CN106187249A - 一种高热稳定性的电热陶瓷及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按重量百分比计包括：苏州土20～30％，莫来石25～45％，石英5～20％，钾长石1～8％，珍珠岩5～20％，蓝晶石8～19％。此外本发明还涉及一种上述电热陶瓷的制备工艺，其包括以下步骤：按照配方称取各组分混合得到固体料，将固体料与水混合并研磨粉碎，得到浆料；将浆料注浆成型并在其中埋入电热丝，然后脱模并干燥后，得到陶坯；陶坯经上釉、烧结，得到所述电热陶瓷。该制备工艺操作方便、简单实用，使用该制备工艺制备的电热陶瓷具有热稳定性和抗热震性好、热转化率高、使用寿命长等优点。

Description

一种高热稳定性的电热陶瓷及其制备工艺

技术领域

本发明涉及陶瓷领域，且特别涉及一种高热稳定性的电热陶瓷及其制备工艺。

背景技术

陶瓷在我国有着悠久的历史，伴随着人们生活的方方面面。随着科学技术的高度发展，对陶瓷材料的性能和质量的要求变得越来越高，许多在电、磁、声、光、热等方面具备优异性能的陶瓷材料被人们发掘并广泛应用于电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天等领域。

电热陶瓷是将电能转化为热能的陶瓷元件，它要求陶瓷材料具有优异的抗热震性和热稳定性，能够适应温度的急剧变化，同时还要求陶瓷材料要有优异的热转化效率。现有技术中，传统的堇青石电热陶瓷和莫来石电热陶瓷抗热震性和热稳定性较差，不能满足长时间的使用。而新兴的碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷热膨胀系数小，具有优异的抗热震性，但是热转换效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高热稳定性的电热陶瓷，该电热陶瓷具有优异的抗热震性和热稳定性，能适应温度的急剧变化，使用寿命长，并且具有较高的热转化效率。

本发明的另一目的在于提供一种高热稳定性的电热陶瓷的制作工艺，该工艺操作简单而规范，工艺条件成熟稳定，用该工艺制备得到的电热陶瓷具备优异的抗热震性、热稳定性和热转化率。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种高热稳定性的电热陶瓷，该电热陶瓷由以下原料配方制成，该原料配方按重量百分比计包括：苏州土20～30％，莫来石25～45％，石英5～20％，钾长石1～8％，珍珠岩5～20％，蓝晶石8～19％。

本发明提出一种高热稳定性的电热陶瓷的制作工艺，其包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分混合得到固体料，将固体料与水混合并研磨粉碎，得到浆料；

成型步骤：将浆料注浆成型并在其中埋入电热丝，然后脱模并干燥后得到陶坯；

烧成步骤：陶坯经上釉、烧结，得到电热陶瓷。

本发明实施例的一种高热稳定性的电热陶瓷的有益效果是：在材料上选择了苏州土、莫来石、钾长石、蓝晶石等多种富含氧化铝的矿石制备而成，氧化铝具有较高的热导率，能降低陶瓷材料的内外温差，从而提高陶瓷材料的抗热震性能。同时，由于金属铝的存在，还显著提升了电热转化的效率。

本发明实施例的一种高热稳定性的电热陶瓷的制备工艺的有益效果是：在传统工艺上进行了一定程度的简化，通过加水研磨的方式，研磨出的浆料均匀细致、便于加工。在注浆成型的同时完成电热丝的埋入，操作省事省力、十分方便。通过该制备工艺得到的电热陶瓷，性能稳定，参数可控，具有优异的抗热震性和热转化率。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种高热稳定性的电热陶瓷及其制备工艺进行具体说明。

本发明提供一种高热稳定性的电热陶瓷，该电热陶瓷由以下原料配方制成，该原料配方按重量百分比计包括：苏州土20～30％，莫来石25～45％，石英5～20％，钾长石1～8％，珍珠岩5～20％，蓝晶石8～19％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，原料配方按重量百分比计包括：苏州土25～30％，莫来石27～38％，石英6～15％，钾长石3～6％，珍珠岩10～16％，蓝晶石11～13％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，原料配方按重量百分比计包括：苏州土25～28％，莫来石30～35％，石英8～13％，钾长石4～5％，珍珠岩12～14％，蓝晶石12～13％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，原料配方还包括0.5～1％的解凝剂。在成型过程中，解凝剂可以在尽可能少的水分含量下保证浆料的流动性，且解凝剂在烧结过程中将被烧掉，不会对陶瓷的性能产生影响。

进一步地，在本发明较佳实施例中，原料配方还包括0.5～1％的助磨剂。助磨剂可以辅助对固体料的研磨，减少球磨时间，得到更均匀的浆料。

本发明还提供了一种高热稳定性的电热陶瓷的制备工艺，其包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分混合得到固体料，将固体料与水混合并研磨粉碎，得到浆料。

