CN201813561U - 一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件，包括发热段、冷段、过渡段和接线段，所述的发热段位于中间，从发热段两端向外依次为过渡段、冷段和接线段，所述的过渡段、冷段和接线段对称连接在发热段两端；所述的发热段、冷段、过渡段和接线段由ZrB₂复合陶瓷材料制成，为一体结构，其中接线段是在冷段的一端涂上导电性好的银粉层，冷段是由电阻值较小ZrB₂复合陶瓷材料组成；过渡段是由电阻值介于比冷段大、比发热段小的ZrB₂复合陶瓷材料组成，发热段的电阻值大于过渡段的电阻值。本实用新型结构简单，其可在氧化气氛环境和超高温条件下使用。

Description

一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件

技术领域

本实用新型属于一种超高温电阻炉用发热元件，主要涉及一种二硼化锆(ZrB₂)复合陶瓷材料发热元件。

背景技术

通常的超高温电阻炉在氧化气氛环境下用发热元件，只有铬酸镧发热元件和二氧化锆发热元件。铬酸镧发热元件的表面最高温度为1900℃，炉内使用温度为1800℃；该元件的缺点是在高温条件下使用时，铬酸镧挥发产生一种氧化铬的物质，常常污染被烧结物，限制了该元件的使用。二氧化锆发热元件的表面最高温度为2100℃，炉内使用温度为2000℃；该元件的缺点是在低温时，二氧化锆不导电，使用该元件时，必须使用辅助加热***，把二氧化锆加热到1100℃以上，制作炉膛时，而辅助加热***的加热元件都无法耐2000℃的高温，制作的工艺和炉膛材料的要求特别高，至今还没有能制作出经久耐用的超高温电炉，只是停留在实验室阶段。

因此，在氧化气氛环境和超高温条件下使用的发热元件，还比较少，不能满足科研院所和科技发展的需要。

研究文献可以发现超高温陶瓷材料是一类具有较高熔点(大于3000℃)以及其他优良性能的过渡金属的硼化物和碳化物陶瓷材料。二硼化锆(ZrB₂)作为超高温陶瓷材料的一种，它具有高熔点、高硬度、良好的导电性、导热性等诸多优点，广泛应用于高温结构陶瓷材料、耐火材料、电极材料以及核控制材料等领域中。但其脆性大，弯曲强度不高，高温下易氧化等缺点，制约了其应用范围。为此，人们采用多种改进手段开发不同类型的ZrB₂基复合陶瓷。

ZrB₂-SiC复合陶瓷作为超高温陶瓷材料的一种，它的耐氧化性得到了一定的提高，而且，已经应用于国防科技领域，取得了较好的抗氧化效果，基于ZrB₂-SiC复合陶瓷材料具有高熔点、高硬度、良好的导电性、导热性的特点。

现已有报道，ZrB₂-SiC复合陶瓷材料，可以通过多种成型的方式来实现，可以在真空条件和气氛条件下烧结而成。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件，使其可以在氧化气氛环境和超高温条件下使用。

本实用新型的目的可通过以下技术方案来实现：其包括发热段、冷段、过渡段和接线段，所述的发热段位于中间，从发热段两端向外依次为过渡段、冷段和接线段，所述的过渡段、冷段和接线段对称连接在发热段两端；所述的发热段、冷段、过渡段和接线段由ZrB₂复合陶瓷材料制成，为一体结构，其中接线段是在冷段的一端涂上导电性好的银浆层，冷段是由电阻值较小ZrB₂复合陶瓷材料组成；过渡段是由电阻值介于比冷段大、比发热段小的ZrB₂复合陶瓷材料组成，发热段的电阻值大于过渡段的电阻值。

所述的ZrB₂复合陶瓷材料为ZrB₂-SiC为主体的复合陶瓷材料。

本实用新型成型的工艺可以采用注浆成型、干压成型等。

本实用新型所述发热元件的形状可以有多种，等直径棒型、大小径型、U型等不同形状。

本实用新型结构结构简单，其可在氧化气氛环境和超高温条件下使用。

附图说明

附图1空心等直径棒型发热元件结构示意图。

附图2空心大小径棒型发热元件结构示意图。

附图3实心大小径型发热元件结构示意图。

附图4实心U型加热元件结构示意图。

图中：1、接线段，2、冷段，3、过渡段，4、发热段。

具体实施方式

结合附图，说明本实用新型的具体实施例。

如附图所示：本实用新型包括发热段4、冷段2和接线段1，所述的发热段位4于中间，从发热段4两端向外依次为冷段2和接线段1，所述的冷段2和接线段1对称连接在发热段两端；所述的发热段4、冷段2和接线段1由ZrB₂复合陶瓷材料制成，为一体结构，其中接线段1是在冷段2的一端涂上导电性好的银浆层，冷段2是由电阻值较小ZrB₂复合陶瓷材料组成；发热段4的电阻值大于过渡段的电阻值。所述的ZrB₂复合陶瓷材料为ZrB₂-SiC为主体的复合陶瓷材料。

