本發(fā)明涉及陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種在微波作用下能夠快速發(fā)熱的陶瓷體。

背景技術(shù)：

微波吸收材料是指能夠吸收并衰減入射的電磁波，將電磁波轉(zhuǎn)換成熱量或其它能量而消耗掉的一種功能性材料。碳化硅不僅具有良好的微波吸收的特性，同時(shí)還它是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有高硬度、高熱導(dǎo)率、耐腐蝕、抗熱震性好等許多優(yōu)異性能，因此碳化硅纖維成為應(yīng)用于高溫環(huán)境下的一種非常具有前景的吸波發(fā)熱材料。

現(xiàn)有技術(shù)中，微波發(fā)熱吸收材料大多采用鈦、鈹?shù)荣F重金屬的氧化物，由于其制備成本高，很難在民用產(chǎn)品領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用；雖然現(xiàn)有技術(shù)中也存在以碳化硅為基體的吸波發(fā)熱結(jié)構(gòu)體，但由于各組分配方不同，所達(dá)到的制熱效果還不夠理想，在制熱的速度以及能量的轉(zhuǎn)換效率方面都存在不足，不利于推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服已有技術(shù)之缺陷，提供一種微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體，它能夠在微波作用下快速、穩(wěn)定地釋放出大量熱量，并具有熱穩(wěn)定性能好、成本低的特點(diǎn)。

本發(fā)明所述技術(shù)問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體，所述陶瓷發(fā)熱體是由吸波陶瓷粉料和粘結(jié)劑混合后加壓成型并燒結(jié)而成；所述吸波陶瓷粉料包括以重量百分計(jì)的碳化硅68％～73％、三氧化二鋁1％～5％、氧化鋯1％～6％、四氧化三鐵18％～23％、二氧化鉿1％～6％、二氧化硅1％～6％、三氧化二釔1％～5％、三氧化二鑭2％～5％。

上述微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體，所述粘結(jié)劑為耐高溫膠水，耐高溫膠水的加入量是吸波陶瓷粉料質(zhì)量的4％～8％。

上述微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體，所述吸波陶瓷粉料包括以重量百分計(jì)的碳化硅73％、三氧化二鋁1％、氧化鋯1％、四氧化三鐵20％、二氧化鉿1％、二氧化硅1％、三氧化二釔1％、三氧化二鑭2％。

上述微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體，所述陶瓷發(fā)熱體為圓柱體或長(zhǎng)方體，陶瓷發(fā)熱體內(nèi)部分布若干通孔，所述通孔的總面積占陶瓷發(fā)熱體橫截面面積的70％～85％。

上述微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體，所述通孔的橫截面為方形或圓形，各相鄰?fù)字g的壁厚為0.2～3.0mm；。

一種如上述微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體的制備方法，包括如下步驟：

a、原料制備：按比例稱取吸波陶瓷粉料中的各組分，并將各組分加入到雷蒙磨中研磨粉碎至1000目粉料，然后將得到的粉料加入粘結(jié)劑，放入離心攪拌機(jī)中，攪拌混合0.5～1h，得到混合均勻的吸波陶瓷原料；

b、壓制成型：將步驟a所得的吸波陶瓷原料在模具中壓制成型，成型壓力為25～50mpa，穩(wěn)壓時(shí)間持續(xù)1.5～2.5min，得到陶瓷坯體；

c、定型烘干：將步驟b所得的陶瓷坯體靜置不小于24小時(shí)凝固成型，靜置后采用微波烘干，烘干環(huán)境溫度為90℃-100℃；

d、燒結(jié)：將步驟c所得的烘干后的陶瓷坯體裝入窯爐中，爐內(nèi)溫度升溫至1300℃～1500℃后停止加熱，隨爐降溫36h后得到陶瓷發(fā)熱體。

上述微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體的制備方法，所述步驟b中成型的壓力為25～50mpa，穩(wěn)壓時(shí)間持續(xù)1.5～2.5min。