进一步地，在本发明较佳实施例中，浆料中固体颗粒的粒度为1～10μm。较小的粒度影响着陶瓷成品的细致程度，颗粒越小，陶瓷表面越光滑，外观更好看。

上述一种高热稳定性的电热陶瓷的制备工艺还包括成型步骤：将浆料注浆成型并在其中埋入电热丝，脱模并干燥后得到陶坯。

进一步地，在本发明较佳实施例中，成型步骤还包括在埋入电热丝之后，脱模之前静置15～30min。通过静置能够让模具对浆料中水分充分吸收，以避免脱模后由于水分含量过高导致胚体变形。

进一步地，在本发明较佳实施例中，干燥条件为：室温下晾干18～24h后于200～300℃的温度下烘干2～3h。晾干过程需要在不通风的地方进行，以防止晾干过程中发生风裂；晾干能进一步除去胚体中的水分，以防止由于水分含量过高导致在烘干过程中发生应力开裂。

上述一种高热稳定性的电热陶瓷的制备工艺还包括烧成步骤：陶坯经上釉、烧结，得到电热陶瓷。

进一步地，在本发明较佳实施例中，烧结的温度为1110-1150℃。在该优选的烧结温度下，能增加陶瓷颗粒间的结合强度。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：苏州土20％，莫来石38％，石英8％，钾长石6％，珍珠岩15％，蓝晶石13％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入50L水，在100r/min的转速下粉碎研磨0.5h，得到浆料，浆料中固体颗粒的粒度控制在1～10μm之间；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置30min后脱模，于不通风处晾干24h后移至烘箱中，升温到200℃烘干2h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在6h内缓慢升至1110℃，维持该温度烧结1h，然后控制温度在6h内降至室温，得到电热陶瓷。

实施例2

本实施例提供的一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：苏州土25％，莫来石25％，石英20％，钾长石1％，珍珠岩16％，蓝晶石11％，解凝剂1％，助磨剂1％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入50L水，在100r/min的转速下粉碎研磨1h，得到浆料，浆料中固体颗粒的粒度控制在1～10μm之间；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置15min后脱模，于不通风处晾干18h后移至烘箱中，升温到300℃烘干2h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在6h内缓慢升至1110℃，维持该温度烧结1h，然后控制温度在6h内降至室温，得到电热陶瓷。

实施例3

本实施例提供的一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：苏州土30％，莫来石31％，石英13％，钾长石8％，珍珠岩5％，蓝晶石12％，解凝剂0.5％，助磨剂0.5％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入50L水，在100r/min的转速下粉碎研磨1h，得到浆料，浆料中固体颗粒的粒度控制在1～10μm之间；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置15min后脱模，于不通风处晾干20h后移至烘箱中，升温到200℃烘干3h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在8h内缓慢升至1150℃，维持该温度烧结1h，然后控制温度在8h内降至室温，得到电热陶瓷。

实施例4

本实施例提供的一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：苏州土27％，莫来石45％，石英5％，钾长石3％，珍珠岩10％，蓝晶石8％，解凝剂1％，助磨剂1％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入50L水，在100r/min的转速下粉碎研磨0.5h，得到浆料，浆料中固体颗粒的粒度控制在1～10μm之间；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置30min后脱模，于不通风处晾干24h后移至烘箱中，升温到300℃烘干2h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在6h内缓慢升至1150℃，维持该温度烧结0.5h，然后控制温度在6h内降至室温，得到电热陶瓷。

实施例5

本实施例提供的一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：苏州土22％，莫来石30％，石英11％，钾长石4％，珍珠岩20％，蓝晶石12％，助磨剂1％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入50L水，在100r/min的转速下粉碎研磨1h，得到浆料，浆料中固体颗粒的粒度控制在1～10μm之间；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置20min后脱模，于不通风处晾干20h后移至烘箱中，升温到200℃烘干2h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在6h内缓慢升至1130℃，维持该温度烧结1h，然后控制温度在6h内降至室温，得到电热陶瓷。

实施例6

本实施例提供的一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：苏州土20％，莫来石27％，石英15％，钾长石5％，珍珠岩14％，蓝晶石19％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入50L水，在100r/min的转速下粉碎研磨0.5h，得到浆料，浆料中固体颗粒的粒度控制在1～10μm之间；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置25min后脱模，于不通风处晾干24h后移至烘箱中，升温到300℃烘干3h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在6h内缓慢升至1150℃，维持该温度烧结1h，然后控制温度在6h内降至室温，得到电热陶瓷。

实施例7

本实施例提供的一种高热稳定性的电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：苏州土28％，莫来石35％，石英6％，钾长石4％，珍珠岩12％，蓝晶石13％，解凝剂1％，助磨剂1％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入50L水，在100r/min的转速下粉碎研磨1h，得到浆料，浆料中固体颗粒的粒度控制在1～10μm之间；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置25min脱模，于不通风处晾干18h后移至烘箱中，升温到200℃烘干2h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在8h内缓慢升至1110℃，维持该温度烧结0.5h，然后控制温度在8h内降至室温，得到电热陶瓷。

