專利名稱：多層圓形陶瓷陶瓷電熱體及制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于實(shí)質(zhì)上由陶瓷組成的層狀產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)陶瓷電熱體為以金屬材料或其他導(dǎo)電材料為發(fā)熱體的陶瓷電熱器件，例如實(shí)用新型專利申請(qǐng)說明書87215024《以碳纖維作發(fā)熱體的陶瓷電熱電器》，不足之處是反應(yīng)速度慢，工作溫度低，壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術(shù)問題是提供一種以硅化鉬為發(fā)熱體的氮化硅陶瓷材料制作的多層圓形陶瓷電熱體及其制備工藝。
解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案如下多層圓形陶瓷電熱體，包含電阻層、絕緣層、導(dǎo)電層及電極插孔，可插入電極的電極插孔位于陶瓷電熱體底端中央。陶瓷電熱體在長(zhǎng)度上為2-3段，二段陶瓷電熱體的上段為圓柱體下段為圓錐體；三段陶瓷電熱體的上段為圓柱體，中段及下段為圓柱體。陶瓷電熱體的結(jié)構(gòu)為3-6層，上段圓柱體的第一層為電阻層、第二層為絕緣層，絕緣層的上端中央部位有小孔，第一層的材料與第三層的材料通過第二層絕緣層上端中央小孔連通形成電連接。多層圓形陶瓷電熱體的長(zhǎng)度為10-200mm，上端直徑為1-20mm，末端直徑5-40mm。
三層陶瓷電熱體的上段為圓柱體，下段為圓錐體，圓錐體的上端直徑等于圓柱體直徑，下端直徑大于圓柱體直徑；由外向內(nèi)依次為電阻層、絕緣層及導(dǎo)電層；絕緣層的上端中央有小孔，電阻層的材料及導(dǎo)電層的材料通過絕緣層的小孔連通形成電連接，導(dǎo)電層的底端中央有電極插孔。電阻層的厚度為0.1-1mm，絕緣層的厚度為0.1-1mm，導(dǎo)電層充滿內(nèi)芯。
四層陶瓷電熱體上段為圓柱體，下段為圓錐體，圓錐體上端直徑等于圓柱體直徑，下端直徑大于圓柱體直徑；由外向內(nèi)依次為外電阻層、絕緣層、中電阻層及內(nèi)電阻層；絕緣層上端中央有小孔，外電阻層材料和中電阻層的材料通過絕緣層的小孔連通形成電連接，電極插孔位于內(nèi)電阻層底端的中央。外電阻層的厚度為0.1-1mm，絕緣層的厚度為0.1-1mm，中電阻層的上段充滿電熱體的上段內(nèi)芯，中電阻層的下段厚度為0.1-3mm，內(nèi)電阻層充滿下段內(nèi)芯。
五層陶瓷電熱體為三段圓柱體，中段圓柱體直徑大于上段直徑，下段直徑大于中段直徑；由外向內(nèi)依次為外導(dǎo)電層、外電阻層、絕緣層、內(nèi)電阻層及內(nèi)導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層位于中段圓柱體之外其高度等于中段圓柱體的高度；絕緣層的上端中央有小孔，外電阻層的材料與內(nèi)電阻層的材料通過絕緣層上端的小孔連通形成電連接，電極插孔位于內(nèi)導(dǎo)電層底端中央。外導(dǎo)電層的厚度為0.1-1.5mm，外電阻層的厚度為0.1-1mm，絕緣層的厚度為0.1-1mm，內(nèi)電阻層的厚度為0.1-3mm，內(nèi)導(dǎo)電層充滿中段及下段內(nèi)芯。
六層陶瓷電熱體為三段圓柱體，中段直徑大于上段直徑，下段直徑大于中段直徑；由外向內(nèi)依次為外絕緣層、外導(dǎo)電層、外電阻層、內(nèi)絕緣層、內(nèi)電阻層及內(nèi)導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層位于中段圓柱體之外其高度等于中段圓柱體高度，外絕緣層位于外導(dǎo)電層之外其高度小于外導(dǎo)電層高度；內(nèi)絕緣層上端中央有小孔，外電阻層的材料與內(nèi)電阻層的材料通過絕緣層上端的小孔連通形成電連接，電極插孔位于內(nèi)導(dǎo)電層底端中央。外絕緣層的厚度為0.1-0.5mm，外導(dǎo)電層的厚度為0.1-0.5mm，外電阻層的厚度為0.1-1mm，內(nèi)絕緣層的厚度為0.1-1mm，內(nèi)電阻層的上段充滿上段內(nèi)芯其中段及下段的厚度為0.1-3mm，內(nèi)導(dǎo)電層充滿中段及下段內(nèi)芯。