上述微波碳化硅陶瓷發(fā)熱體的制備方法，所述步驟d中陶瓷坯體由還原性氣氛保護(hù)在窯爐中燒結(jié)。

本發(fā)明的陶瓷發(fā)熱體極大提高了陶瓷材料的吸波性能，具有耐高溫性能優(yōu)越、熱傳導(dǎo)率高的特點(diǎn)，陶瓷發(fā)熱體的熱導(dǎo)率達(dá)92～95w/m.k，超過(guò)目前碳化硅陶瓷產(chǎn)品的熱導(dǎo)率為70w/m.k的指標(biāo)。本發(fā)明采用干法直接壓制成型，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，不需要經(jīng)過(guò)制備漿料、噴霧造粒、低溫/高溫兩階段煅燒等注漿工藝所需的步驟，可以廣泛地應(yīng)用于微波制熱風(fēng)的設(shè)備中，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

吸波陶瓷粉料中的碳化硅具有良好的微波吸收性能和優(yōu)越的耐高溫性能；磁性fe3o4頻率特性和導(dǎo)電性較其它鐵氧體類材料好，其相對(duì)磁導(dǎo)率、電阻率較大，電磁波易于進(jìn)入并快速衰減，是一種兼具磁損耗和介電損耗雙損介質(zhì)的鐵氧體類吸波材料；氧化鋯和氧化釔自身能夠吸收微波能并轉(zhuǎn)化為熱能，因此有效降低熱壓燒結(jié)過(guò)程中的燒結(jié)溫度，并增加致密性，燒結(jié)溫度可低于1500℃，遠(yuǎn)低于純碳化硅粉體2000℃左右的燒結(jié)溫度，既能有效保證陶瓷材料的熱導(dǎo)率，又能最大程度降低燒結(jié)溫度和制造成本。將碳化硅、四氧化三鐵與其他吸波材料由適合的比例混合形成復(fù)合型吸波陶瓷材料，通過(guò)改變吸波陶瓷材料中各組分的比例，調(diào)整電磁參量使其達(dá)到阻抗匹配并提高發(fā)熱體吸波性能的目的，同時(shí)還增加了電導(dǎo)率，導(dǎo)致介電損耗的增加，達(dá)到增加吸波帶寬的目的。

通過(guò)上述方法制備的陶瓷發(fā)熱體具有貫通的多孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)微波進(jìn)入陶瓷發(fā)熱體內(nèi)部時(shí)，由于空氣的粘滯性以及材料良好的阻尼特性，它不僅能通過(guò)陶瓷發(fā)熱體本身的材料使電磁能不斷損耗，從而吸收微波；還能通過(guò)貫通的多孔狀結(jié)構(gòu)對(duì)微波產(chǎn)生反射、散射以及干涉作用引起能量衰減來(lái)提高陶瓷發(fā)熱體的吸波性能，相比于碳化硅陶瓷實(shí)心致密的燒結(jié)體，多孔狀的結(jié)構(gòu)吸波性能提高15％以上。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明陶瓷發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)清單為：1、多孔微波陶瓷磚，2、通孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的陶瓷發(fā)熱體是由吸波陶瓷原料混合后直接壓制、燒結(jié)而成的，所述陶瓷發(fā)熱體可以為圓柱體或長(zhǎng)方體，在陶瓷發(fā)熱體上均勻設(shè)置若干貫穿的通孔，所有通孔的面積之和占陶瓷發(fā)熱體橫截面積的70％～85％，該通孔為圓形或方形，各相鄰?fù)字g的壁厚為0.2～3.0mm。各相鄰?fù)字g的壁厚尺寸越小，在微波作用下升溫速度越迅速，因而節(jié)能效果也就越明顯，通孔的孔徑和通孔密度能夠影響微波在陶瓷發(fā)熱體內(nèi)部的傳播，從而對(duì)吸收微波產(chǎn)生明顯影響。如圖1所示，陶瓷發(fā)熱體可以制成長(zhǎng)方體的多孔微波陶瓷磚1，磚體上分布若干貫穿的通孔2，通孔2的橫截面呈方形。

