CN1140159C - 一种电加热体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种电加热体及其制备方法，包括电加热基体，电加热基体的外表面设有一层纳米金属基远红外辐射薄膜层，该金属基远红外辐射薄膜层的表面设有一层石英玻璃粉层，石英玻璃粉层的表面设有一层纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层。该复合导电膜层能激发纳米金属基远红外辐射薄膜层的远红外热效应，具有较宽的波长范围和较高的辐射强度，其远红外波长在3um-600um的范围内，热效率高，且该电加热体无任何有害辐射性，使用方便。
Description
本发明涉及一种电加热体及其制备方法。
目前，常用的电加热方式是采用电阻丝、导电膜等形式的传导、扩散式加热，广泛应用于各领域，但上述加热方式的缺点是加热速度慢、热效率低。远红外是波长3um-1000um范围的电磁波，具有直线传播、反射、干涉、折射、衍射等现象，并具有本身特有的红外辐射特性。水被远红外射线辐射时，水的偶极子和自由电荷在电磁场的作用下，便按照电磁波的方向重新排列，分子、原子剧烈的无规则运动使水温快速升高，即所谓的远红外热效应。当远红外辐射度足够强时，即可使水在流动状态下被迅速加热。自然界中能发射远红外的物质很多，不同物质其辐射度和主波长不同，而在实际应用中要求辐射度高而且恒定。根据实验，当水的压力P＞0.05MPa，初始水温15度时，流经直径20mm、长600mm内壁光滑的管子的时间约0.8-1.1秒，水的温升22度时所需的功率为2-3KW，最佳远红外波长在30-250um之间，辐射率大于0.96。而单质材料一般只能在某一特定的较窄的波长范围内有较高的辐射度，不能达到预期的效果。
本发明的目的是提供一种基于远红外热效应的电加热体及其制备方法，该电加热体的热效率高，使用方便。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：包括电加热基体，电加热基体的外表面设有一层纳米金属基远红外辐射薄膜层，该金属基远红外辐射薄膜层的表面设有一层石英玻璃粉层，石英玻璃粉层的表面设有一层纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层。
所述的纳米金属基远红外辐射薄膜层以组合物总重量为基准，其组成为：AL：0.55-1.6％；Mg：0.4-1.2％；Ca：0.45-1.4％；Cr：0.26-0.4％；Ni：0.32-0.8％；Fe：0.24-0.6％；Zr：0.38-1％；Ti：0.15-0.6％；Na：0.13-0.3％；Sn：0.07-0.3％；Pb：0.15-0.8％；Si：10-25％；SnO2：66-87％；其粒度为0.1um，膜层厚度为0.7-0.9um。
所述的石英玻璃粉层的厚度为0.08-0.11mm；纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层的厚度为0.6-0.8um。
该电加热体的制备方法是：将AL2O3、MgO、CaCO3、CrO3、8b2O3、FeCL3、SnCL4、TiO2、SiO2、ZrO2、NaCL进行水解或醇解，溶解后采用热喷烘干法，制得各种单质；将制得的各种单质按以下重量比混合：AL：0.55-1.6％；Mg：0.4-1.2％；Ca：0.45-1.4％；Cr：0.26-0.4％；Ni：0.32-0.8％；Fe：0.24-0.6％；Zr：0.38-1％；Ti：0.15-0.6％；Na：0.13-0.3％；Sn：0.07-0.3％；Pb：0.15-0.8％；Si 