CN105517212A - 一种埋入式加热板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种埋入式加热板及其制备方法，该加热板包括基体和电热丝；其中，基体包括按照质量份数配制的如下组份：黏土10-14份，长石1-5份，堇青石13-17份，莫来石30-40份，珍珠岩30-40份。该加热板的制备方法为：将基体材料按照既定重量份数进行混合、搅拌，得到混合料；将混合料压制成型，得到坯体；在压制的同时，将电热丝埋入坯体；将埋有电热丝的坯体脱模、烧结、喷涂涂层、烘干、烧结，即得到埋入式加热板。该加热板具有高抗热震性能、高强度、高绝缘性、高辐射、热传导良好、节能、使用寿命长等优点，其制备方法具有方便、简单、易于掌握等优点，可以大规模生产和广泛应用。

Description

一种埋入式加热板及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料领域，具体而言，涉及一种埋入式加热板及其制备方法。
背景技术
加热板是将电能转变成热能以加热物体。是电能利用的一种形式。与一般燃料加热相比，电加热可获得较高温度(如电弧加热，温度可达3000℃以上)，易于实现温度的自动控制和远距离控制。电加热能在被加热物体内部直接生热，因而热效率高，升温速度快，并可根据加热的工艺要求，实现整体均匀加热或局部加热(包括表面加热)，容易实现真空加热和控制气氛加热。在电加热过程中，产生的废气、残余物和烟尘少，可保持被加热物体的洁净，不污染环境。根据电能转换方式的不同，电加热通常分为电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热等。
其中，电阻加热是利用电流的焦耳效应将电能转变成热能以加热物体。通常分为直接电阻加热和间接电阻加热。前者的电源电压直接加到被加热物体上，当有电流流过时，被加热物体本身电加热。可直接电阻加热的物体必须是导体，但要有较高的电阻率。由于热量产生于被加热物体本身，属于内部加热，热效率很高。间接电阻加热需由专门的合金材料或非金属材料制成发热元件，由发热元件产生热能，通过辐射、对流和传导等方式传到被加热物体上。由于被加热物体和发热元件分成两部分，因此被加热物体的种类一般不受限制，操作简便。间接电阻加热的发热元件所用材料，一般要求电阻率大、电阻温度系数小，在高温下变形小且不易脆化。
现有加热板，一般选用硅酸盐水泥或铝酸盐水泥为基体浇注而成，但其成型慢，周期长，抗热震性，热传导和绝缘性差，强度低，耗能大，使用寿命也较短。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种埋入式加热板，以解决硅酸盐水泥或铝酸盐水泥为基体的加热板成型慢，周期长，抗热震性、热传导和绝缘性差，强度低，耗能大，使用寿命也较短的问题。所述的埋入式加热板，具有高抗热震性能、高强度、高绝缘性、高辐射、热传导良好、节能、使用寿命长等优点。
本发明的第二目的在于提供一种所述的埋入式加热板的制备方法，该方法采用压制陶瓷的制备工艺，具有方便、简单、易于掌握等优点，适合大规模生产和广泛应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种埋入式加热板，包括基体和电热丝；
其中，所述基体，包括按照质量份数配制的如下组份：黏土10-14份，长石1-5份，堇青石13-17份，莫来石30-40份，珍珠岩30-40份。
堇青石化学组成为2MgO·2A12O3·5SiO2，是一种硅酸盐矿物，在自然界中分布较广，它具有较低的热膨胀系数和良好的热稳定性，抗热震性好等优点，但堇青石韧性较低、荷重软化点低和合成温度范围窄(仅25℃)。
