CN112087825A - 一种一体固结封装大功率电热管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体固结封装大功率电热管，包括陶瓷护管和电热丝，电热丝由细电热丝和粗电热丝组成，细电热丝的下端和粗电热丝的下端焊接，陶瓷护管内填充有高温导热材料和绝热保温材料，高温导热材料中预埋有热电偶，陶瓷护管上设置有绝缘接线盖，绝缘接线盖上设置有接线端子。本发明还公开了一种一体固结封装大功率电热管的制备方法，该方法将电热丝固结封装在陶瓷护管内。本发明将电热丝在陶瓷护管内固结封装成大功率电热管，降低了电热管的表面负载及热传导距离，实现了能源的高效利用，提高了电热管的使用寿命，避免了高温条件下电热元件软化失效等问题，相比较于现有电热管，具有结构功能一体的特性，同时具有更高的安全及运行稳定性。

Description

一种一体固结封装大功率电热管及其制备方法

技术领域

本发明属于电热元件技术领域，具体涉及一种一体固结封装大功率电热管及其制备方法。

背景技术

金属熔化保温炉是有色冶金行业对金属进行熔化、保温、净化、提纯的核心设备，特别是在热镀锌、压铸铝等领域，该类设备每年消耗的铝、锌分别占国内铝、锌资源消耗总量的35％和50％，市场规模巨大。近年来，科研人员在该领域开发出一种浸入式的内加热技术，该技术的特点是将金属熔液的坩埚外加热方式(类似于铁锅烧“水”的模式)转变为浸入式的内加热方式(类似于“热得快”烧“水”的模式)。将内加热器直接插入金属熔体，将内加热器内部的电热元件产生的能量传输给金属熔液，从而实现了对金属熔液加热和保温的目的。由于将能量的传输方向从传统的由外转内变为从内往外传热，因而获得了显著的节能降耗效果。然而，技术人员发现市场上现有的电热元件均不能满足使用要求，普遍存在着寿命低、功率小等问题。

究其根本，存在以下几方面原因：首先，由于内加热器的尺寸限制，要求电热元件在狭小的空间内具有大的功率密度；其次，为了提高热流密度，电热材料的工作温度和表面负载也远远高于传统外部加热的方式，一般工作温度(>1100℃)及表面负载(>4.8W/cm²)都接近电热材料的极限；还有，高温条件下电热材料的刚性大为降低，电热元件相互之间的绝缘要求也显著增大。因此，开发满足浸入式加热工程应用状态的大功率电热管就成为该领域的迫切问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种一体固结封装大功率电热管。该电热管通过电热丝密匝缠绕，表面涂覆绝缘涂层，高温导热材料固结封装，电热丝变径焊接以及预埋控温元件等途径实现了单端接电，降低了电热管的表面负载及热传导距离，降低了电热管芯部的发热量，精准控制了电热管的许用功率，实现了能源的高效利用，提高了电热管的整体使用寿命，具有结构功能一体特性，同时具有更高的安全及运行稳定性，能够适用于有色冶金领域的工程应用。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种一体固结封装大功率电热管，其特征在于，包括具有开口端的陶瓷护管和固结封装在所述陶瓷护管内的电热丝，所述电热丝由细电热丝和粗电热丝组成，所述细电热丝由密匝缠绕部分和第一引出部分组成，所述粗电热丝由竖直部分和第二引出部分组成，所述细电热丝的下端和所述粗电热丝的下端焊接并形成焊接点，所述陶瓷护管内填充有用于将密匝缠绕部分固结封装的高温导热材料，热电偶的一端预埋在所述高温导热材料内，所述高温导热材料上部填充有绝热保温材料，所述陶瓷护管的开口端设置有绝缘接线盖，所述绝缘接线盖上开设有三个接线端子孔，三个所述接线端子孔内设置有三个接线端子，所述第一引出部分、所述第二引出部分和所述热电偶均分别与三个所述接线端子连接。

上述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述细电热丝与粗电热丝的横截面积之比为1：(2～3)，所述细电热丝和粗电热丝的材质均为铁铬铝电热合金。

上述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述密匝缠绕部分的缠绕方式为单螺旋缠绕或双螺旋缠绕，所述细电热丝表面涂覆有绝缘涂层，所述粗电热丝的竖直部分位于所述陶瓷护管的轴线上。

