CN114561583B - 一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体及其制备方法。该加热体是由金属单质和金属氧化物混合均匀后，经压制、高温烧结而成；其中，金属单质为Fe、Ni中的一种或两者按任意比例的混合物，金属氧化物为Fe2O3、Cr2O3、NiO和Co2O3中的至少两者按任意比例的混合物。本发明所述发热体的相对磁导率为40000‑100000，电阻率为500～8000微欧·厘米，抗弯强度≥500MPa，在3‑5微米波段的红外发射率大于0.95，制备方法简单，成本低且效率高，适合用作有较高力学性能的小型发热体元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体及其制备方法，该材料属于电、磁光功能复合材料领域，可应用于小型发热元器件。
背景技术
随着高端智能装备的不断发展，小型发热元器件的需求和应用领域不断扩大，目前市场上普遍使用的微小型发热器件主要为铁氧体发热体，PTC电阻与MCH陶瓷材料。虽然一定程度上能满足各类设备的使用需求，然而还是存在着较多问题。比如铁氧体发热体加热温度受限，PTC热敏电阻元件易老化及稳定性差等，而MCH陶瓷往往制备工艺复杂、成本较高，也存在着产品质量不均匀等问题，这些不足会导致下游设备成本高或者质量不稳定。因此，急需开发一种低成本、工艺简单、可靠性高及可控性强的新型发热材料。
另一方面，红外辐射材料在提高传热效率，提高能源的利用方面具有广泛的应用前景，从传统的干燥、传热、节能环保方面逐步向高科技领域发展，航空航天、医疗保健等方面得到了广泛的使用。发射率越高，表明物质的辐射能力越强，加热效率越高。
Fe，Ni基复合材料是一种以铁和镍为基体的复合材料，关于金属基复合材料性能的研究主要集中在其力学性能上，而电学、磁性和光学特性方面的研究未见相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。该发热体的相对磁导率为40000-100000，电阻率为500～8000微欧·厘米，抗弯强度≥500MPa，在3-5微米波段的红外发射率大于0.95。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，其特征在于以质量分数计包括如下组分：金属30～60％、金属氧化物40～70％；其中，金属单质为Fe、Ni中的一种或两者按任意比例的混合物，金属氧化物为Fe2O3、Cr2O3、NiO和Co2O3中的至少两者按任意比例的混合物。
优选地，金属氧化物由Fe2O3、Cr2O3组成。进一步优选地，金属氧化物由Fe2O3、Cr2O3按质量比9:5组成。
优选地，所述发热体以质量分数计包括如下组分：Fe 0-30％，Ni 0-30％，NiO 0-12％，Fe2O3 12-25％，Co2O3 0-11％，Cr2O3粉7-45％；且Fe、Ni不同时为0。
进一步优选地，所述发热体以质量分数计包括如下组分：Fe 10％、Ni 20％、Cr2O345％，Fe2O3 25％，相对磁导率为56000，电阻率为8000μΩ·cm，抗弯强度为501Mpa，在3-5μm发射率为0.97；或者，以质量分数计包括如下组分：Fe 30％，Ni 30％、NiO 10％，Fe2O312％，Co2O3 11％，Cr2O3 7％，相对磁导率为93000，电阻率为500μΩ·cm，抗弯强度为743Mpa，在3-5μm发射率为0.95；或者，以质量分数计包括如下组分：Ni 30％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％，相对磁导率为63000，电阻率为1200μΩ·cm，抗弯强度为545Mpa，在3-5μm发射率为0.97；或者，以质量分数计包括如下组分：Fe 30％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％，相对磁导率为63000，电阻率为3160μΩ·cm，抗弯强度为521Mpa，在3-5μm发射率为0.97；或者，以质量分数计包括如下组分：Fe 20％，Ni 30％、NiO 12％，Fe2O3 13％，Co2O3 10％，Cr2O3 15％，相对磁导率为86000，电阻率为980μΩ·cm，抗弯强度为628Mpa，体在3-5μm发射率为0.96。
本发明还提供一种上述发热体的制备方法，按照组分的质量百分比将各原料进行混合均匀后压制成坯料，经高温烧结后，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
优选地，原料的纯度均不低于99％，均采用粉末。
优选地，原料的目数在50-500目。
进一步优选地，上述发热体的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)混料：按照组分的质量百分比称取金属单质粉末和金属氧化物粉末原料，添加无水乙醇后在混料机中混合均匀，得到混合粉末浆料；
(2)烘干：将步骤(1)所得混合粉末浆料进行真空烘干，温度为70～90℃，得到烘干后的粉料；
(3)模压成坯：将步骤(2)所得烘干后的粉料进行模压成坯，压制压力为200～400MPa，保压时间为0.5～2min，得到坯料；