莫来石是A12O3-SiO2系中在标准大气压下从室温到高温唯一稳定的晶相，莫来石为斜方晶系，晶体中硅铝氧的结构是由[SiO4]四面体连接成的双链，连接一条条双链的是六配位的铝离子。由于莫来石的结构为双链状排列，故它的晶体一般呈针状、柱状结构，在一些高铝质，特别是电熔莫来石中可形成密集交错的针状莫来石结晶网。莫来石材料耐火度高、热震稳定性好、热膨胀系数低、高温抗蠕变性好、具有很高的耐磨性及耐剥落、耐侵蚀性等，莫来石高温性能优和机械强度高，将堇青石与莫来石复合是提高其高温性能。堇青石的热膨胀系数小(25～1000℃下约为1×10-6～2×10-6℃-1)，抗热震性和化学稳定性好，但其耐火度较低，且在1470℃会发生分解，莫来石的耐火度高，热膨胀系数大(4.5×10-6℃-1)。因此，堇青石与莫来石的膨胀系数相差较大，二者配合使用的复合材料中产生微裂纹而对材料的抗热震性能有利。
黏土含沙粒很少、有黏性的土壤，黏土具有可塑性，坯体的成型是借助于粘土的可塑性，注坯泥浆则赖于粘土的细分散性而获得良好的悬浮性与稳定性，故配料中必须用一定量的粘土，对一些非可塑性原料产生结合能力，使坯体在干燥过程中避免变形与开裂的缺陷，并增强加热板的强度。并且，在加热到1000度以上时，由于脱水后粘土矿物——高岭石分解，而有莫来石结晶生成，并赋予坯体的强度。黏土的主要成分是A12O3，可以提高加热板的耐热性能。
长石是一种含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物，它有很多种，如钠长石、钙长石、钡长石、钡冰长石、微斜长石、正长石、透长石等。长石是瘠性原料，在坯体内可增快坯体干燥并且减少干燥引起的收缩和变形。长石加热到1100℃以上熔融后生成玻璃态物质具有熔解其它物质的能力，能促使高岭土与其它瓷土的颗粒，互相扩散，相互渗透，因而加速坯体莫来石晶体的生成和发育。长石熔融成玻璃态后，填充于各结晶颗粒之间，气孔率显著下降，减少了空隙，使坯体致密，可提高加热板的机械强度及电气性能。
珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石。珍珠岩的加入可以提高了混合料的粘结性能，大大提高其塑性，有利于坯体成型。低温下烘干，就能促使坯体致密化，有利于提高坯体致密性，从而提高其强度和使用寿命。
优选的，所述基体，以质量份数计，具体包括如下组份：黏土11-13份，长石2-4份，堇青石14-16份，莫来石34-36份，珍珠岩34-36份。
优选的，所述电热丝为镍铬合金丝。
镍铬与铁、铝、硅、碳、硫等元素可以制成合金镍铬丝具有较高的电阻率和耐热性。镍铬材料高温强度高，可塑性强。
一种埋入式加热板的制备方法，包括如下步骤：
将基体材料按照既定重量份数进行混合、搅拌，得到混合料；将混合料压制成型，得到坯体；在压制的同时，将电热丝埋入坯体；将埋有电热丝的坯体脱模、烧结、喷涂涂层、烘干，烧结，即得到埋入式加热板。
将原料搅拌均匀，然后用压制陶瓷的制备工艺压制成型，在压制的同时埋入电热丝。脱模后烧结，烧结会粉末或非致密物料经加热到低于其熔点的一定范围内，发生颗粒粘结，结构致密度增加，强度和化学稳定性均有提高，成为坚实的集合体。
优选的，所述搅拌的转速为250-300转/分钟。
搅拌的速度一般选在250-300转/分钟，在压制前将原料搅拌均匀，烧结后物质分布均匀，避免结晶分布不均而导致加热板强度下降。
优选的，所述压制的压力为300-500吨。
一般取300-500吨，成型压力提高会使制品的烧成收缩减小，吸水率降低。但成型压力过大不仅无益于提高坯体密度和强度，而且导致坯体中残留压缩空气，在卸载后膨胀引起过压层裂，能耗也加大。
优选的，所述烧结的温度为1060-1100℃。
温度在1060-1100℃之间烧结，脱水后粘土矿物——高岭石分解，而有莫来石结晶生成，并赋予坯体的强度。而长石加热到1100℃以上熔融后生成玻璃态物质具有熔解其它物质的能力，能促使高岭土与其它瓷土的颗粒，互相扩散，相互渗透，可以提高加热板的强度。
优选的，所述喷涂涂层为釉层或者耐高温涂层中的一种。
釉在加热过程中，会发生一系列复杂的物理化学变化，如脱水，有机物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等分解和固相反应，原料自身熔化、相互熔解形成低共熔物以及坯釉之间在加热过程中的反应等。可以提高加热板的机械强度、电绝缘性、化学温度性、防污性、和辐射散热能力。
