CN101811148A - 一种陶瓷涂层电加热辊的加工方法 - Google Patents

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程双才
张华�
蒋建敏
方伟
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一种陶瓷涂层电加热辊的加工方法。涉及一种发热陶瓷材料加热辊的加工方法。本发明的产品加热方式非常简便，加热均匀、节能。主要加工步骤是：1)制辊核；2)涂覆陶瓷绝缘层；3)涂覆陶瓷电发热层；4)表面磨削；对陶瓷电发热层的外表面进行磨削，至粗糙度Ra为0.80～0.025。它的特点是：(1)由于辊体表面的加热层较薄，可以减少热容量，由此可以缩短加热时间。(2)由于加热层由陶瓷材料形成，刚性适度且耐磨，所以耐久性优良。(3)只需严格控制喷涂工艺，使得喷涂涂层均匀，即可保证加热辊加热均匀。制得的加热辊的加热方法可以有效解决其他加热方式所需复杂辅助设备及加热不均匀的问题，具有升温快、节能、温度均匀、环保安全等特点。

Description

一种陶瓷涂层电加热辊的加工方法
技术领域
本发明涉及一种主要用于造纸、印刷、打印、复印、纺织、橡胶、塑料、化纤行业的加热辊的加工方法，尤其涉及一种发热陶瓷材料加热辊的加工方法。
背景技术
采用加热辊对产品进行加热及加工，是目前在造纸、印刷、打印、复印、纺织、橡胶、塑料、化纤行业所普遍采取的手段，特别是对于薄片卷筒类的产品进行烘干、定向、层压、压纹、压花、膜挤出等工艺，更适合应用加热辊对所加工的产品进行加热及加工。
目前使用的加热辊的加热方式有蒸汽加热、油水液态加热、感应加热和电加热几种方式。其中，蒸汽加热是通过锅炉将过热蒸汽送入加热辊内，对加热辊进行加热，这种加热方式需要压力容器，存在输送管线长，容易发生泄漏和锈蚀及压力容器的定期检修等问题，已经越来越少被人们采用。油加热则需要在设备旁设置一个产生热油的油站，通过油泵将热油泵入加热辊内，对加热辊进行加热，这种加热方式虽然效果较好，但却存在油泵噪音大，能耗大，且容易发生泄漏等问题，对工艺操作者的健康也会造成问题；电加热分电热管直接加热和电磁感应加热两种方式。电热管直接加热是将电热管直接置入加热辊内，通过电热管发热来加热加热辊；电磁感应加热则是利用电磁感应发热的原理对加热辊进行加热。由于电加热具有干净，噪音小、效率高等优点，受到越来越多的采用，成为了加热辊的加热主要采用的方式。但该加热方式中存在的首要问题就是需要额外的电热管和感应辅助设备，成本较高，且辊筒表面加热温度不易控制均匀而影响产品质量，对于一些要求很高的产品难以满足要求。第二个问题是温度检测方法和检测点很难选择，造成温度控制精度低，也影响产品的质量。因此很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有加热辊加热方式所存在的问题，提出一种加热方式非常简便，加热均匀、节能的陶瓷涂层电加热辊的加工方法。
本发明的技术方案是按以下步骤加工：
1)、制辊核；选钢、不锈钢、黄铜、铝、玻璃或玻璃钢合成材料加工呈管状，外表面采用喷砂工艺加工至粗糙度Ra为6.3～3.2；
2)、涂覆陶瓷绝缘层；将辊核清理洁净后，装夹在回转盘上，采用等离子喷涂装置，将粒径20～40μm、纯度至少为98％的Al2O3粉末均匀喷涂在辊核外表面，喷涂厚度为180～220μm，冷却、干燥；
3)、涂覆陶瓷电发热层；首先，将1cm宽的导电铜片设置在涂覆有管状辊核两端管口处陶瓷绝缘层之上；然后，采用9M等离子喷涂装置将TiO2粉末均匀喷涂在陶瓷绝缘层、两端导电铜片的外表面，喷涂时，氢气流量控制在1L/min，室温电阻在110～130Ω，喷涂厚度为320～380μm；干燥后，在两端导电铜片上连接通电电极，达85～95℃后保温4小时；最后，冷却；
4)、表面磨削；对陶瓷电发热层的外表面进行磨削，至粗糙度Ra为0.80～0.025；制得。
所述的TiO2粉末的重量组分为TiO295～97％、Al2O31.5～1.8％、SiO20.45～0.52％、P2O50.40～0.45％、Fe2O30.32～0.35％、K2O0.15～0.18％、Nb2O50.13～0.18％、CaO0.11～0.16％、Na2O0.09～0.12％、ZrO20.05～0.08％、MgO0.03～0.04％。
本发明只需对陶瓷涂层中的加热层通电，使其发热后直接对表面接触物体进行热量传递。它的特点是：(1)由于辊体表面的加热层较薄，可以减少热容量，由此可以缩短加热时间。(2)由于加热层由陶瓷材料形成，刚性适度且耐磨，所以耐久性优良。(3)只需严格控制喷涂工艺，使得喷涂涂层均匀，即可保证加热辊加热均匀。本发明所提出的加热辊的加热方法可以有效解决其他加热方式所需复杂辅助设备及加热不均匀的问题，具有升温快、节能、温度均匀、环保安全等特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图中1、通电电极，2、导电铜片，3、陶瓷电发热层，4、陶瓷绝缘层，5、辊核。