10-25％；SnO2：66-87％；在2380度以下烧结、粉碎，再烧结、粉碎，制得粒度为0.1um的复合粉末材料；将粒度为0.1um的复合粉末材料，采用电阻式加热真空蒸发法在电加热基体上制成一种永久性的纳米金属基远红外辐射薄膜层；再在该纳米金属基远红外辐射薄膜层的表面喷涂一层粒度为0.2um的石英玻璃粉层，置于500-800度下烧结；水解四氯化锡，将SnCL4∶H2O∶HCL按重量比为1.5∶15∶0.1进行混合，充分溶解后加氨水调PH值为7，过滤得到白色沉淀物，再加氧、加热至140度得到二氧化锡(SnO2)晶体材料；再醇解三氯化锑，将SbCL3∶C2H5OH按重量比为1∶1进行混合，充分溶解后得到淡蓝色沉淀物，再加氧得氧化锑(SbO)晶体材料；将二氧化锡和氧化锑溶液按重量比为10∶1进行混合，后喷射到800度的陶瓷体上，冷却后放入水中水解反应而沉积出一种蓝色的金属氧化物多格晶体，将所得的金属氧化物加入到聚丙烯酰胺中，在0度状态下进行搅拌，达到凝胶状态，再将上述制成的电加热基体浸在上述的凝胶中，取出后在100-860度的烘箱中烘干，反复两次，制得一层纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层。
通过上述方法制成的电加热体，是在电加热基体的外表面设有一层纳米金属基远红外辐射薄膜层，该金属基远红外辐射薄膜层的表面设有一层石英玻璃粉层，石英玻璃粉层的表面设有一层纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层。该复合导电膜层能激发纳米金属基远红外辐射薄膜层的远红外热效应，具有较宽的波长范围和较高的辐射强度，其远红外波长在3um-600um的范围内，热效率高，且该电加热体无任何有害辐射性，使用方便。
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明：
首先将含有所需单质的氧化物、碳化物、氯化物进行还原反应，制取单质，选用的材料有：AL2O3、MgO、CaCO3、CrO3、Sb2O3、FeCL3、SnCL4、TiO2、SiO2、ZrO2、NaCL，将上述材料进行水解或醇解，溶解后采用热喷烘干法，制得各种单质；将制得的各种单质按以下重量比混合：AL：0.55-1.6％；Mg：0.4-1.2％；Ca：0.45-1.4％；Cr：0.26-0.4％；Ni：0.32-0.8％；Fe：0.24-0.6％；Zr：0.38-1％；Ti：0.15-0.6％；Na：0.13-0.3％；Sn：0.07-0.3％；Pb：0.15-0.8％；Si：10-25％；SnO2：66-87％。在2380度以下烧结、粉碎，再烧结、粉碎，制得粒度为0.1um的复合粉末材料；将粒度为0.1um的复合粉末材料，采用电阻式加热真空蒸发法在电加热基体上制成一种永久性的纳米金属基远红外辐射薄膜层，其膜厚0.7-0.9um。如基体为直径20mm、长150mm的石英玻璃管，远红外辐射膜厚0.7-0.9um，制膜时要求真空度小于或等于-6Pa，膜的沉积速度大于或等于100秒，基体表面温度小于或等于1100度，基体在制膜后要进行氧化退火，当退火温度下降到300度时，对基体充氧，直至温度降为室温。当然，远红外辐射薄膜层也可以制成凝胶涂刷在其它基体上。再在该纳米金属基远红外辐射薄膜层的表面喷涂一层粒度为0.2um的石英玻璃粉层，置于500-800度下烧结，该层作为绝缘层，其厚度为0.08-0.11mm。但纳米金属基远红外辐射薄膜层自身的远红外辐射能力较低，远远达不到升高水温的辐射度要求，还必须借助电的作用，在电的激发下，纳米金属基远红外辐射薄膜层能达到较高的远红外激发度，这就需要在其表面再附着一层纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层，其制备过程是：水解四氯化锡，将SnCL4∶H2O∶HCL按重量比为1.5∶15∶0.1进行混合，充分溶解后加氨水调PH值为7，过滤得到白色沉淀物，再加氧、加热至140度得到二氧化锡(SnO2)晶体材料；再醇解三氯化锑，将SbCL3∶C2H5OH按重量比为1∶1进行混合，充分溶解后得到淡蓝色沉淀物，再加氧得氧化锑(SbO)晶体材料；将二氧化锡和氧化锑溶液按重量比为10∶1进行混合，后喷射到800度的陶瓷体上，冷却后放入水中水解反应而沉积出一种蓝色的金属氧化物多格晶体，是N型半导体的低阻电加热材料，此时也叫做前驱体置备，粒度在6um以下。将所得的金属氧化物加入到聚丙烯酰胺中，在0度状态下进行搅拌，达到凝胶状态备用，再将设有纳米金属基远红外辐射薄膜层和石英玻璃粉层的石英玻璃管(或其它基体材料)浸在上述的凝胶中，取出后在100-860度的烘箱中烘干，反复两次，即制成纳米复合导电膜层，膜厚为0.6-0.8um。