(4)烧结：将步骤(3)所得坯料在氩气下烧结，烧结温度为1300-1400℃，保温时间为60～100min，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可通过调整原料中金属的比例及含量来调整发热体的相对磁导率，电阻率，抗弯强度；通过金属氧化物的含量和比例调整发热体的红外发射率。本发明所述发热体相对磁导率为40000-100000，电阻率为500～8000微欧·厘米，抗弯强度≥500MPa，可根据实际加热需要调整加热体外形，可应用于小型发热元器件；并且，本发明所述发热体适用于电磁加热和电阻加热,能在变化的磁场下和/或1.5V及以上的外加电流下快速加热(10秒内)至400℃以上，发热体在3-5微米波段红外发射率大于0.95，同时，发热体力学性能优越，具有加热响应速度快，加热效率高的特点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，以质量分数计包括如下组分：Fe 10％、Ni 20％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％。
上述发热体的制备方法，采用如下的步骤：
(1)混料：以质量分数计称取如下原料：Fe粉10％，Ni粉20％，Cr2O3粉45％，Fe2O3粉25％，将原料粉末添加无水乙醇后在混料机上混合均匀，时间为48h，得到混合粉末浆料；
(2)烘干：将步骤(1)所得混合粉末浆料进行真空烘干，温度为70℃，得到烘干后的粉料；
(3)模压成坯：将步骤(2)所得烘干后的粉料进行模压成坯，压制压力为200MPa，保压时间为2min，得到坯料；
(4)烧结：将步骤(3)所得坯料在氩气下烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为60min，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
上述制备得到的发热体经测试得到的结果如下：相对磁导率为56000，电阻率为8000μΩ·cm，抗弯强度为501Mpa，在3-5μm发射率为0.97。
实施例2
一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，以质量分数计包括如下组分：Fe 30％，Ni 30％、NiO 10％，Fe2O3 12％，Co2O3 11％，Cr2O3 7％。
上述发热体的制备方法，采用如下的步骤：
(1)混料：以质量分数计称取如下原料：Fe粉30％，Ni粉30％、NiO粉10％，Fe2O3粉12％，Co2O3粉11％，Cr2O3粉7％，将原料粉末添加无水乙醇后在混料机上混合均匀，时间为48h，得到混合粉末浆料；
(2)烘干：将步骤(1)所得混合粉末浆料进行真空烘干，温度为80℃，得到烘干后的粉料；
(3)模压成坯：将步骤(2)所得烘干后的粉料进行模压成坯，压制压力为300MPa，保压时间为1min，得到坯料；
(4)烧结：将步骤(3)所得坯料在氩气下烧结，烧结温度为1300℃，保温时间为60min，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
上述制备得到的发热体经测试得到的结果如下：相对磁导率为93000，电阻率为500μΩ·cm，抗弯强度为743Mpa，在3-5μm发射率为0.95。
实施例3
一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，以质量分数计包括如下组分：Ni 30％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％。
上述发热体的制备方法，采用如下的步骤：
(1)混料：以质量分数计称取如下原料：Ni粉30％、Cr2O3粉45％，Fe2O3粉25％，将原料粉末添加无水乙醇后在混料机上混合均匀，时间为48h，得到混合粉末浆料；
(2)烘干：将步骤(1)所得混合粉末浆料进行真空烘干，温度为90℃，得到烘干后的粉料；
(3)模压成坯：将步骤(2)所得烘干后的粉料进行模压成坯，压制压力为400MPa，保压时间为2min，得到坯料；
(4)烧结：将步骤(3)所得坯料在氩气下烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为100min，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
上述制备得到的发热体经测试得到的结果如下：相对磁导率为63000，电阻率为1200μΩ·cm，抗弯强度为545Mpa，在3-5μm发射率为0.97。
实施例4
一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，以质量分数计包括如下组分：Fe 30％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％。
上述发热体的制备方法，采用如下的步骤：
(1)混料：以质量分数计称取如下原料：Fe粉30％、Cr2O3粉45％，Fe2O3粉25％，将原料粉末添加无水乙醇后在混料机上混合均匀，时间为48h，得到混合粉末浆料；
(2)烘干：将步骤(1)所得混合粉末浆料进行真空烘干，温度为70℃，得到烘干后的粉料；
(3)模压成坯：将步骤(2)所得烘干后的粉料进行模压成坯，压制压力为300MPa，保压时间为0.5～2min，得到坯料；
(4)烧结：将步骤(3)所得坯料在氩气下烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为70min，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