耐高温涂层一般是指能长期承受200℃以上温度，并保持其物理化学性能，使被保护对象在高温环境中能正常工作的一类涂层。可以是有机硅高聚物涂层，其中Si原子上连接的烃基受热氧化后，能生成的是高度交联的更稳定的Si-O-Si键，可以提高加热板在长期高温下的使用寿命。
优选的，所述烘干的温度为100-120℃。
优选的，所述烘干的时间为2-5小时。
烘干的温度不宜过高，以防止在干燥过程中随着水分的排出，坯体会不断发生收缩而变形，一般是在形状上向最后一次成型以前的状态扭转，这会影响坯体的造型和尺寸的准确性，甚至使坯体开裂。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。
实施例1
本发明提供的埋入式加热板，包括基体和电热丝；
其中，基体包括按照质量份数配制的如下组份：黏土10份，长石1份，堇青石13份，莫来石30份，珍珠岩30份。
该埋入式加热板的制备方法包括如下步骤：
将基体材料按照既定重量份数进行混合、搅拌，得到混合料；将混合料压制成型，得到坯体；在压制的同时，将电热丝埋入坯体；将埋有电热丝的坯体脱模、烧结、喷涂涂层、烘干，即得到埋入式加热板。
实施例2
本发明提供的埋入式加热板，包括基体和镍铬合金丝；
其中，基体包括按照质量份数配制的如下组份：黏土14份，长石5份，堇青石17份，莫来石40份，珍珠岩40份。
该埋入式加热板的制备方法包括如下步骤：
将基体材料按照既定重量份数进行混合，以250转/分钟的速度搅拌，得到混合料；将混合料在300吨的压力下压制成型，得到坯体；在压制的同时，将电热丝埋入坯体；将埋有电热丝的坯体脱模，1060℃下烧结，喷涂釉层，并以120℃烘干2小时，即得到埋入式加热板。
实施例3
本发明提供的埋入式加热板，包括基体和镍铬合金丝；
其中，基体包括按照质量份数配制的如下组份：黏土12份，长石3份，堇青石15份，莫来石35份，珍珠岩35份。
该埋入式加热板的制备方法包括如下步骤：
将基体材料按照既定重量份数进行混合，以300转/分钟的速度搅拌，得到混合料；将混合料在500吨的压力下压制成型，得到坯体；在压制的同时，将镍铬合金丝埋入坯体；将埋有电热丝的坯体脱模，1100℃下烧结，喷涂ZS-1061耐高温远红外辐射涂料，并以100℃烘干5小时，即得到埋入式加热板。
实施例4
本发明提供的埋入式加热板，包括基体和镍铬合金丝；
其中，基体包括按照质量份数配制的如下组份：黏土12份，长石3份，堇青石15份，莫来石30份，珍珠岩30份。
其制备方法与实施例3相同。
实施例5
本发明提供的埋入式加热板，包括基体和镍铬合金丝；
其中，基体包括按照质量份数配制的如下组份：黏土10份，长石1份，堇青石13份，莫来石35份，珍珠岩35份。
其制备方法与实施例3相同。
实验例1抗弯曲强度测试
对实施例1-3中所提供的埋入式加热板进行抗弯曲强度测试，并与硅酸盐水泥为基体的埋入式加热板进行对比。
测试方法：抗弯强度国标(GB/T6569-86)，抗弯强度测试在英制Instron1195万能材料试验机上进行。用作测试的试条为3×4×35(mm*mm*mm)。采用三点弯曲法测量，跨距为30mm，加载速率为0.5mm/min。每个数据测试5根试条，然后取平均值。在表面加工时应注意研磨方向应与试样长度方向一致。对样品采取粗磨与细磨两道工艺，粗磨深度每次不超过0.03mm，细磨采用320～800目的金刚石砂轮，每次打磨的深度不大于0.002mm。
实验结果如表1所示。
表1抗弯强度测试结果
实验证明，本发明提供的埋入式加热板的抗弯强度均高于硅酸盐水泥为基体的加热板，其中，实施例3所提供的埋入式加热板机械强度最高。证明本发明提供的埋入式加热板具有很高的机械强度。
实验例2抗热震性能测试
对实施例1-3中所提供的埋入式加热板进行抗热震性能测试，并与硅酸盐水泥为基体的埋入式加热板进行对比。
测试方法：将各测试加热板加热至最高功率，保持30分钟，然后断电，迅速投入20℃的冷水中，反复50次，观察其表面是否开裂，并测试其残余机械强度，测试方法同实验例1。
