CN1058363C - 一种电阻率稳定的高温电热材料 - Google Patents

Abstract

本发明是一种组合混结多晶体材料，包括如下组分(含量以重量百分比计)：

40-60硅Si，5-30碳C，5-25锡Sn，

2-25镍Ni，5-20铬Cr，5-20铝Al，

5-20铁Fe，0-20钼Mo，0-10铋Bi，

0-10铜Cu，0-10铟In，0-1钌Ru，

本发明的突出优点是:

1)每平方厘米承载率达10W；2)是制作大面积、大功率电热器的电热材料，工作温度可达550℃，并能长期稳定工作；3)电阻率高度稳定，可用于制造各类型的功率电阻器；4)化学性能稳定。

Description

一种电阻率稳定的高温电热材料

本发明是一种组合混结多晶体，用于电阻器和电热器。

已知的电阻发热材料普遍存在如下问题：最高工作温度325℃左右，每平方厘米最高承载功率约1W，在电场、温度、湿度特别是盐雾、水分的作用下，材料的化学性能不稳定，导致材料的电阻率不稳定，工作面积较大时的电阻率不稳定的几率迅速增加，易使器件失效，使已有的电阻发热材料的应用受到了限制。

例如：功率型氧化膜电阻器，其主要成分是Ni-Cr-O₂或SnO₂加其它金属元素，最高工作温度为235℃，电阻值的变率随工作温度升高而增加，每平方厘米承载功率0.8-1W，膜层易被水分解。

线绕电阻器的电阻丝主要成分是Ni-Cr，最高工作温度325℃，温度系数小于250PPM，电阻值因电阻丝易氧化而改变。

前苏联专利SU996356公开了一种玻璃电阻材料，具有温度系数小的特点，适且制作小型精密电阻，受工作温度和单位面积载荷能力的限制，而不适合制作功率型电阻器和电热材料。

PTC电热材料，最高工作温度300℃左右，电阻率高，且不稳定，材料的可加工性较差，不能制成大面积和任何形状的电热体，因此单体PTC电热体不能成为大功率器件。

JP特开平6-116667公开了一种远红外发射体，其合金基体以AL为主，还含有Si(3-25Wt％)以及少量的Fe、Mg、O，Cu、Mn、Ni、Cr、Vo、Zr、Zn等成分，经热处理在基体表面生成厚度为10μm的氧化膜层为阳极，该方法可有效解决温度达200℃以上时远红外发射体普遍存在的爆裂问题，以及在3-7μm波长范围内发射效率较低的问题，显而易见，该发射体的组分组成以AL为主，其电阻率很低，不适宜用作电阻发热材料，更不适宜用作电阻器膜层材料。

本发明的目的是公开一种可以制成大面积发热体的电阻率稳定的高温电热材料。

本发明的材料包括如下组分(含量以重量百分比计)：

40-60硅Si，5-30碳C，  5-25锡Sn，

2-25镍Ni， 5-20铬Cr， 5-20铝Al，

5-20铁Fe， 0-20钼Mo， 0-10铋Bi，

0-10铜Cu， 0-10铟In， 0-1钌Ru。

上述组分由硅Si、镍Ni、铬Cr、铝Al、铁Fe、及钼Mo、铋Bi组合的基元a和由硅Si、碳C、锡Sn、镍Ni、铋Bi、铜Cu、铟In、钌Ru组合的基元b相混合构成。

本发明的材料选用耐热的活性大的元素，各基元分别经烧结与氧反应生成相应的耐高温、高硬度化合物。

调整各基元的组分和含量，可改变各基元的特性和电阻值。

实施例：(含量重量百分比)