電阻層、絕緣層及導(dǎo)電層的組成成分包含Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2四種成分；Si3N4作用為形成網(wǎng)狀組織結(jié)構(gòu)，Al2O3及Y2O3作用為調(diào)節(jié)網(wǎng)狀組織，MoSi2作用為形成導(dǎo)電發(fā)熱材料。以上四種成分加水形成混合漿，導(dǎo)電層混合漿的重量配比如下Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝(550-650)∶(50-70)∶(60-80)∶(800-2800)以上四種組成成分的總和重量水重＝1∶(1-4)；電阻層混合漿的重量配比如下Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝(550-650)∶(50-70)∶(60-80)∶(570-790)以上四種組成成分的總和重量水重＝1∶(1-4)；
絕緣層混合漿的重量配比如下Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝(550-650)∶(50-70)∶(60-80)∶(10-560)以上四種組成成分的總和重量水重＝1∶(1-4)。
使用陶瓷電熱體時(shí)，將陶瓷電熱體插入安裝座中，并使上段圓柱體的端部位于工作位置。在陶瓷電熱體的最外層的導(dǎo)電層或電阻層與內(nèi)芯中央電極之間加上交流或直流電壓，電流即通過導(dǎo)電層及電阻層，在電阻層上產(chǎn)生1400℃以上的高溫，所需時(shí)間不超過2秒。
多層圓形陶瓷電熱體的制備工藝包含如下工序a.制備混合漿將Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2粉末，按照重量配比加水混合攪拌均勻，形成三種混合漿，分別裝入各自的容器中b.注漿成型將兩端開口的成型模裝于注漿機(jī)上，按照陶瓷電熱體的層數(shù)分次注漿。當(dāng)混合漿通過成型模時(shí)，混合漿中的質(zhì)點(diǎn)就沉積在成型模表面形成沉積層。三層陶瓷電熱體共注漿三次，四層陶瓷電熱體共注漿四次，五層陶瓷電熱體共注漿五次，六層陶瓷電熱體共注漿六次。沉積層的厚度與混合漿的粘度、混合漿的流量及注漿時(shí)間有關(guān)，如果混合漿粘度及流量保持為定值，不同的注漿時(shí)間可得不同的沉積層厚度，例如，調(diào)定混合漿粘度為30mPaS、流量為1ml/S，當(dāng)注漿時(shí)間為0.1-3S時(shí)，沉積層的厚度即為0.1-3mm。
三層陶瓷電熱體，第一次注電阻層混合漿形成電阻層，第二次注絕緣層混合漿形成絕緣層，第三次注導(dǎo)電層混合漿至充滿內(nèi)芯為止形成導(dǎo)電層。
四層陶瓷電熱體，第一次注電阻層混合漿形成外電阻層，第二次注絕緣層混合漿形成絕緣層，第三次注電阻層混合漿形成中電阻層，第四次注電阻層混合漿至充滿內(nèi)芯為止形成內(nèi)電阻層。
五層陶瓷電熱體，第一次注導(dǎo)電層混合漿形成外導(dǎo)電層，第二次注電阻層混合漿形成外電阻層，第三次注絕緣層混合漿形成絕緣層，第四次注電阻層混合漿形成內(nèi)電阻層，第五次注導(dǎo)電層混合漿至充滿內(nèi)芯為止形成內(nèi)導(dǎo)電層。
六層陶瓷電熱體，第一次注絕緣層混合漿形成外絕緣層，第二次注導(dǎo)電層混合漿形成外導(dǎo)電層，第三次注電阻層混合漿形成外電阻層，第四次注絕緣層混合漿形成內(nèi)絕緣層，第五次注電阻層混合漿形成內(nèi)電阻層，第六次注導(dǎo)電層混合漿至充滿內(nèi)芯為止形成內(nèi)導(dǎo)電層。
c.燒結(jié)將已干燥失水的陶瓷電熱體坯體從成型模中取出裝入燒結(jié)模，將燒結(jié)模連同陶瓷電熱體坯體裝入燒結(jié)爐中，在溫度1400℃、壓力2000-5000kPa條件下，燒結(jié)7-12小時(shí)。
d.修整將陶瓷電熱體坯體從燒結(jié)模中取出修整，并制作電極插孔。
有益效果本發(fā)明應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、尾氣催化劑的加熱，燃?xì)恻c(diǎn)火以及各種電器的加熱。其有益效果是反應(yīng)速度快，溫度高，達(dá)到預(yù)期溫度的時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)，制作工藝的成品率高，制造成本低。


圖1為三層陶瓷電熱體結(jié)構(gòu)圖，1為電阻層，2為絕緣層，3為導(dǎo)電層，4為電極插孔，5為小孔。圖2為四層陶瓷電熱體結(jié)構(gòu)圖，6為外電阻層，7為絕緣層，8為中電阻層，9為內(nèi)電阻層。圖3為五層陶瓷電熱體結(jié)構(gòu)圖，10為外導(dǎo)電層，11為外電阻層，12為絕緣層，13為內(nèi)電阻層，14為內(nèi)導(dǎo)電層。圖4為六層陶瓷電熱體結(jié)構(gòu)圖，15為外絕緣層，16為外導(dǎo)電層，17為外電阻層，18為內(nèi)絕緣層，19為內(nèi)電阻層，20為內(nèi)導(dǎo)電層。
