CN1244934C - 加热丝用绝缘材料及其制备方法和其应用 - Google Patents

Abstract

一种加热丝用绝缘材料及其制备方法和其应用。绝缘材料的组成和含量为：SiO₂ 30-70wt%、Al₂O₃ 5-35wt%、Na₂O 5-20wt%、CaO 5-25wt%、P₂O₅ 3-15wt%、B₂O₃ 3-15wt%。该方法和其应用包括：(1)用CaCO₃、Al(OH)₃、石英沙、P₂O₅、H₃BO₃、纯碱为原料，进行配料；(2)熔炼均匀透明的液态材料，加料温度为1250℃-1500℃，淬成颗粒；(3)球磨成粉末，即获得绝缘材料。(4)将制得的粉末制成悬浮液，涂覆在加热丝上；(5)在氢气炉中进行析晶处理，温度为850℃-1200℃ 10-50分钟，随炉冷却，便制得该绝缘材料涂层；(6)在涂层上再施加金属功能材料。该加热丝用绝缘材料与内加热丝及功能材料三者之间具有良好的结合强度，并完全满足功能材料元件对绝缘材料物化性能的需要。

Description

加热丝用绝缘材料及其制备方法和其应用

技术领域

本发明涉及一种加热丝用绝缘材料及其制备方法和其应用。

背景技术

目前，金属功能材料用加热丝的绝缘材料主要为电泳式氧化铝，其主要缺点是绝缘电阻小，有气孔，绝缘性能不稳定；与加热丝结合不牢，脆性大，容易脱落掉粉；与加热丝结合的处理工艺复杂，烧结温度高，一般在1600℃-1700℃范围内。在一些特殊或极其重要的器件应用时，因为其工作条件特殊，经常有振动，或环境工作温度剧变等，由于氧化铝绝缘材料缺点的存在，绝缘层与加热丝的结合强度不高，容易导致功能材料从加热丝上脱落、掉粉等，将会对器件造成致命的伤害，特别是在国防军工中用的管器件，这种脱落、掉粉是绝对不允许的。传统绝缘材料这种结合不牢的缺点，阻碍了功能材料在管器件中的应用，制约了新型管器件的发展，也就制约了一些军工装置高可靠性能的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种与加热丝结合牢固，又与金属功能材料能很好结合，而且绝缘性能好的加热丝用绝缘材料。

本发明的另一个目的是提供一种工艺简单的制作加热丝用绝缘材料的方法。

本发明的再一个目的是提供该加热丝用绝缘材料与加热丝及金属功能材料在结合上的应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种加热丝用绝缘材料，该加热丝用绝缘材料的组成成份和含量为：

SiO₂              30-70wt％

Al₂O₃            5-35wt％

Na₂O              5-20wt％

CaO                5-25wt％

P₂O₅            3-15wt％

B₂O₃            3-15wt％。

在本发明中关键是绝缘材料与加热丝及金属功能材料三者牢固结合，其结合性能优劣，在很大程度上取决于该绝缘材料的性能。首先应保证绝缘材料与两种金属的热膨胀系数应良好匹配，而绝缘材料的热膨胀系数首先取决于材料组成，同时又受热处理条件影响，只有控制绝缘材料组成和热处理条件才能获得理想的绝缘材料。

同时，由于绝缘材料在高温条件下会发生软化变形，而软化变形则会引起材料电阻率降低，从而导致绝缘涂层的结合性能和绝缘性能严重下降。这正是我们不希望的，必须采取与往常不同的方法对其进行处理，我们在绝缘材料烧结中引入晶核剂诱导体内成核，并控制整体析晶，不仅催化了材料的形核，而且对晶相的种类、析晶的次序、晶相的尺寸分布和晶体生长速度都产生实际性的影响，从而提高了绝缘涂层在高温下的结合性能和绝缘性能。

一种制备本发明的加热丝用绝缘材料的方法，该方法包括下述步骤：

(1)CaCO₃、Al(OH)₃、石英沙、P₂O₅、H₃BO₃、纯碱为原料，按照上述加热丝用绝缘材料的组成成份和含量，换算出上述原料的重量比，进行配料，原料的颗粒度控制在0.5mm以下；

(2)上述配料熔炼制成均匀透明的液态材料，加料温度为1250℃-1500℃，保温后，将熔融材料倒入水中急冷，淬成颗粒；

(3)将上述颗粒经干燥后球磨成粉末，即获得加热丝用绝缘材料；

采用本发明的加热丝用绝缘材料与加热丝及金属功能材料结合的加工方法，该加工方法包括下述步骤：

(1)粉末状的加热丝用绝缘材料用离子水制成悬浮液，涂覆在加热丝上；

(2)步骤(1)中涂好绝缘材料的加热丝在氢气炉中进行析晶处理，温度为850℃-1200℃10-50分钟，随炉冷却，便制得该绝缘材料涂层；

(3)步骤(2)中的涂层上再施加金属功能材料。

三种材料之间的结合属于致密难熔金属与绝缘材料，绝缘材料再与金属功能材料之间的结合。这三种材料的结构、性能及膨胀系数等都有很大的区别，欲使三者能在有振动或环境工作温度剧变等条件下牢固结合，如果某一环节结合不牢都会造成掉粉，这方面传统的绝缘材料在技术上是很难达到，其中绝缘材料与难熔金属加热丝之间的结合难度最大。氧化物与金属结合与金属和金属的结合不同，为了使绝缘材料与难熔金属加热丝之间的结合性能提高，发明了上述新的涂层材料、制备及析晶工艺。

