二豁槽与加热体右侧边之间的下端分别设置通孔，过渡段穿过该通孔用于连接加热体，且通过紧固件紧固；连接端与过渡段一体成型，连接端用于安装导线。

优选地，本发明所述的连接端、过渡段和紧固件选用石墨、陶瓷或合金中的任一材料，或其组合材料制成。

优选地，所述加热体由包括以下重量份的原料制成，

二硼化锆 60～75份，

碳化硅 25～40份，

其中，二硼化锆与碳化硅的纯度不小于98％。

根据本发明提供的陶瓷板式加热装置，具有如下有益效果：

(1)所述陶瓷加热装置外形尺寸小，但为板式结构，加热体3形成连续弯曲的加热板，从而在保持加热体3的外形尺寸不变，即不增加加热装置总长度的条件下，增加了加热体3的总长度，同时减小了加热体3导电的横截面积，有效加热长度大，电阻值大，加热效率高；

(2)所述陶瓷板式加热装置可单层使用，也可以堆垛连接后形成多层使用，因而能够达到超高温电阻炉、真空炉、气氛炉及烧结炉等的最高工作温度；

(3)制造工艺简单，通过电火花加工，包括精密电火花线切割、精密电加工等方法即可制得所述陶瓷板式加热装置，具有工业实用性；

(4)所述陶瓷加热装置采用二硼化锆复合陶瓷板，能够充分发挥二硼化锆复合陶瓷板式加热体材料密度小，熔点高，加热效率高的优点，在较短时间(如120分钟内)即可以从室温升到最高工作温度，例如1900℃；

(5)所述陶瓷板式加热装置能够充分发挥二硼化锆复合陶瓷板式加热体材料其他优异性能，例如良好的抗氧化性、抗热震性、抗腐蚀性，以及在氧化气氛、真空环境、各种惰性气氛下使用均能保持较好的热稳定性，例如在氧化气氛下，表面最高温度可达2000℃。

本发明提供的陶瓷板式加热体具有阻值适中、加热效率高、可堆垛使用、加工方便等特点。

附图说明

图1本发明一种优选实施方式的陶瓷加热装置结构的主视图；

图2本发明一种优选实施方式的陶瓷加热装置结构的左视图；

图3本发明一种优选实施方式的陶瓷加热装置结构的俯视图；

图4本发明另一种优选实施方式的加热体堆垛的陶瓷加热装置的俯视图；

其中，1-连接端，2-过渡段，3-加热体，31-第一豁槽，32-第二豁槽，33-第三豁槽，4-紧固件。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明公开的是一种电阻值大、加热效率高的陶瓷板式加热装置。

在根据本发明的一个优选实施方式中，如图1～3所示(本发明中所述的X轴方向和Y轴方向如图1中所示)，提供一种陶瓷板式加热装置，该加热装置包括连接端1、过渡段2、加热体3和紧固件4，其中，

加热体3为平板状，本发明对加热体3的外形不做特别限定，其可以为长方形、正方形、圆形、椭圆形、不规则形或其它任意形状，其具体形状可依据所需安装的加热炉的加热部位的形状要求而定，在本发明的一个具体实施方式中，如图1～4所示，其为长方形。

如图1所示，在该加热体3上自左而右依次开设第一豁槽31、第二豁槽32和第三豁槽33，第一豁槽31与第二豁槽32之间开口沿相反方向，第一豁槽31开口向下，第二豁槽32开口向上，第三豁槽33开口向下；第一豁槽31、第二豁槽32和第三豁槽33的厚度等于加热体3的厚度，即上述豁槽将加热体3穿透；第一豁槽31、第二豁槽32和第三豁槽33的长度小于加热体3的长度，使加热体3形成连续弯曲的加热板，从而在保持加热体3的外形尺寸不变，即不增加加热装置总长度的条件下，增加了加热体3的总长度，同时减小了加热体3导电的横截面积，由于加热体3的电阻值与加热体3的总长度成正比，与加热体3导电的横截面积成反比，因此，通过本发明设置的结构，可以有效增加加热体3的电阻值，从而增加加热体3的加热效率。

如图1所示，同时，在第一豁槽31与加热体3左侧边之间的下端、第二豁槽32与加热体3右侧边之间的下端分别设置通孔，过渡段2下端的螺杆穿过该通孔用于连接加热体3和过渡段2。过渡段2与螺栓结构和功能相同，过渡段2上端连接端1，连接端1通过凹槽与过渡段2连接为一体，使连接端1上端与过渡段2之间形成一凹槽用于安装导线。连接端1和过渡段2用于连接加热体与导线或加热体与其它加热体。

加热体堆垛相连的具体方式为：第二加热体的左右两边的两个孔分别与第一加热体的两个孔对应放置，过渡段2的前端螺杆穿过第一加热体、第二加热体的对应的孔后，拧上紧固件4。

如图1中所示，在XY坐标系中，本发明中所述加热体3的宽为加热体3沿X轴方向上的边长，加热体3的长度为加热体3沿Y轴方向上的边长；加热体3的左侧为X轴的负向，加热体3的右侧为X轴的正向，加热体3的上端为Y轴正向，加热体3的下端为Y轴负向。

在进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述第一豁槽31、第二豁槽32和第三豁槽33的长度相等。

在进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述第一豁槽31、第二豁槽32和第三豁槽33与加热体3的一条边相互平行；使加热体3开设豁槽后所形成的连续弯曲结构规则，加热体3发热更均匀。