具體實(shí)施例方式
三層陶瓷電熱體電阻層、絕緣層、導(dǎo)電層混合漿重量配比實(shí)施例如下實(shí)施例1電阻層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶658以上四種成分總重水重＝1∶1.7絕緣層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶399以上四種成分總重水重＝1∶1.6導(dǎo)電層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶978以上四種成分總重水重＝1∶1.4實(shí)施例2電阻層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶672以上四種成分總重水重＝1∶1.7絕緣層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶399
以上四種成分總重水重＝1∶1.6導(dǎo)電層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶1464以上四種成分總重水重＝1∶2.5實(shí)施例3電阻層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶658以上四種成分總重水重＝1∶1.6絕緣層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶212以上四種成分總重水重＝1∶1.6導(dǎo)電層混合漿Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝603∶61∶76∶1464以上四種成分總重水重＝1∶2.權(quán)利要求
1.多層圓形陶瓷電熱體，其特征在于包含電阻層(1)、絕緣層(2)、導(dǎo)電層(3)及電極插孔(4)；供插入電極的電極插孔(4)位于陶瓷電熱體底端中央；陶瓷電熱體為2-3段，二段陶瓷電熱體的上段為圓柱體下段為圓錐體，三段陶瓷電熱體上段為圓柱體、中段及下段為圓柱體；陶瓷電熱體的結(jié)構(gòu)為3-6層，上段圓柱體由外向內(nèi)第一層為電阻層(1)、第二層為絕緣層(2)，絕緣層(2)的上端中央部位有小孔(5)，第一層的材料與第三層的材料通過第二層絕緣層上端中央小孔(5)連通形成電連接；電阻層、絕緣層及導(dǎo)電層的組成成分包含Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2四種成分，以上四種成分加水形成混合漿；導(dǎo)電層混合漿的重量配比如下Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝(550-650)∶(50-70)∶(60-80)∶(800-2800)，以上四種成分的總和重量∶水重＝1∶(1-4)；電阻層混合漿的重量配比如下Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝(550-650)∶(50-70)∶(60-80)∶(570-790)，以上四種成分的總和重量∶水重＝1∶(1-4)；絕緣層混合漿的重量配比如下Si3N4∶Al2O3∶Y2O3∶MoSi2＝(550-650)∶(50-70)∶(60-80)∶(10-560)，以上四種成分的總和重量∶水重＝1∶(1-4)。
2.按照權(quán)利要求1所述的多層圓形陶瓷電熱體，其特征在于為三層陶瓷電熱體，上段為圓柱體下段為圓錐體，圓錐體上端直徑等于圓柱體直徑，下端直徑大于圓柱體直徑；由外向內(nèi)依次為電阻層(1)、絕緣層(2)及導(dǎo)電層(3)，導(dǎo)電層(3)充滿內(nèi)芯；絕緣層(2)的上端中央有小孔(5)，電阻層(1)的材料及導(dǎo)電層(3)的材料通過絕緣層(2)的小孔(5)連通形成電連接，導(dǎo)電層(3)底端中央有電極插孔(4)。
3.按照權(quán)利要求1所述的多層圓形陶瓷電熱體，其特征在于為四層陶瓷電熱體，上段為圓柱體下段為圓錐體，圓錐體的上端直徑等于圓柱體直徑，下端直徑大于圓柱體直徑；由外向內(nèi)依次為外電阻層(6)、絕緣層(7)、中電阻層(8)及內(nèi)電阻層(9)，內(nèi)電阻層(9)充滿內(nèi)芯；絕緣層(7)的上端中央有小孔(5)，外電阻層(6)的材料和中電阻層(8)的材料通過絕緣層(7)的小孔(5)連通形成電連接，電極插孔(4)位于內(nèi)電阻層(9)底端的中央。