上述制备得到的发热体经测试得到的结果如下：相对磁导率为63000，电阻率为3160μΩ·cm，抗弯强度为521Mpa，在3-5μm发射率为0.97。
实施例5
一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，以质量分数计包括如下组分：Fe 20％，Ni 30％、NiO 12％，Fe2O3 13％，Co2O3 10％，Cr2O3 15％。
上述发热体的制备方法，采用如下的步骤：
(1)混料：以质量分数计称取如下原料：Fe粉20％，Ni粉30％、NiO粉12％，Fe2O3粉13％，Co2O3粉10％，Cr2O3粉15％，将原料粉末添加无水乙醇后在混料机上混合均匀，时间为48h，得到混合粉末浆料；
(2)烘干：将步骤(1)所得混合粉末浆料进行真空烘干，温度为90℃，得到烘干后的粉料；
(3)模压成坯：将步骤(2)所得烘干后的粉料进行模压成坯，压制压力为300MPa，保压时间为1.5min，得到坯料；
(4)烧结：将步骤(3)所得坯料在氩气下烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为80min，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
上述制备得到的发热体经测试得到的结果如下：相对磁导率为86000，电阻率为980μΩ·cm，抗弯强度为628Mpa，在3-5μm发射率为0.96。
综上所述，本发明所述适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体的相对磁导率为40000-100000，电阻率为500～8000微欧·厘米，抗弯强度≥500MPa，在3-5微米波段的红外发射率大于0.95。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，其特征在于以质量分数计包括如下组分：Fe 0-30％，Ni 0-30％，NiO 0-12％，Fe2O3 12-25％，Co2O3 0-11％，Cr2O37-45％；且Fe、Ni不同时为0；
所述发热体的相对磁导率为40000-100000，电阻率为500-8000微欧·厘米，抗弯强度≥500MPa，在3-5微米波段的红外发射率大于0.95。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，其特征在于金属氧化物Fe2O3、Cr2O3的质量比为9:5。
3.根据权利要求1所述的一种适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体，其特征在于以质量分数计包括如下组分：Fe 10％、Ni 20％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％，相对磁导率为56000，电阻率为8000μΩ·cm，抗弯强度为501Mpa，在3-5μm发射率为0.97；或者，以质量分数计包括如下组分：Fe 30％，Ni 30％、NiO 10％，Fe2O3 12％，Co2O3 11％，Cr2O37％，相对磁导率为93000，电阻率为500μΩ·cm，抗弯强度为743Mpa，在3-5μm发射率为0.95；或者，以质量分数计包括如下组分：Ni 30％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％，相对磁导率为63000，电阻率为1200μΩ·cm，抗弯强度为545Mpa，在3-5μm发射率为0.97；或者，以质量分数计包括如下组分：Fe 30％、Cr2O3 45％，Fe2O3 25％，相对磁导率为63000，电阻率为3160μΩ·cm，抗弯强度为521Mpa，在3-5μm发射率为0.97；或者，以质量分数计包括如下组分：Fe 20％，Ni30％、NiO 12％，Fe2O3 13％，Co2O3 10％，Cr2O3 15％，相对磁导率为86000，电阻率为980μΩ·cm，抗弯强度为628Mpa，体在3-5μm发射率为0.96。
4.权利要求1-3中任意一项发热体的制备方法，其特征在于按照组分的质量百分比将各原料进行混合均匀后压制成坯料，经高温烧结后，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于原料的纯度均不低于99％，均采用粉末。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于原料的目数在50-500目范围。
7.权利要求1-3中任意一项发热体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)混料：按照组分的质量百分比称取金属单质粉末和金属氧化物粉末原料，添加无水乙醇后在混料机中混合均匀，得到混合粉末浆料；
(2)烘干：将步骤(1)所得混合粉末浆料进行真空烘干，温度为70～90℃，得到烘干后的粉料；
(3)模压成坯：将步骤(2)所得烘干后的粉料进行模压成坯，压制压力为200～400MPa，保压时间为0.5～2min，得到坯料；
(4)烧结：将步骤(3)所得坯料在氩气下烧结，烧结温度为1300-1400℃，保温时间为60～100min，得到适用于电磁加热、电阻加热的高红外发射率的发热体。
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