上述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述热电偶外包裹有高温绝缘保护管，所述高温绝缘保护管的材质为氮化硅陶瓷或氧化铝陶瓷。

上述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述陶瓷护管的材质为碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷或赛隆陶瓷。

另外，本发明还提供了一种制备一体固结封装大功率电热管的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将细电热丝原料进行密匝缠绕，将密匝缠绕后的细电热丝原料的下端和粗电热丝的下端焊接后进行清洗，然后通电加热至900℃～1200℃后保温10min～20min，再将细电热丝原料拉长5％～10％，得到电热丝；

步骤二、将步骤一中得到的电热丝在绝缘涂层材料中进行浸渍，然后将电热丝通电加热，得到具有绝缘涂层的电热丝；所述绝缘涂层材料的制备方法为：将磷酸和氢氧化铝加入到去离子水中后进行搅拌，然后加入氧化铝、氧化镁及莫来石粉进行搅拌，得到绝缘涂层材料；所述绝缘涂层材料由以下质量分数的成分组成：磷酸35％～40％，去离子水35％～40％，氢氧化铝粉末12％～14％，氧化铝粉末6％，氧化镁粉末0.5％，余量为莫来石粉末；

步骤三、将步骤二中得到的具有绝缘涂层的电热丝与热电偶插入到模具中，并在模具中依次填入高温导热材料和绝热保温材料，然后在振动填实后浸入去离子水中，再在脱模后进行加热，得到一体固结电热材料；所述高温导热材料由以下质量分数的成分组成：改性氧化镁粉80％～85％，铝酸钙粉12％～17％，氢氧化铝粉2％，硅酸铝纤维1％；所述绝热保温材料为硅酸铝保温棉，所述加热的温度为80℃～100℃，时间为12h～24h；

步骤四、将浆料均匀涂覆在陶瓷护管的内表面，然后加热至60℃～80℃后保温1h～2h，再将步骤三中得到的一体固结电热材料插入到陶瓷护管内，并安装绝缘接线盖和接线端子，得到一体固结封装大功率电热管；所述浆料由质量比为1：(0.4～0.6)的六方氮化硼粉末和无水乙醇制备而成，所述一体固结封装大功率电热管的功率大于8kW。

本发明通过将细电热丝原料进行密匝缠绕，增大了细电热丝的表面积，降低了电热管的表面负载及热传导距离，提高了加热效率，通过通电加热保温，使细电热丝原料软化，并将细电热丝原料拉长，保证了密匝缠绕部分形成均匀的间隙，保证了细电热丝表面能够均匀涂覆有绝缘涂层，避免了细电热丝之间发生短路，通过将细电热丝和粗电热丝进行变径焊接，使细电热丝和粗电热丝构成电热丝，保证了电流能够导通，通过对电热丝表面进行清理，有利于后续涂覆绝缘涂层的进行，通过在绝缘涂层材料中进行浸渍后加热，使电热丝表面均匀涂覆有绝缘涂层，有效避免了电热丝在高温环境下相互短路，保证了一体固结封装大功率电热管的安全性，通过控制绝缘涂层材料的成分和制备方法，保证了绝缘涂层具有最佳的绝缘效果，同时不影响导热，通过将电热丝与热电偶在高温导热材料和绝热保温材料中进行固结，实现了一体固结封装，在不影响电阻丝的功效的前提下，有效的避免了陶瓷护管失效后的熔液漏电，高温条件下电热元件软化失效等问题，通过振动填实，提高了高温导热材料和绝热保温材料的结构强度，能够获得良好的致密度，并且不破坏电热丝的整体结构稳定性，通过浸入去离子水，有利于脱模，通过控制加热的参数，使高温导热材料和绝热保温材料固结，提高了一体固结电热材料的结构强度，通过控制高温导热材料和绝热保温材料的成分，保证了高温导热材料具有最佳的导热效果，保证了绝热保温材料具有最佳的绝热保温效果，通过在陶瓷护管的内表面涂覆浆料和控制浆料的配方，有利于一体固结电热材料的插入，保证了一体固结电热材料和陶瓷护管的紧密结合，通过安装绝缘接线盖和接线端子，将电热管内部的电热丝及封装材料与外界环境隔离，避免了热量溢出以及发生漏电的安全隐患，有利于电热丝和热电偶与控制系统连接。