在进一步的优选实施方式中，如图1所示，加热体3与第一豁槽31、第二豁槽32或第三豁槽33的长度差，与相邻豁槽之间形成的板的宽度相同，与加热体3的边与相邻豁槽形成的板的宽度相同，则加热体3开设豁槽后所形成的连续弯曲结构更为规则、均匀，加热体3在通电后发热更均匀。

豁槽的宽度为相邻豁槽之间形成的板的宽度的1/5～1/3，若豁槽宽度大于相邻豁槽之间形成的板的宽度的1/3，则加热体3有效加热体积过小，加热效率低，且造成材料浪费，成本增加；若豁槽宽度小于相邻豁槽之间形成的板的宽度的1/5，则加工难度大，增加时间成本，同时，加热体3导电的横截面积大，加热效率低。

通孔与加热体3下端之间的距离为加热体3长度的1/10～1/6，若通孔与加热体3下端距离小于加热体3长度的1/10，则通孔处机械强度差，易损坏，给运输和使用造成不便；若通孔与加热体3下端之间的距离大于加热体3长度的1/6，则加热体有效加热长度变小，加热效率降低。

所述加热体3由包括以下重量份的原料制成，

二硼化锆 60～75份，

碳化硅 25～40份，

其中，二硼化锆与碳化硅的纯度不小于98％。

本发明对所述加热体3的制造方式不做特别限定，如可将上述材料通过热压烧结、放电等离子烧结及反应烧结等方法制得。该原料具有较大的电阻和机械强度，适于作为加热体材料。

由上述原料制得的陶瓷材料，密度为3.2～3.9g/cm³，室温抗拉强度为100MPa～200MPa，电阻率为(1.3～3.0)×10^-5Ω/m，适于作为加热体材料。

本发明对豁槽的加工方式不做特别限定，如采用电火花加工，包括精密电火花线切割、精密电加工等方法。

本发明中所述连接端1、过渡段2和紧固件4都可以由石墨、陶瓷、合金任一材料或及其组合的材料制得。

当该加热体单层使用时，优选选择石墨、合金或其组合制连接端、过渡段和紧固件，当该加热体堆垛使用时，优选选择陶瓷制连接端、过渡段和紧固件。

本发明提供的二硼化锆复合陶瓷板式加热装置为单层或由多个单层堆垛而成。

该加热装置为单层时，如图3所示，过渡段2与加热体3连接，为加强紧固，防止过渡段2脱落，可在加热体3底部设置紧固件4，紧固件一般为螺母。导线与连接端1相连接，电流从加热体3一端的过渡段2输入，沿加热体3传导，从加热体3的另一端的过渡段2输出，并在加热体3上将电能转化为热能。

当该加热装置为多层堆垛而成时，如图4所示，通过过渡段2将单层加热体同向依次连接，过渡段2的螺杆依次穿过第一加热体、垫片、第二加热体，然后通过紧固件进行紧固，同时左端的过渡段2和右端的另一过渡段2通过多层加热体3相连接；导线分别与加热体左端的连接端1和加热体右端的连接端1连接，电流从第一加热体左端的过渡段2输入，沿堆垛加热体即第一、第二加热体传导，从第一加热体3的右端的过渡段2输出，再从右端的连接端1输出，并在加热体3上将电能转化为热能。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种陶瓷加热装置，其特征在于，该加热装置包括：连接端(1)、过渡段(2)、加热体(3)和紧固件(4)；所述的加热体(3)为平板状，在该加热体(3)上自左而右依次开设第一豁槽(31)、第二豁槽(32)和第三豁槽(33)，第一豁槽(31)开口向下，第二豁槽(32)开口向上，第三豁槽(33)开口向下；所述第一豁槽(31)、第二豁槽(32)和第三豁槽(33)的厚度等于加热体(3)的厚度，即，其将加热体(3)穿透；第一豁槽(31)、第二豁槽(32)和第三豁槽(33)的长度小于加热体(3)的长度；在第一豁槽(31)与加热体(3)左侧边之间的下端、第二豁槽(32)与加热体(3)右侧边之间的下端分别设置通孔，过渡段(2)穿过该通孔用于连接加热体(3)，且通过紧固件(4)紧固；连接端(1)与过渡段(2)一体成型，连接端(1)用于安装导线，所述加热体由包括以下重量份的原料制成，

二硼化锆 60～75份，

碳化硅 25～40份，

其中，二硼化锆与碳化硅的纯度不小于98％。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，过渡段(2)前端的螺杆穿过加热体(3)的通孔，连接端(1)上端与过渡段(2)之间形成一凹槽用于安装导线。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，第一豁槽(31)、第二豁槽(32)和第三豁槽(33)的长度相等。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，第一豁槽(31)、第二豁槽(32)和第三豁槽(33)相互平行。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，加热体(3)的外形为长方形、正方形。

6.根据权利要求1～5之一所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，加热体(3)与第一豁槽(31)、第二豁槽(32)或第三豁槽(33)的长度差，与相邻豁槽之间的板宽度相同，以及与加热体(3)的边与相邻豁槽边之间的宽度相同。

7.根据权利要求1～5之一所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，豁槽的宽度为相邻豁槽之间形成的板的宽度的1/5～1/3。

8.根据权利要求1～5之一所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，通孔与加热体(3)下端的距离为加热体(3)长度的1/10～1/6。

9.根据权利要求1～5之一所述的一种陶瓷加热装置，其特征在于，所述加热装置为单层或由多个单层加热体(3)堆垛而成。