所述吸波陶瓷原料包括吸波陶瓷粉料和粘結(jié)劑，所述吸波陶瓷粉料包括以重量百分計(jì)的碳化硅(sic)68～73wt％、三氧化二鋁(al2o3)1～5wt％、氧化鋯(zro2)1～6wt％、四氧化三鐵(fe3o4)18～23wt％、二氧化鉿(hfo2)1～6wt％、二氧化硅(sio)1～6wt％、三氧化二釔(y2o3)1～5wt％、三氧化二鑭(la2o3)2～5wt％。所述粘結(jié)劑為耐高溫膠水，耐高溫膠水為市售的無(wú)機(jī)高溫膠，可耐溫1000℃以上。其中，粘結(jié)劑的加入量是吸波陶瓷粉料質(zhì)量的4％～8wt％。

所述吸波陶瓷粉料優(yōu)選為碳化硅(sic)73wt％、三氧化二鋁(al2o3)1wt％、氧化鋯(zro2)1wt％、四氧化三鐵(fe3o4)20wt％、二氧化鉿(hfo2)1wt％、二氧化硅(sio)1wt％、三氧化二釔(y2o3)1wt％、三氧化二鑭(la2o3)2wt％。

陶瓷發(fā)熱體的制備工藝，包括以下步驟：

a、制備吸波陶瓷原料：按比例稱取吸波陶瓷粉料中的各組分，并將各組分加入到雷蒙磨中研磨粉碎至1000目粉料，然后將得到的粉料加入粘結(jié)劑，放入離心攪拌機(jī)中，攪拌混合0.5～1h，得到混合均勻的吸波陶瓷原料；

b、加壓成型：將步驟a所得的吸波陶瓷原料放入模具中通過(guò)油壓機(jī)直接壓制成型，成型壓力為25～50mpa，穩(wěn)壓時(shí)間持續(xù)1.5～2.5min，得到陶瓷坯體，；

c、定型烘干：將步驟b所得的陶瓷坯體靜置不小于24小時(shí)凝固成型，靜置后采用微波烘干，烘干環(huán)境溫度為90℃-100℃；

d、燒結(jié)：將步驟c所得烘干后的陶瓷坯體裝入有還原性氣氛保護(hù)的窯爐中，爐內(nèi)溫度升溫至1300℃～1500℃后停止加熱，隨爐降溫36h后得到陶瓷發(fā)熱體，即可得到陶瓷發(fā)熱體。

實(shí)施例1

按比例稱取吸波陶瓷粉料中的各組分：碳化硅73wt％，氧化鋁1wt％，氧化鋯1wt％，四氧化三鐵20wt％，二氧化鉿1wt％，二氧化硅1wt％，三氧化二釔1wt％，三氧化二鑭2wt％，將上述組分加入到雷蒙磨中研磨粉碎至1000目粉料，然后將得到的粉料加入粘結(jié)劑即耐高溫膠水，耐高溫膠水的加入量為吸波陶瓷粉料的6wt％，放入離心攪拌機(jī)中，攪拌混合1h，制得吸波陶瓷原料。將所得吸波陶瓷原料壓入模具中并通過(guò)油壓機(jī)加壓得到陶瓷坯體，成型壓力為25mpa，穩(wěn)壓時(shí)間持續(xù)2min。然后將所得的陶瓷坯體靜置凝固不小于24小時(shí)，90℃微波烘干，烘干后自然降溫。將烘干后的陶瓷坯體裝入窯爐中，爐內(nèi)溫度升溫至1500℃后停止加熱，隨爐降溫36h后即可得到如圖1所示的方形的多孔微波陶瓷磚(即為樣品一)。該多孔微波陶瓷磚正方形相鄰?fù)字g壁厚為0.3mm，通孔的總面積占多孔微波陶瓷磚橫截面面積為85％。