上述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，步骤一中所述焊接为氩弧焊焊接，所述氩弧焊焊接采用A412不锈钢焊条。本发明采用氩弧焊接，降低了该类电热材料焊接点的焊接热应力，防止了焊点开裂，采用A412不锈钢焊条，得到的焊点的热电阻低，防止了焊点通电后的超温现象。

上述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，步骤三中所述振动填实的条件为：振幅为2mm～5mm，振动时间为20min～60min。本发明通过控制振动填实的条件，能够获得良好的封装材料致密度，并且不破坏电热丝的整体结构稳定性。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过细电热丝密匝缠绕在陶瓷护管内，为电热管提供了良好的抗熔液腐蚀、抗氧化性能及高温力学性能，通过电热丝变径焊接以及预埋控温元件实现了单端接电，降低了电热管芯部的发热量，降低电热管的表面负载及热传导距离，精准控制了电热管的许用功率，实现了能源的高效利用，提高了电热管的整体使用寿命。

2、本发明将具有绝缘涂层的电热丝在陶瓷护管内固结封装成大功率电热管，在不影响电热丝的功效的前提下，有效的避免了陶瓷护管失效后的熔液漏电，高温条件下电热元件软化失效等问题，相比较于现有电热管，具有结构功能一体的特性，同时具有更高的安全及运行稳定性。

3、本发明通过在电热丝表面制备绝缘涂层，有效避免了电热管在高温环境下相互短路失效，通过采用高温导热粉末封装，达到降低电热管内温度的效果，提高了电热管的热效率，提高了电热管的整体使用寿命。

4、本发明通过将细电热丝原料拉长，保证了密匝缠绕部分形成均匀的间隙，保证了细电热丝表面能够均匀涂覆有绝缘涂层，从而保证细电热丝不会发生短路，通过控制绝缘涂层材料的成分和制备方法，保证了绝缘涂层具有最佳的绝缘效果，通过控制高温导热材料和绝热保温材料的成分，保证了高温导热材料具有最佳的导热效果，保证了绝热保温材料具有最佳的绝热保温效果。

5、本发明提供的方法具有工艺简单，成本低的优点，制备的电热管具有高温性能好，寿命高的优势，能够适用于有色冶金领域的工程应用。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明一体固结封装大功率电热管的结构示意图。

附图标记说明：

1—陶瓷护管； 2—细电热丝； 2-1—密匝缠绕部分；

2-2—第一引出部分； 3—粗电热丝； 3-1—竖直部分；

3-2—第二引出部分； 4—高温导热材料； 5—绝热保温材料；

6—热电偶； 7—绝缘接线盖； 8—接线端子；

9—焊接点。

具体实施方式

本发明的一体固结封装大功率电热管通过实施例1进行详细描述。

如图1所示的一体固结封装大功率电热管，包括具有开口端的陶瓷护管1和固结封装在所述陶瓷护管1内的电热丝，所述电热丝由细电热丝2和粗电热丝3组成，所述细电热丝2由密匝缠绕部分2-1和第一引出部分2-2组成，所述粗电热丝3由竖直部分3-1和第二引出部分3-2组成，所述细电热丝2的下端和所述粗电热丝3的下端焊接并形成焊接点9，所述陶瓷护管1内填充有用于将密匝缠绕部分2-1固结封装的高温导热材料4，热电偶6的一端预埋在所述高温导热材料4内，所述高温导热材料4上部填充有绝热保温材料5，所述陶瓷护管1的开口端设置有绝缘接线盖7，所述绝缘接线盖7上开设有三个接线端子孔，三个所述接线端子孔内设置有三个接线端子8，所述第一引出部分2-2、所述第二引出部分3-2和所述热电偶6均分别与三个所述接线端子8连接。

本实施例实际使用时，将三个接线端子8分别接入IHF1000型内加热设备的加热器输出端及PID信号控制端，并将电热管放入炉中，对炉内进行加热。

本实施例中，电热管包括一端开口的陶瓷护管1和设置在所述陶瓷护管1内的电热丝，实际使用时，通过陶瓷护管1将外界环境与电热丝隔离，保证了电热丝的正常工作，实现了内加热，降低了热传导距离，提高了加热效率，在不影响电热丝的功效的前提下，有效的避免了电热丝漏电，高温条件下电热丝软化失效等问题。