图2为图1的左视图
图3为本发明陶瓷电发热层电导率随温度变化的曲线图
具体实施方式
本发明的陶瓷涂层电加热辊的加工方法是按以下步骤加工：
1)、制辊核；选钢、不锈钢、黄铜、铝、玻璃或玻璃钢合成材料加工呈管状，外表面采用喷砂工艺加工至粗糙度Ra为6.3～3.2；以便于陶瓷绝缘层的附着。
2)、涂覆陶瓷绝缘层；将辊核清理洁净后，装夹在回转盘上，采用等离子喷涂装置，将粒径20～40μm、纯度至少为98％的Al2O3粉末均匀喷涂在辊核外表面，喷涂厚度为180～220μm，冷却、干燥；
3)、涂覆陶瓷电发热层；首先，将1cm宽的导电铜片设置在涂覆有管状辊核两端管口处陶瓷绝缘层之上；然后，采用9M等离子喷涂装置将TiO2粉末均匀喷涂在陶瓷绝缘层、两端导电铜片的外表面，喷涂时，氢气流量控制在1L/min，室温电阻在110～130Ω，喷涂厚度为320～380μm；干燥后，在两端导电铜片上连接通电电极，达85～95℃后保温4小时；最后，冷却；
4)、表面磨削；对陶瓷电发热层的外表面进行磨削，至粗糙度Ra为0.80～0.025；以适应应用时的需要，制得。
所述的TiO2粉末的重量组分为TiO295～97％、Al2O31.5～1.8％、SiO20.45～0.52％、P2O50.40～0.45％、Fe2O30.32～0.35％、K2O0.15～0.18％、Nb2O50.13～0.18％、CaO0.11～0.16％、Na2O0.09～0.12％、ZrO20.05～0.08％、MgO0.03～0.04％。
采用等离子喷涂装置喷涂TiO2粉末、Al2O3粉末时的加工参数如下表。
Figure B2009100244999D0000041
Figure B2009100244999D0000051
实施例一
如图1、2所示，辊核5采用20号低碳钢管(直径3mm，长140mm，壁厚3mm)，至少有包含一个陶瓷电绝缘层4，一个陶瓷电发热层3，在加热层两端设有导电铜片2和通电电极1。陶瓷涂层体系的制备步骤如下：首先将钢管表面进行喷砂处理，然后采用9M等离子喷涂***在现有技术条件下在管外壁表面依次喷涂厚约200μm用于绝缘的Al2O3涂层和约350μm厚的TiO2涂层。其中TiO2喷涂条件氢气流量控制在1L/min。加热层室温电阻在120Ω的范围内。在加热层末端1cm宽带加电极铜片，使加热层与电极紧密接触。对加热辊通电达到90℃后保温4小时，加热辊涂层体系无异常变化。加热层电导率随温度变化规律见图3中的C2曲线。
实施例二
如图1、2所示，辊核5是20号低碳钢管(直径3mm，长140mm，壁厚3mm)，至少有包含一个陶瓷电绝缘层4，一个陶瓷电发热层3，在加热层两端设有导电铜片2和通电电极1。陶瓷涂层体系的制备步骤如下：首先将钢管表面进行喷砂处理，然后采用9M等离子喷涂***在现有技术条件下在管外壁表面依次喷涂厚约200μm用于绝缘的Al2O3涂层和约350μm厚的TiO2涂层。其中TiO2喷涂条件氢气流量控制在4L/min。加热层室温电阻在14Ω的范围内。在加热层末端1cm宽带加电极铜片，使加热层与电极紧密接触。对加热辊通电达到150℃后保温4小时，加热辊涂层体系无异常变化。加热层电导率随温度变化规律见图3中的C3曲线。
实施例三
如图1、2所示，辊核5是20号低碳钢管(直径3mm，长140mm，壁厚3mm)，至少有包含一个陶瓷电绝缘层4，一个陶瓷电发热层3，在加热层两端设有导电铜片2和通电电极1。陶瓷涂层体系的制备步骤如下：首先将钢管表面进行喷砂处理，然后采用9M等离子喷涂***在现有技术条件下在管外壁表面依次喷涂厚约200μm用于绝缘的Al2O3涂层和约350μm厚的TiO2涂层。其中TiO2喷涂条件氢气流量控制在8L/min。加热层室温电阻在10Ω的范围内。在加热层末端1cm宽带加电极铜片，使加热层与电极紧密接触。对加热辊通电达到150℃后保温4小时，加热辊涂层体系无异常变化。加热层电导率随温度变化规律见图3中的C4曲线。
实施例四
如图1、2所示，辊核5是20号低碳钢管(直径3mm，长140mm，壁厚3mm)，至少有包含一个陶瓷电绝缘层4，一个陶瓷电发热层3，在加热层两端设有导电铜片2和通电电极1。陶瓷涂层体系的制备步骤如下：首先将钢管表面进行喷砂处理，然后采用9M等离子喷涂***在现有技术条件下在管外壁表面依次喷涂厚约200μm用于绝缘的Al2O3涂层和约350μm厚的TiO2涂层。其中TiO2喷涂条件氢气流量控制在12L/min。加热层室温电阻在6Ω的范围内。在加热层末端1cm宽带加电极铜片，使加热层与电极紧密接触。对加热辊通电达到150℃后保温4小时，加热辊涂层体系无异常变化。加热层电导率随温度变化规律见图3中的C5曲线。