对比例1

本对比提供的一种电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：堇青石30％，莫来石45％，矾土10％，粘土15％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入100L水，在100r/min的转速下粉碎研磨1h，得到浆料；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置30min后脱模，于不通风处晾干10h后移至烘箱中，升温到200℃烘干1h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在6h内缓慢升至900℃，维持该温度烧结0.5h，然后控制温度在6h内降至室温，得到电热陶瓷。

对比例2

本对比提供的一种电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：莫来石50％，矾土20％，粘土15％，石英15％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入100L水，在100r/min的转速下粉碎研磨1h，得到浆料；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置30min后脱模，于不通风处晾干12h后移至烘箱中，升温到150℃烘干1h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在8h内缓慢升至800℃，维持该温度烧结1h，然后控制温度在8h内降至室温，得到电热陶瓷。

对比例3

本对比提供的一种电热陶瓷，其配方按照重量百分比计包括：莫来石50％，矾土20％，锆英石15％，红柱石10％，氧化铝微粉5％。该电热陶瓷的制备工艺包括以下步骤：

研磨步骤：按照配方称取各组分得到共计200kg的固体料，将固体料置于湿式球磨机中，加入90L水，在100r/min的转速下粉碎研磨1h，得到浆料；

成型步骤：将上述浆料注入到多孔模具中，并在浆料中埋入电热丝，静置20min后脱模，于不通风处晾干16h后移至烘箱中，升温到200℃烘干1h，得到陶坯；

烧成步骤：将陶坯上釉后移至烧结炉中，控制温度在8h内缓慢升至1000℃，维持该温度烧结0.5h，然后控制温度在6h内降至室温，得到电热陶瓷。

试验例

采用实施例1-7与对比例1-3的的电热陶瓷，按照以下方法测试其热稳定性、抗热震性和热转化率，测试结果如表1所示。

1、热稳定性的测试采用以下方法：在完全密闭的空间内，将电热陶瓷加热至850℃目测有无开裂现象。有开裂现象为差，无开裂现象为优

2、抗热震性的测试采用以下方法：在电热陶瓷内部放置5-15mm的保温棉，升至最高温850℃，置于冷水中，反复测试目测有无开裂现象，测试次数大于55次为优，45～55次为良，35～45为中，小于35次为差。

3、热转化率根据GB/T 7287-2008《红外辐射加热器试验方法》测试得到。

表1：电热陶瓷热稳定性、抗热震性及热转化率测试

综上所述，本发明实施例1～7所提供的电热陶瓷，在加热至850℃时没有任何开裂现象。在抗热震性测试中，经受55次温度的急剧变化而无开裂现象，抗热震性能优异。而且本发明实施例1～7所提供的电热陶瓷的热转化效率高，能达到70％以上，比对比例1～3所提供的电热陶瓷高出7～20％，更是比传统的碳化硅元件高出25～30％。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高热稳定性的电热陶瓷，其特征在于，所述电热陶瓷由以下原料配方制成，所述原料配方按重量百分比计包括：苏州土20～30％，莫来石25～45％，石英5～20％，钾长石1～8％，珍珠岩5～20％，蓝晶石8～19％。

2.根据权利要求1所述的电热陶瓷，其特征在于，所述原料配方按重量百分比计包括：所述苏州土25～30％，所述莫来石27～38％，所述石英6～15％，所述钾长石3～6％，所述珍珠岩10～16％，所述蓝晶石11～13％。

3.根据权利要求1所述的电热陶瓷，其特征在于，所述原料配方按重量百分比计包括：所述苏州土25～28％，所述莫来石30～35％，所述石英8～13％，所述钾长石4～5％，所述珍珠岩12～14％，所述蓝晶石12～13％。

4.根据权利要求1所述的电热陶瓷，其特征在于，所述原料配方按重量百分比计还包括0.5～1％的解凝剂。

5.根据权利要求1所述的电热陶瓷，其特征在于，所述原料配方按重量百分比计还包括0.5～1％的助磨剂。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的高热稳定性的电热陶瓷的制备工艺，其特征在于，其包括以下步骤：

研磨步骤：按照所述原料配方称取各组分混合得到固体料，将所述固体料与水混合并研磨粉碎，得到浆料；

成型步骤：将所述浆料注浆成型并在其中埋入电热丝，然后脱模并干燥后，得到陶坯；

烧成步骤：所述陶坯经上釉、烧结，得到所述电热陶瓷。

7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，所述浆料中固体颗粒的粒度为1～10μm。

8.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述成型步骤还包括在埋入电热丝之后，脱模之前静置15～30min。

9.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，所述成型步骤中的干燥条件为：室温下晾干18～24h后在200～300℃的温度条件下烘干2～3h。

10.根据权利要求7或8所述的制备工艺，其特征在于，所述烧结的温度为1110-1150℃。