本实施例中，电热丝由细电热丝2和粗电热丝3组成，实际使用时，由于细电热丝2的横截面积小于粗电热丝3，细电热丝2的长度大于粗电热丝3，且细电热丝2和粗电热丝3的材质相同，所以细电热丝2的电阻大于粗电热丝3，在通电加热时，细电热丝2的发热量大于粗电热丝3，电热管芯部自发热的能量将显著减小，降低了电热管芯部的温度，提高了电热管的整体使用寿命。

本实施例中，细电热丝2由密匝缠绕部分2-1和第一引出部分2-2组成，粗电热丝3由竖直部分3-1和第二引出部分3-2组成，细电热丝2的下端和粗电热丝3的下端焊接，实际使用时，通过密匝缠绕降低了电热管的表面负载及热传导距离，提高了加热效率，通过细电热丝2和粗电热丝3的连接，使电热丝整体形成回路，通过引出部分将电热丝整体与控制系统连接，保证了电热管的正常使用。

本实施例中，陶瓷护管1内填充有将细电热丝2密匝缠绕部分2-1封装的高温导热材料4，高温导热材料4上部填充有绝热保温材料5，实际使用时，通过高温导热材料4封装，将电热丝产生的热量及时导出，降低了电热管内的温度，提高了加热效率，保证了电热丝的安全使用，通过在高温导热材料4上部填充有绝热保温材料5，保证了电热丝产生的热量不会从电热管的上部流失，提高了电热管的热效率。

本实施例中，热电偶6的一端预埋在所述高温导热材料4内，实际使用时，通过热电偶6对电热管内的温度进行实时监测，精准控制电热管的许用功率，提高了电热管的适用性。

本实施例中，陶瓷护管1的开口端设置有绝缘接线盖7，绝缘接线盖7上开设有三个接线端子孔，三个所述接线端子孔内设置有三个接线端子8，第一引出部分2-2、第二引出部分3-2和热电偶6均分别与三个接线端子8连接，实际使用时，通过绝缘接线盖7将电热管内部的电热丝及封装材料与外界环境隔离，避免了热量溢出以及发生漏电的安全隐患，通过开有三个接线端子孔并设置接线端子8，有利于电热丝和热电偶6与控制系统连接。

本实施例中，细电热丝2与粗电热丝3的横截面积之比为1：(2～3)，细电热丝2和粗电热丝3的材质为铁铬铝电热合金，实际使用时，通过控制细电热丝2和粗电热丝3的横截面积之比，通过使细电热丝2和粗电热丝3的材质相同，且由于细电热丝2的长度大于粗电热丝3，保证了细电热丝2的电阻大于粗电热丝3，在通电加热时，细电热丝2的发热量大于粗电热丝3，电热管芯部自发热的能量将显著减小，降低了芯部温度，提高电热管的整体使用寿命，避免了横截面积之比过小导致的细丝焊接部分强度不足以及原材料浪费的不足，通过使用铁铬铝电热丝，具有良好的焊接特性，同时具有高温强度高，耐温性好的优点。

本实施例中，密匝缠绕部分2-1的缠绕方式为单螺旋缠绕或双螺旋缠绕，细电热丝2表面涂覆有绝缘涂层，粗电热丝3的竖直部分3-1位于所述陶瓷护管1的轴线上，实际使用时，通过采用单螺旋缠绕，具有成本低，实现工艺简单的优点，通过采用双螺旋缠绕，需要提供更多的电热丝，更加降低了电热管的表面负载，提高了电热管寿命，但制备过程复杂，在实际使用中可以根据实际需要选用两种缠绕方式中的任意一种，通过涂覆绝缘涂层和控制粗电热丝3的竖直部分3-1的位置，有效避免了电热丝在高温环境下相互短路，保证了一体固结封装大功率电热管的安全性。

本实施例中，热电偶6外包裹有高温绝缘保护管，高温绝缘保护管的材质为氮化硅陶瓷或氧化铝陶瓷，实际使用时，通过包裹氮化硅陶瓷或氧化铝陶瓷的高温绝缘保护管能够在具有良好高温强度的基础上，提供优异的绝缘特性，防止热电偶6信号错误及失效。