本发明的加热丝用绝缘材料的优点是：

1.绝缘电阻高、绝缘性能好，性能稳定，在加热丝上作成绝缘涂层后，加热丝与绝缘层的电阻在几千欧姆以上。

2.与加热丝、金属功能材料结合牢固度高，使用寿命长，与常用的加热丝膨胀系数十分相近，满足热力学共存性的要求。

3.与加热丝结合的热处理工艺简单，烧结温度低，节省能源，在850℃-1200℃温度范围内烧结后，就可以与加热丝紧密结合。

附图说明

图1为本发明的加热丝用绝缘材料与功能材料的结构示意图。

其中，符号1代表加热丝，符号2代表绝缘材料，符号3代表功能材料。

具体实施方式

下面将结合实例对本发明的绝缘材料的实施方式及优点作进一步描述。

使用CaCO₃(A.R级)、Al(OH)₃(A.R.级)、石英沙(工业用99.74％)、P₂O₅、H₃BO₃、纯碱(工业用98％)为原料，按照该加热丝用绝缘材料的组成成份和含量：SiO₂ 45wt％、Al₂O₃ 20wt％、CaO 10wt％、Na₂O 15wt％、P₂O₅ 5wt％、B₂O₃ 5wt％，换算出上述原料重量比，进行配料，原料的颗粒度控制在0.5mm以下，制成配料，在坩锅中熔炼制成均匀透明的液态材料，加料温度为1400℃，熔制过程结束后到入水中急冷，淬成颗粒，绝缘材料颗粒经干燥后球磨成粉末，即获得本发明中的一种加热丝用绝缘材料。

将按照上述方法制备的绝缘材料与离子水、重量比例为1∶2在混料机中研磨，制成具有一定粘度和表面张力的悬浮液，采用浸渍法涂覆工艺，将金属加热丝浸入制好的悬浮液中，在其表面涂覆一层绝缘材料，干燥后烧结，将涂好绝缘材料的加热丝在氢气炉中进行析晶处理，处理的温度和时间1000℃40分钟，随炉冷却，通过烧结工艺控制晶相析出即在金属加热丝的表面上形成一绝缘层。

对上述作好的带绝缘层加热丝进行电阻测量，测量得到加热丝与绝缘层间的电阻可达几千欧姆，绝缘性能很好。并用粉末冶金法将它与功能材料制成元件，对其进行振动和环境温度剧变等牢固度模拟实验，试验结果显示，由本发明的加热丝用绝缘材料参与制作的带内激活电源的功能材料元件经受住了-45℃-+55℃温度聚变的考验，经受住了随机振动，能谱密度为0.13g²/0-2000Hz的三个方向累计50分钟的振动考验。

采用本发明的加热丝用绝缘材料用于金属功能材料自身激活源用加热丝表面的绝缘，其结构如图1所示，本发明的加热丝用绝缘材料2以使得加热丝1与金属功能材料3充分绝缘，又能使加热丝1与绝缘层2，绝缘层2与金属功能材料3紧密牢固结合。

综上所述，本发明的加热丝用绝缘材料与内加热丝及功能材料三者之间具有良好的结合强度，并完全满足功能材料元件对绝缘材料物化性能的需要。

Claims (3)

1、一种加热丝用绝缘材料，其特征在于：该加热丝用绝缘材料的组成成份和含量为：

SiO₂        30-70wt％

Al₂O₃      5-35wt％

Na₂O        5-20wt％

CaO          5-25wt％

P₂O₅      3-15wt％

B₂O₃      3-15wt％。

2、一种制备权利要求1所述的加热丝用绝缘材料的方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

(1)CaCO₃、Al(OH)₃、石英沙、P₂O₅、H₃BO₃、纯碱为原料，按照上述加热丝用绝缘材料的组成成份和含量，换算出上述原料的重量比，进行配料，原料的颗粒度控制在0.5mm以下制成配料；

(2)将上述配料熔炼制成均匀透明的液态材料，加料温度为1250℃-1500℃，保温后，将熔融态材料倒入水中急冷，淬成颗粒；

(3)将上述颗粒经干燥后球磨成粉末，即获得加热丝用绝缘材料。

3、一种权利要求1所述的加热丝用绝缘材料与加热丝及金属功能材料结合的加工方法，其特征在于：该加工方法包括下述步骤：

(1)粉末状的加热丝用绝缘材料用离子水制成悬浮液，涂覆在加热丝上；

(2)将步骤(1)中涂好绝缘材料的加热丝在氢气炉中进行析晶处理，温度为850℃-1200℃ 10-50分钟，随炉冷却，便制得该绝缘材料涂层；

(3)将步骤(2)中的涂层上再施加金属功能材料。

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