4.按照權(quán)利要求l所述的多層圓形陶瓷電熱體，其特征在于為五層陶瓷電熱體，五層陶瓷電熱體為三段圓柱體，中段圓柱體直徑大于上段直徑，下段直徑大于中段直徑；由外向內(nèi)依次為外導(dǎo)電層(10)、外電阻層(11)、絕緣層(12)、內(nèi)電阻層(13)及內(nèi)導(dǎo)電層(14)，內(nèi)導(dǎo)電層(14)充滿內(nèi)芯；外導(dǎo)電層(10)高度等于中段圓柱體高度；絕緣層(12)上端中央有小孔(5)，外電阻層(11)的材料與內(nèi)電阻層(13)的材料通過小孔(5)連通形成電連接，電極插孔(4)位于內(nèi)導(dǎo)電層(14)底端中央。
5.按照權(quán)利要求1所述的多層圓形陶瓷電熱體，其特征在于為六層陶瓷電熱體；六層陶瓷電熱體為三段圓柱體，中段直徑大于上段直徑，下段直徑大于中段直徑；由外向內(nèi)依次為外絕緣層(15)、外導(dǎo)電層(16)、外電阻層(17)、內(nèi)絕緣層(18)、內(nèi)電阻層(19)及內(nèi)導(dǎo)電層(20)，內(nèi)導(dǎo)電層(20)充滿內(nèi)芯；外導(dǎo)電層(16)位于中段圓柱體之外，高度等于中段圓柱體高度，外絕緣層(15)位于外導(dǎo)電層(16)之外其高度小于外導(dǎo)電層(16)高度；內(nèi)絕緣層(18)的上端中央有小孔(5)，外電阻層(17)的材料與內(nèi)電阻層(19)的材料通過絕緣層(18)上端小孔(5)連通形成電連接，電極插孔(4)位于內(nèi)導(dǎo)電層(20)底端的中央。
6.多層圓形陶瓷電熱體的制備工藝，包含如下工序a.制備混合漿將Si3N4、Al2O3、Y2O3及MoSi2粉末，按照重量配比加水混合攪拌均勻，形成三種混合漿，分別裝入各自的容器中；b.注漿成型將兩端開口的成型模裝于注漿機(jī)上，按照陶瓷電熱體的層數(shù)分次注漿；當(dāng)混合漿通過成型模時(shí)，混合漿中的質(zhì)點(diǎn)就沉積在成型模表面形成沉積層；沉積層的厚度與混合漿粘度、混合漿流量及注漿時(shí)間有關(guān)，將混合漿粘度及流量保持為定值，沉積層厚度由注漿時(shí)間控制；c.燒結(jié)將已干燥失水的陶瓷電熱體坯體從成型模中取出裝入燒結(jié)模，將燒結(jié)模連同陶瓷電熱體坯體裝入燒結(jié)爐中，在溫度1400℃、壓力2000-5000kPa條件下，燒結(jié)7-12小時(shí)；d.修整將陶瓷電熱體坯體從燒結(jié)模中取出修整制作電極插孔。
7.按照權(quán)利要求6所述的多層圓形陶瓷電熱體的制備工藝，其特征在于三層陶瓷電熱體的制備工藝中的注漿成型工序按如下次序進(jìn)行第一次注電阻層(1)漿，第二次注絕緣層(2)漿，第三次注導(dǎo)電層(3)漿。
8.按照權(quán)利要求6所述的多層圓形陶瓷電熱體的制備工藝，其特征在于四層陶瓷電熱體的制備工藝中的注漿成型工序按如下次序進(jìn)行第一次注外電阻層(6)漿，第二次注絕緣層(7)漿，第三次注中電阻層(8)漿，第四次注內(nèi)電阻層(9)漿。
9.按照權(quán)利要求6所述的多層圓形陶瓷電熱體的制備工藝，其特征在于制備五層陶瓷電熱體的制備工藝中的注漿成型工序按如下次序進(jìn)行第一次注外導(dǎo)電層(10)漿，第二次注外電阻層(11)漿，第三次注絕緣層(12)漿，第四次注內(nèi)電阻層(13)漿，第五次注內(nèi)導(dǎo)電層(14)漿。
10.按照權(quán)利要求6所述的多層圓形陶瓷電熱體的制備工藝，其特征在于制備六層陶瓷電熱體的制備工藝中的注漿成型工序按如下次序進(jìn)行第一注外絕緣層(15)漿，第二次注外導(dǎo)電層(16)漿，第三次注外電阻層(17)漿，第四次注內(nèi)絕緣層(18)，第五次注內(nèi)電阻層(19)漿，第六次注內(nèi)導(dǎo)電層(20)漿。
全文摘要
多層圓形陶瓷電熱體，屬于實(shí)質(zhì)上由陶瓷組成的層狀產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域。所要解決的技術(shù)問題是提供一種以硅化鉬為發(fā)熱體的氮化硅陶瓷材料制作的多層圓形陶瓷電熱體。解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案包含電阻層、絕緣層、導(dǎo)電層及電極插孔。陶瓷電熱體為2－3段，其結(jié)構(gòu)為3－6層。電阻層、絕緣層及導(dǎo)電層的組成成分包含Si
文檔編號(hào)H05B3/00GK1738493SQ20041004051
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月21日
發(fā)明者雷彼得 申請(qǐng)人:雷彼得