本实施例中，陶瓷护管1的材质为碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷或赛隆陶瓷，实际使用时，通过控制陶瓷护管1的材质，为电热管提供了良好的抗熔液腐蚀、抗氧化性能及高温力学性能。

本发明的一体固结封装大功率电热管的制备方法通过实施例2～实施例4进行详细描述。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将细电热丝2原料进行密匝缠绕，将密匝缠绕后的细电热丝2原料的下端和粗电热丝3的下端焊接后进行清洗，然后通电加热至1000℃后保温15min，再将细电热丝2原料拉长7％，得到由细电热丝2和粗电热丝3组成的电热丝；所述细电热丝2与粗电热丝3的横截面积之比为1：2.6，所述细电热丝2和粗电热丝3的材质均为铁铬铝电热合金，所述焊接为氩弧焊焊接，采用A412不锈钢焊条，所述密匝缠绕部分2-1的缠绕方式为双螺旋缠绕；

步骤二、将步骤一中得到的电热丝在绝缘涂层材料中进行浸渍，然后将电热丝通电加热，得到具有绝缘涂层的电热丝；所述绝缘涂层材料的制备方法为：将磷酸和氢氧化铝加入到去离子水中后进行搅拌，然后加入氧化铝、氧化镁及莫来石粉进行搅拌，得到绝缘涂层材料；所述绝缘涂层材料由以下质量分数的成分组成：磷酸37％，去离子水39％，氢氧化铝粉末13％，氧化铝粉末6％，氧化镁粉末0.5％，余量为莫来石粉末；

步骤三、将步骤二中得到的具有绝缘涂层的电热丝与热电偶6插入到模具中，并在模具中依次填入高温导热材料4和绝热保温材料5，然后在振动填实后浸入去离子水中，再在脱模后进行加热，得到一体固结电热材料；所述高温导热材料4由以下质量分数的成分组成：改性氧化镁粉82％，铝酸钙粉15％，氢氧化铝粉2％，硅酸铝纤维1％；所述绝热保温材料5为硅酸铝保温棉，所述加热的温度为90℃，时间为18h；所述热电偶6外包裹有高温绝缘保护管，所述高温绝缘保护管的材质为氧化铝陶瓷，所述振动填实的条件为：振幅为3mm，振动时间为40min；

步骤四、将浆料均匀涂覆在陶瓷护管1的内表面，然后加热至70℃后保温1.5h，再将步骤三中得到的一体固结电热材料插入到陶瓷护管1内，并安装绝缘接线盖7和接线端子8，得到一体固结封装大功率电热管；所述浆料由质量比为1：0.5的六方氮化硼粉末和无水乙醇制备而成；所述陶瓷护管1的材质为碳化硅陶瓷。

实施例3

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将细电热丝2原料进行密匝缠绕，将密匝缠绕后的细电热丝2原料的下端和粗电热丝3的下端焊接后进行清洗，然后通电加热至900℃后保温20min，再将细电热丝2原料拉长5％，得到由细电热丝2和粗电热丝3组成的电热丝；所述细电热丝2与粗电热丝3的横截面积之比为1：2，所述细电热丝2和粗电热丝3的材质均为铁铬铝电热合金，所述焊接为氩弧焊焊接，采用A412不锈钢焊条，所述密匝缠绕部分2-1的缠绕方式为单螺旋缠绕；

步骤二、将步骤一中得到的电热丝在绝缘涂层材料中进行浸渍，然后将电热丝通电加热，得到具有绝缘涂层的电热丝；所述绝缘涂层材料的制备方法为：将磷酸和氢氧化铝加入到去离子水中后进行搅拌，然后加入氧化铝、氧化镁及莫来石粉进行搅拌，得到绝缘涂层材料；所述绝缘涂层材料由以下质量分数的成分组成：磷酸35％，去离子水40％，氢氧化铝粉末12％，氧化铝粉末6％，氧化镁粉末0.5％，余量为莫来石粉末；

步骤三、将步骤二中得到的具有绝缘涂层的电热丝与热电偶6插入到模具中，并在模具中依次填入高温导热材料4和绝热保温材料5，然后在振动填实后浸入去离子水中，再在脱模后进行加热，得到一体固结电热材料；所述高温导热材料4由以下质量分数的成分组成：改性氧化镁粉80％，铝酸钙粉17％，氢氧化铝粉2％，硅酸铝纤维1％；所述绝热保温材料5为硅酸铝保温棉，所述加热的温度为80℃，时间为24h；所述热电偶6外包裹有高温绝缘保护管，所述高温绝缘保护管的材质为氧化铝陶瓷，所述振动填实的条件为：振幅为5mm，振动时间为20min；