Claims (2)

1.一种陶瓷涂层电加热辊的加工方法，其特征在于，按以下步
骤加工：
1)、制辊核；选钢、不锈钢、黄铜、铝、玻璃或玻璃钢合成材料加工呈管状，外表面采用喷砂工艺加工至粗糙度Ra为6.3～3.2；
2)、涂覆陶瓷绝缘层；将辊核清理洁净后，装夹在回转盘上，采用等离子喷涂装置，将粒径20～40μm、纯度至少为98％的Al2O3粉末均匀喷涂在辊核外表面，喷涂厚度为180～220μm，冷却、干燥；
3)、涂覆陶瓷电发热层；首先，将1cm宽的导电铜片设置在涂覆有管状辊核两端管口处陶瓷绝缘层之上；然后，采用9M等离子喷涂装置将TiO2粉末均匀喷涂在陶瓷绝缘层、两端导电铜片的外表面，喷涂时，氢气流量控制在1L/min，室温电阻在110～130Ω，喷涂厚度为320～380μm；干燥后，在两端导电铜片上连接通电电极，达85～95℃后保温4小时；最后，冷却；
4)、表面磨削；对陶瓷电发热层的外表面进行磨削，至粗糙度Ra为0.80～0.025；制得。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷涂层电加热辊的加工方法，其特征在于，所述的TiO2粉末的重量组分为TiO295～97％、Al2O31.5～1.8％、SiO20.45～0.52％、P2O50.40～0.45％、Fe2O30.32～0.35％、K2O0.15～0.18％、Nb2O50.13～0.18％、CaO0.11～0.16％、Na2O0.09～0.12％、ZrO20.05～0.08％、MgO0.03～0.04％。
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