烘干时，木材、石材类衬底材料可在100-300度范围内烘干约8小时；玻璃、陶瓷类衬底材料可在600-860度范围内烘干约5小时。其成品参数为：1)在1秒内2500伏交流电不得击穿；2)耐酸碱，在浓氢氧化钠、浓硫酸或浓盐酸中浸泡72小时，电阻值减小不大于7-9％；3)耐水冲洗，在100度沸水中浸泡72小时，电阻值变化不大于3-6％；4)方阻，0.07-0.10欧；5)功率，8-30W/CM2；6)远红外辐射度大于或等于0.96；7)抗压强度大于或等于0.5MPa；8)绝缘性能大于或等于20兆欧；9)工作电压，直流12-220V、交流36-380V；10)耐久性，220V交流电压下连续工作10000小时；11)热效率大于或等于96％；12)环保型，无任何有害辐射性。本发明可用于水、油等液体加热，湿料烘干，固体加热，空气加热，采暖换热等热源材料，亦可用于制造流动状态下、固定状态下各种几何形状的加热体和装置。
Claims (5)
1、一种电加热体，包括电加热基体，其特征在于：电加热基体的外表面设有一层纳米金属基远红外辐射薄膜层，所述的纳米金属基远红外辐射薄膜层以组合物总重量为基准，其组成为：AL：0.55-1.6％；Mg：0.4-1.2％；Ca：0.45-1.4％；Cr：0.26-0.4％；Ni：0.32-0.8％；Fe：0.24-0.6％；Zr：0.38-1％；Ti：0.15-0.6％；Na：0.13-0.3％；Sn：0.07-0.3％；Pb：0.15-0.8％；Si：10-25％；SnO2：66-87％；该金属基远红外辐射薄膜层的表面设有一层石英玻璃粉层，石英玻璃粉层的表面设有一层纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层。
2、根据权利要求1所述的电加热体，其特征在于：所述的纳米金属基远红外辐射薄膜层粒度为0.1um，膜层厚度为0.7-0.9um。
3、根据权利要求1所述的电加热体，其特征在于：所述的石英玻璃粉层的厚度为0.08-0.11mm。
4、根据权利要求1所述的电加热体，其特征在于：所述的纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层的厚度为0.6-0.8um。
5、权利要求1所述的电加热体的制备方法，其特征在于：将AL2O3、MgO、CaCO3、CrO3、Sb2O3、FeCL3、SnCL4、TiO2、SiO2、ZrO2、NaCl进行水解或醇解，溶解后采用热喷烘干法，制得各种单质；将制得的各种单质按以下重量比混合：AL：0.55-1.6％；Mg：0.4-1.2％；Ca：0.45-1.4％；Cr：0.26-0.4％；Ni：0.32-0.8％；Fe：0.24-0.6％；Zr：0.38-1％；Ti：0.15-0.6％；Na：0.13-0.3％；Sn：0.07-0.3％；Pb：0.15-0.8％；Si：10-25％；SnO2：66-87％；在2380度以下烧结、粉碎，再烧结、粉碎，制得粒度为0.1um的复合粉末材料；将粒度为0.1um的复合粉末材料，采用电阻式加热真空蒸发法在电加热基体上制成一种永久性的纳米金属基远红外辐射薄膜层；再在该纳米金属基远红外辐射薄膜层的表面喷涂一层粒度为0.2um的石英玻璃粉层，置于500-800度下烧结；水解四氯化锡，将SnCL4∶H2O∶HCL按重量比为1.5∶15∶0.1进行混合，充分溶解后加氨水调PH值为7，过滤得到白色沉淀物，再加氧、加热至140度得到二氧化锡晶体材料；再醇解三氯化锑，将SbCL3∶C2H5OH按重量比为1∶1进行混合，充分溶解后得到淡蓝色沉淀物，再加氧得氧化锑晶体材料；将二氧化锡和氧化锑溶液按重量比为10∶1进行混合，后喷射到800度的陶瓷体上，冷却后放入水中水解反应而沉积出一种蓝色的金属氧化物多格晶体，将所得的金属氧化物加入到聚丙烯酰胺中，在0度状态下进行搅拌，达到凝胶状态，再将上述制成的电加热基体浸在上述的凝胶中，取出后在100-860度的烘箱中烘干，反复两次，制得一层纳米二氧化锡和氧化锑复合导电膜层。
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