步骤四、将浆料均匀涂覆在陶瓷护管1的内表面，然后加热至60℃后保温2h，再将步骤三中得到的一体固结电热材料插入到陶瓷护管1内，并安装绝缘接线盖7和接线端子8，得到一体固结封装大功率电热管；所述浆料由质量比为1：0.4的六方氮化硼粉末和无水乙醇制备而成；所述陶瓷护管1的材质为氮化硅陶瓷。

实施例4

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将细电热丝2原料进行密匝缠绕，将密匝缠绕后的细电热丝2原料的下端和粗电热丝3的下端焊接后进行清洗，然后通电加热至1200℃后保温10min，再将细电热丝2原料拉长10％，得到由细电热丝2和粗电热丝3组成的电热丝；所述细电热丝2与粗电热丝3的横截面积之比为1：3，所述细电热丝2和粗电热丝3的材质均为铁铬铝电热合金，所述焊接为氩弧焊焊接，采用A412不锈钢焊条，所述密匝缠绕部分2-1的缠绕方式为单螺旋缠绕；

步骤二、将步骤一中得到的电热丝在绝缘涂层材料中进行浸渍，然后将电热丝通电加热，得到具有绝缘涂层的电热丝；所述绝缘涂层材料的制备方法为：将磷酸和氢氧化铝加入到去离子水中后进行搅拌，然后加入氧化铝、氧化镁及莫来石粉进行搅拌，得到绝缘涂层材料；所述绝缘涂层材料由以下质量分数的成分组成：磷酸40％，去离子水35％，氢氧化铝粉末14％，氧化铝粉末6％，氧化镁粉末0.5％，余量为莫来石粉末；

步骤三、将步骤二中得到的具有绝缘涂层的电热丝与热电偶6插入到模具中，并在模具中依次填入高温导热材料4和绝热保温材料5，然后在振动填实后浸入去离子水中，再在脱模后进行加热，得到一体固结电热材料；所述高温导热材料4由以下质量分数的成分组成：改性氧化镁粉85％，铝酸钙粉12％，氢氧化铝粉2％，硅酸铝纤维1％；所述绝热保温材料5为硅酸铝保温棉，所述加热的温度为100℃，时间为12h；所述热电偶6外包裹有高温绝缘保护管，所述高温绝缘保护管的材质为氮化硅陶瓷，所述振动填实的条件为：振幅为2mm，振动时间为60min；

步骤四、将浆料均匀涂覆在陶瓷护管1的内表面，然后加热至80℃后保温1h，再将步骤三中得到的一体固结电热材料插入到陶瓷护管1内，并安装绝缘接线盖7和接线端子8，得到一体固结封装大功率电热管；所述浆料由质量比为1：0.6的六方氮化硼粉末和无水乙醇制备而成；所述陶瓷护管1的材质为赛隆陶瓷。

将实施例2～实施例4制备的一体固结封装大功率电热管进行性能测试，见表1；电热管稳定使用时的内外温差通过测量电热管下端外表面和电热管下端芯部的温差得出，所述电热管下端外表面指陶瓷护管1填充有高温导热材料4部分的外表面，所述电热管下端芯部指陶瓷护管1填充有高温导热材料4部分的中心；电热管稳定使用时的上下温差通过测量接线端子8和电热管下端外表面的温差得出，所述电热管下端外表面指陶瓷护管1填充有高温导热材料4部分的外表面。