基元a：硅Si35、镍Ni15、铬Cr2、铝Al10、铁Fe15.5、钼Mo20、铋Bi2.5。

基元b：硅Si30、碳C20、锡Sn18、镍Ni12.5、铋Bi4.9、铜Cu12、铟In2.5、钌Ru0.1。

当功率从W0增至W1时各基元的电阻值随功率变化关系的表达式为：

式中Raw0、Rbw0是功率为W₀时电阻值，Raw1、Rbw1是功率增至W₁时的电阻值，

和 则分别表示各基元电阻值的不可逆变量。

基元a的不可逆变量为正值，基元b的不可逆变量为负值。

如果将基元a和基元b相混合，并适当调整两基元的重量比，使 $|\frac{1}{\mathrm{Raw}0}\mathrm{\&Delta;Rb}\left(w\right)>0|\&ap;|\frac{1}{\mathrm{Rbw}0}\mathrm{\&Delta;Rb}\left(w\right)<0|$

即 $\frac{1}{\mathrm{Raw}0}\mathrm{\&Delta;Ra}\left(w\right)>0+\frac{1}{\mathrm{Rbw}0}\mathrm{\&Delta;Rb}\left(w\right)<0=0$ 使电阻值随功率增加的变化值趋向于零。两基元不同重量配比与电阻值变化的关系如表1所示。表1：基元a∶基元b  试验前电阻值(Ω)  试验后电阻值(Ω)  电阻值变化率1∶0.2          200.02             204.3            +21∶0.4          200.02             202.1            +11∶0.5          199.8              201.0            +0.71∶0.6          200.8              201.5            +0.31∶0.7          200.6              201.2            +0.31∶0.8          200.9              201.3            +0.51∶0.85         200.43             200.9            +0.121∶0.9          200.08             200.91           +0.051∶0.95         200.1              200.3            +0.11∶1.0          200.5              200.7            +0.11∶1.05         200.2              200.6            +0.021∶1.1          200.0              200.1            +0.051∶1.15         200.05             200.01           -0.021∶1.2          200.42             200.02           -0.21∶1.25         200.1              199.9            -0.051∶1.6          200.25             197.8            -1.051∶1.8          200.0              196.6            -1.71∶2.0          199.7              193.8            -2.81∶2.5          200.4              192.0            -4.2

表1的有关测试条件是：工作面积1000cm²，每平方厘米载荷功率6W，W₀＝0 W₁＝6Kw，施加电压V＝6KwR_aw0，T(℃)＝700-750(工作面温度)，施加电压时间60秒，环境常温常压。

从表1可见基元a、基元b在1∶0.85-1∶1.2范围内，电阻值的变率仅在+0.05--0.05之间有微小变化，说明本材料在大面积、大功率条件下工作，其电阻率是稳定的，也就是本材料的晶体结构是稳定的。

表1试验的各基元混合后的各组分及含量的电阻值等于或接近200Ω，如果将本材料的各组份在所限定的含量范围内作适当调整，可满足两基元在正反异性特性的前提下，改变材料的电阻值，本材料的选择组分即M、Cu、Bi、In、Ru用于高阻值范围，在低阻值范围可不用。

本材料的制作及使用方法：是将各组份精细研磨、称重、配制基元a和基元b，分别烧结后粉碎研磨，而后按两基元比例混合，在900-1320℃温度中烧结。本材料的晶体结构完整，化学性能稳定。

本发明具有如下突出的优点：

1、每平方厘米承载功率可达10W；

2、是优良的制作大面积、大功率电热器的电热材料，工作温度可达550℃，并能长期稳定工作；

3、电阻率稳定，可用于制造各类型功率电阻器；

4、化学性能稳定。

Claims (2)

1、一种电阻率稳定的高温电热材料，其特征是：本材料包括如下组分(含量以重量百分比计)

40-60硅Si，5-30碳C，  5-25锡Sn，

2-25镍Ni， 5-20铬Cr， 5-20铝Al，

5-20铁Fe， 0-20钼Mo， 0-10铋Bi，

0-10铜Cu， 0-10铟In， 0-1钌Ru。

2、如权利要求1所述的电热材料，其特征是：所说的各组分由

硅Si、镍Ni、铬Cr、铝Al、铁Fe、及钼Mo、铋Bi组合的基元a和由硅Si、碳C、锡Sn、镍Ni、铋Bi、铜Cu、铟In、钌Ru组合的基元b相混合构成。