本实用新型所述发热元件的形状可以有多种，等直径棒型、大小径型、U型等不同形状。

如附图1所示的发热元件为空心等直径棒型发热元件，其形状可以制作为空心圆棒型，发热元件的外径一般为10-35mm之间，发热元件的发热段4、过渡段3、冷段2的外径相同，冷段2的端部为接线段1。发热元件径向的中心孔设计为一个等径圆孔，中心圆孔的直径也相同，中心圆孔的直径为1-8mm之间；发热元件的长度可以根据用户的需求制作，发热段4和冷段2的长度可以根据多种因素设计。所述的发热段位4于中间，从发热段4两端向外依次为过渡段3、冷段2和接线段1，所述的过渡段3、冷段2和接线段1对称连接在发热段两端；所述的发热段4、冷段2、过渡段3和接线段1由ZrB₂复合陶瓷材料制成，为一体结构，其中接线段1是在冷段2的一端涂上导电性好的银浆层，冷段2是由电阻值较小ZrB₂复合陶瓷材料组成；过渡段3是由电阻值介于比冷段大、比发热段4小的ZrB₂复合陶瓷材料组成，发热段4的电阻值大于过渡段的电阻值。所述的ZrB₂复合陶瓷材料为ZrB₂-SiC为主体的复合陶瓷材料。

本实用新型所述空心等直径棒型发热元件的制作工艺为：原料加工--原料混合--混合料加工--装料--一半挤压成型--两半叠合压制成型--等静压成型--加热焙烧--烧结成型--冷加工--端部喷涂银浆--高温灼烧。

本实用新型所述空心等直径棒型发热元件的制作工艺中，先压制成型元件的一半(半圆)，再将另一半叠合压制成型。

本实用新型所述空心等直径棒型发热元件的中心设置一个园孔，主要是有利于消解发热元件中心和外部温度不同带来的热膨胀不同，对加热元件的损害。

如附图2所示的发热元件为空心大小径型发热元件，其形状可以制作为空心圆棒型，发热元件的发热段的外径较小，一般为6-18mm之间；冷段2的外径较大，一般为12-30mm之间，发热大小径型发热元件冷段2和发热段4的中心孔相同，元件径向的中心孔设计为一个等径圆孔，圆孔的直径为1-8mm之间；发热元件的长度可以根据用户的需求制作，发热段4和冷段2的长度可以根据多种因素设计。

如附图3所示的实心大小径型发热元件，其形状也可以制作为实心圆棒型，实心圆棒型发热元件的外形和长度与上述基本相同。

附图4所示的实心U型加热元件，U型加热元件的冷段2直径较大，一般为12-30mm之间；发热段4的直径较小，一般为6-16mm之间。

Claims (5)

1.一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件，其特征是：包括发热段(4)、冷段(2)和接线段(1)，所述的发热段(4)位于中间，从发热段(4)两端向外依次为、冷段(2)和接线段(1)，所述的冷段(2)和接线段(1)对称连接在发热段两端；所述的发热段(4)、冷段(2)和接线段(1)由二硼化锆复合陶瓷材料制成，为一体结构，其中接线段(1)是在冷段(2)的一端涂上导电性好的银粉层，冷段(2)是由电阻值较小二硼化锆复合陶瓷材料组成；发热段(4)的电阻值大于过渡段的电阻值。

2.根据权利要求1所述的一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件，其特征是：所述发热元件的形状为空心等直径棒型、大小径型或U型。

3.根据权利要求1或2所述的一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件，其特征是：所述的空心等直径棒型发热元件上的发热段(4)和冷段(2)之间具有过渡段(3)，过渡段3是由电阻值介于比冷段大、比发热段(4)小的ZrB2复合陶瓷材料组成，

4.根据权利要求1或2所述一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件，其特征是：所述的空心大小径型发热元件，其为空心圆棒型，发热元件的发热段的外径较小，直径为6-18mm之间；冷段(2)的外径较大，直径为12-30mm之间，发热大小径型发热元件冷段(2)和发热段(4)的中心孔相同，元件径向的中心孔一个等径圆孔，圆孔的直径为1-8mm之间。

5.根据权利要求1或2所述一种二硼化锆复合陶瓷材料发热元件，其特征是：所述的U型加热元件为实心，U型加热元件的冷段直径为12-30mm之间；发热段(4)的直径为6-16mm之间。 

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