表1

从表1中可以看出，本发明实施例2～实施例4制备的一体固结封装大功率电热管的功率均不小于8kW，符合大功率的要求，电热丝表面负载均不大于3.3W/cm²，能够确保电热丝在长期使用时不过载，电热管极限使用温度均不小于1100℃，适用于极高温度下进行使用，电热管使用时内外温差均不大于250℃，说明电热管内产生的热量可以快速传递至电热管外，提高了加热的热效率，电热管使用时上下温差均不小于850℃，说明电热丝产生的热量被集中在电热管下部，提高了加热的热效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种一体固结封装大功率电热管，其特征在于，包括具有开口端的陶瓷护管(1)和固结封装在所述陶瓷护管(1)内的电热丝，所述电热丝由细电热丝(2)和粗电热丝(3)组成，所述细电热丝(2)由密匝缠绕部分(2-1)和第一引出部分(2-2)组成，所述粗电热丝(3)由竖直部分(3-1)和第二引出部分(3-2)组成，所述细电热丝(2)的下端和所述粗电热丝(3)的下端焊接并形成焊接点(9)，所述陶瓷护管(1)内填充有用于将密匝缠绕部分(2-1)固结封装的高温导热材料(4)，热电偶(6)的一端预埋在所述高温导热材料(4)内，所述高温导热材料(4)上部填充有绝热保温材料(5)，所述陶瓷护管(1)的开口端设置有绝缘接线盖(7)，所述绝缘接线盖(7)上开设有三个接线端子孔，三个所述接线端子孔内设置有三个接线端子(8)，所述第一引出部分(2-2)、所述第二引出部分(3-2)和所述热电偶(6)均分别与三个所述接线端子(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述细电热丝(2)与粗电热丝(3)的横截面积之比为1：(2～3)，所述细电热丝(2)和粗电热丝(3)的材质均为铁铬铝电热合金。

3.根据权利要求1所述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述密匝缠绕部分(2-1)的缠绕方式为单螺旋缠绕或双螺旋缠绕，所述细电热丝(2)表面涂覆有绝缘涂层，所述粗电热丝(3)的竖直部分(3-1)位于所述陶瓷护管(1)的轴线上。

4.根据权利要求1所述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述热电偶(6)外包裹有高温绝缘保护管，所述高温绝缘保护管的材质为氮化硅陶瓷或氧化铝陶瓷。

5.根据权利要求1所述的一体固结封装大功率电热管，其特征在于，所述陶瓷护管(1)的材质为碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷或赛隆陶瓷。

6.一种制备如权利要求1-5中任一权利要求所述的一体固结封装大功率电热管的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将细电热丝(2)原料进行密匝缠绕，将密匝缠绕后的细电热丝(2)原料的下端和粗电热丝(3)的下端焊接后进行清洗，然后通电加热至900℃～1200℃后保温10min～20min，再将细电热丝(2)原料拉长5％～10％，得到电热丝；

步骤二、将步骤一中得到的电热丝在绝缘涂层材料中进行浸渍，然后将电热丝通电加热，得到具有绝缘涂层的电热丝；所述绝缘涂层材料的制备方法为：将磷酸和氢氧化铝加入到去离子水中后进行搅拌，然后加入氧化铝、氧化镁及莫来石粉进行搅拌，得到绝缘涂层材料；所述绝缘涂层材料由以下质量分数的成分组成：磷酸35％～40％，去离子水35％～40％，氢氧化铝粉末12％～14％，氧化铝粉末6％，氧化镁粉末0.5％，余量为莫来石粉末；

步骤三、将步骤二中得到的具有绝缘涂层的电热丝与热电偶(6)插入到模具中，并在模具中依次填入高温导热材料(4)和绝热保温材料(5)，然后在振动填实后浸入去离子水中，再在脱模后进行加热，得到一体固结电热材料；所述高温导热材料(4)由以下质量分数的成分组成：改性氧化镁粉80％～85％，铝酸钙粉12％～17％，氢氧化铝粉2％，硅酸铝纤维1％；所述绝热保温材料(5)为硅酸铝保温棉，所述加热的温度为80℃～100℃，时间为12h～24h；

步骤四、将浆料均匀涂覆在陶瓷护管(1)的内表面，然后加热至60℃～80℃后保温1h～2h，再将步骤三中得到的一体固结电热材料插入到陶瓷护管(1)内，并安装绝缘接线盖(7)和接线端子(8)，得到一体固结封装大功率电热管；所述浆料由质量比为1：(0.4～0.6)的六方氮化硼粉末和无水乙醇制备而成，所述一体固结封装大功率电热管的功率大于8kW。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤一中所述焊接为氩弧焊焊接，所述氩弧焊焊接采用A412不锈钢焊条。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤三中所述振动填实的条件为：振幅为2mm～5mm，振动时间为20min～60min。

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