测试结果如表2所示。
表2抗热震性能测试结果
实验证明，本发明提供的加热板，抗热震性能良好，可以适应加热板冷热反复工作的工作环境，有利于提高加热板的使用寿命。
实验例3绝缘性测试
采用惠斯登电桥法测试实施例1-3中所提供的埋入式加热板的电阻，并与硅酸盐水泥为基体的埋入式加热板进行对比。测试结果如表3所示。
表3绝缘性测试结果
实验证明，本发明提供的埋入式加热板电阻大、绝缘性好，可以保证使用过程中产品的安全性。
实验例4热辐射测试
对实施例1-3中所提供的埋入式加热板进行红外辐射率测试，并与硅酸盐水泥为基体的埋入式加热板进行对比。测试结果如表4所示。
表4绝缘性测试结果
序号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 硅酸盐水泥
红外辐射率 0.73 0.80 0.83 0.73 0.76 0.66
实验证明，本发明提供的埋入式加热板红外辐射率高，有利于加热所需升温的物体，并且实验过程中发现，该加热板冷却速度慢，因此节能效果明显。同样加热10ml、25℃水时至完全蒸发，该加热板所需时间比硅酸盐水泥加热板缩短了15％-25％，说明其不仅辐射率高，还具有热传导性能好的优点，可以有效节约电能，使电能转化的热能能够有效通过辐射传导出去，加入物体。
综上所述，本发明提供的埋入式加热板，具有高抗热震性能，且50次抗热震实验后，残余机械高强度；该加热板绝缘性高，使用安全；红外辐射率高、热传导良好，因此可以有效节约电能。并且，该加热板具有良好的机械性能和抗热震性能，可以有效延长该加热板的使用时间。延长其使用寿命。本发明提供的埋入式加热板的制备方法，该方法采用压制陶瓷的制备工艺，具有方便、简单、易于掌握等优点，适合大规模生产，并且能广泛应用于金属涂料工业、木器涂装工业、塑料涂装工业、电镀工业、电线电缆工业、食品工业、包装工业、染整纤维工业、电子工业、玻璃工业、家庭电器类等的加热处理。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种埋入式加热板，其特征在于，包括基体和电热丝；
其中，所述基体，包括按照质量份数配制的如下组份：黏土10-14份，长石1-5份，堇青石13-17份，莫来石30-40份，珍珠岩30-40份。
2.根据权利要求1所述的埋入式加热板，其特征在于，所述基体，以质量份数计，具体包括如下组份：黏土11-13份，长石2-4份，堇青石14-16份，莫来石34-36份，珍珠岩34-36份。
3.根据权利要求1所述的埋入式加热板，其特征在于，所述电热丝为镍铬合金丝。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的埋入式加热板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将基体材料按照既定重量份数进行混合、搅拌，得到混合料；将混合料压制成型，得到坯体；在压制的同时，将电热丝埋入坯体；将埋有电热丝的坯体脱模、烧结、喷涂涂层、烘干，烧结，即得到埋入式加热板。
5.根据权利要求4所述的埋入式加热板的制备方法，其特征在于，所述搅拌的转速为250-300转/分钟。
6.根据权利要求4所述的埋入式加热板的制备方法，其特征在于，所述压制的压力为300-500吨。
7.根据权利要求4所述的埋入式加热板的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1060-1100℃。
8.根据权利要求4所述的埋入式加热板的制备方法，其特征在于，所述喷涂涂层为釉层或者耐高温涂层中的一种。
9.根据权利要求4所述的埋入式加热板的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为100-120℃。
10.根据权利要求4-9任一项所述的埋入式加热板的制备方法，其特征在于，所述烘干的时间为2-5小时。
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