實(shí)施例2：

按比例稱取吸波陶瓷粉料中的各組分：碳化硅70wt％，氧化鋁2wt％，氧化鋯2wt％，四氧化三鐵21wt％，二氧化鉿1wt％，二氧化硅1wt％，三氧化二釔1wt％，三氧化二鑭2wt％，將上述組分進(jìn)行到雷蒙磨中研磨粉碎至1000目粉料，然后將得到的粉料加入粘結(jié)劑即耐高溫膠水，耐高溫膠水的加入量為吸波陶瓷粉料的7wt％，放入離心攪拌機(jī)中，攪拌混合0.5h，制得吸波陶瓷原料。將所得吸波陶瓷原料壓入模具中并通過(guò)油壓機(jī)加壓得到陶瓷坯體，成型壓力為25mpa，穩(wěn)壓時(shí)間持續(xù)1.5min。然后將所得的陶瓷坯體靜置凝固不小于24小時(shí)，100℃微波烘干，烘干后自然降溫。將烘干后的陶瓷坯體裝入窯爐中，爐內(nèi)溫度升溫至1400℃后停止加熱，隨爐降溫36h后即可得到如圖1所示的方形的多孔微波陶瓷磚(即為樣品二)。該多孔微波陶瓷磚正方形相鄰?fù)字g壁厚為0.3mm，通孔的總面積占多孔微波陶瓷磚橫截面面積為85％。

實(shí)施例3：

按比例稱取吸波陶瓷粉料中的各組分：碳化硅70wt％，氧化鋁1wt％，氧化鋯1wt％，四氧化三鐵22wt％，二氧化鉿1wt％，二氧化硅2wt％，三氧化二釔1wt％，三氧化二鑭2wt％，將上述組分進(jìn)行到雷蒙磨中研磨粉碎至1000目粉料，然后將得到的粉料加入粘結(jié)劑即耐高溫膠水，耐高溫膠水的加入量為吸波陶瓷粉料的8wt％，放入離心攪拌機(jī)中，攪拌混合0.5h，制得吸波陶瓷原料。將所得吸波陶瓷原料壓入模具中并通過(guò)油壓機(jī)加壓得到陶瓷坯體，成型壓力為25mpa，穩(wěn)壓時(shí)間持續(xù)1.5min。然后將所得的陶瓷坯體靜置凝固不小于24小時(shí)，100℃微波烘干，烘干后自然降溫。將烘干后的陶瓷坯體裝入窯爐中，爐內(nèi)溫度升溫至1500℃后停止加熱，隨爐降溫36h后即可得到如圖1所示的方形的多孔微波陶瓷磚(即為樣品三)。該多孔微波陶瓷磚正方形相鄰?fù)字g壁厚為0.5mm，通孔的總面積占多孔微波陶瓷磚橫截面面積為83％。

效果例

將三個(gè)實(shí)施例中所得的陶瓷發(fā)熱體試樣分別在相同強(qiáng)度的微波下進(jìn)行測(cè)試10分鐘、15分鐘和20分鐘，照射后分別測(cè)量樣品的溫度。對(duì)比例為采用與實(shí)施例1的多孔微波陶瓷磚相同材質(zhì)、相同大小的實(shí)心磚體。將各樣品制作成熱導(dǎo)率測(cè)試試樣件，測(cè)量樣品的熱導(dǎo)率。具體數(shù)值如下表所示。

表一實(shí)施例中各樣品的性能比較

由表1可以看出，采用實(shí)施例1的方法制備出的陶瓷發(fā)熱體相比較實(shí)施例2、3制備的陶瓷發(fā)熱體產(chǎn)熱性能更好，并且多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷發(fā)熱體的產(chǎn)熱性能明顯優(yōu)于實(shí)心結(jié)構(gòu)的陶瓷發(fā)熱體。