專利名稱：氮化硅加熱片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱片，具體地說是一種氮化硅加熱片及其制造方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，氮化硅陶瓷材料有很好的熱穩(wěn)定性，可以在很小的面積上制作出大功率的加熱元件，氮化硅加熱片是一種應(yīng)用前景廣泛、節(jié)能效果好的產(chǎn)品。目前氮化硅加熱片一般采用將用于發(fā)熱的鎢絲直接加入氮化硅粉體內(nèi)，然后經(jīng)過燒制而成。由于鎢絲與氮化硅粉體有明顯的界面，燒結(jié)后很難成為一體，在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中鎢絲易短裂，或在燒結(jié)過程中電阻值發(fā)生變化，導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，成品率較低。為了解決上述問題， CN102300347A提出一種氮化硅復(fù)合發(fā)熱體及其制作方法，其發(fā)熱源由多種金屬粉體如銅、 鎢、鎳等制成，以期獲得燒結(jié)后的一體性。但事實上，由于其采用的發(fā)熱源仍是金屬物質(zhì)，燒結(jié)后金屬粉體所制成的發(fā)熱體與氮化硅依然存在界面，產(chǎn)品依然存在成品率差、功率低、性能不穩(wěn)定等缺陷，另外采用金屬材料制得的發(fā)熱源，發(fā)熱效果不理想，不能滿足大功率加熱片的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出一種加熱穩(wěn)定、壽命長、不易損壞且特別適用于大功率加熱片制作的氮化硅加熱片及其制造方法。本發(fā)明可以通過以下措施達到
一種氮化硅加熱片,包括本體和位于本體內(nèi)的加熱體,本體由氮化硅粉燒制而成,其特征在于加熱體由發(fā)熱區(qū)和位于加熱體末端的用于焊接引線的不發(fā)熱區(qū)組成，發(fā)熱區(qū)由碳化鈦TiC粉，碳化鉭TaC粉，氧化鋁Al2O3粉，氧化鋯ZrO2粉，氧化釔Y2O3粉，碳化鎢WC粉，鎳 Ni粉，鉻Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合燒制而成。本發(fā)明中所述加熱體的發(fā)熱區(qū)的各組分的配比為碳化鈦TiC粉10%，碳化鉭TaC 粉10%，氧化鋁Al2O3粉5%，氧化鋯ZrO2粉5%，氧化釔Y2O3粉5%，碳化鎢WC粉5%，鎳Ni粉 5%，鉻Cr粉3%，氮化硅Si3N4粉42%。本發(fā)明中所述加熱體的不發(fā)熱區(qū)由電阻率低且能夠有效提高產(chǎn)品燒制一體性的材料例如鎳Ni粉、碳化鈦TiC粉、鉻Cr粉、鑰Mo粉和氮化硅Si3N4粉混合燒制而成。本發(fā)明中所述加熱體的不發(fā)熱區(qū)的各組分配比為鎳Ni粉20%、碳化鈦TiC粉10%、 鉻Cr粉20%、鑰Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉30%。一種如上所述氮化硅加熱片的制造方法，其步驟依次為制粉工藝、制坯工藝、燒結(jié)工藝、打磨工藝、焊接工藝以及成品檢測，其特征在于所述制坯工藝包括如下步驟在計算出本體長度、加熱體粉料厚度，并制作相應(yīng)的模具后，先分別制成加熱體中發(fā)熱區(qū)和不發(fā)熱區(qū)的粉料坯，其中加工壓力均為2MPa，然后制作出上、下兩片Si3N4粉料坯，加工壓力為10 MPa，最后將上述三種粉料坯套壓成毛坯塊，套壓過程中壓力為100 MPa，獲得毛坯。本發(fā)明中制粉工藝是指將按配比取用的原料經(jīng)球磨機、砂磨機磨細混合后，在氬氣Ar保護干燥塔干燥造粒。本發(fā)明中燒結(jié)工藝是指將制坯工藝獲得的毛坯置于熱壓震蕩燒結(jié)爐中，使毛坯在 1850°C、振蕩頻率為5Hz、振幅200Kg-500Kg、總壓力300Kg/cm2的條件下，燒結(jié)制得半成品。本發(fā)明中所述打磨工藝是指將燒結(jié)工藝中制得的半成品打磨加工，獲得表面光潔度達到O. 8的加熱片。本發(fā)明中所述焊接工藝是指在打磨之后加熱片的引線端用CVD工藝濺射Ti離子后，再用CVD工藝在Ti離子層上濺射Ni離子，然后向引線端電鍍Ni層，Ni層厚度為0.2 μ m,最后在氫氣爐內(nèi)向引線端焊接引線，獲得成品。本發(fā)明中經(jīng)燒結(jié)工藝獲得的成品再經(jīng)檢測后即可使用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過使用導(dǎo)電陶瓷粉燒結(jié)制得加熱片本體內(nèi)的發(fā)熱體， 能夠有效提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的發(fā)熱體易斷裂、與本體燒結(jié)一體性差， 產(chǎn)品成品率低、使用性能不穩(wěn)定等缺點，具有性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等顯著的優(yōu)點。


附圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記本體I、發(fā)熱區(qū)2、不發(fā)熱區(qū)3。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明
本發(fā)明提出了一種氮化硅加熱片，如附圖所示，包括本體I和位于本體I內(nèi)的加熱體， 本體I由氮化硅粉燒制而成，其特征在于加熱體由發(fā)熱區(qū)2和位于加熱體末端的用于焊接引線的不發(fā)熱區(qū)3組成，發(fā)熱區(qū)2由碳化鈦TiC粉，碳化鉭TaC粉，氧化鋁Al2O3粉，氧化鋯 ZrO2粉，氧化釔Y2O3粉，碳化鎢WC粉，鎳Ni粉，鉻Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合燒制而成，本發(fā)明中所述加熱體的發(fā)熱區(qū)2的各組分的配比為碳化鈦TiC粉10%，碳化鉭TaC粉10%， 氧化鋁Al2O3粉5%，氧化鋯ZrO2粉5%，氧化釔Y2O3粉5%，碳化鎢WC粉5%，鎳Ni粉5%，鉻Cr 粉3%，氮化硅Si3N4粉42%，本發(fā)明中所述加熱體的不發(fā)熱區(qū)3由電阻率低且能夠有效提高產(chǎn)品燒制一體性的材料例如鎳Ni粉、碳化鈦TiC粉、鉻Cr粉、鑰Mo粉和氮化硅Si3N4粉混合燒制而成，本發(fā)明中所述加熱體的不發(fā)熱區(qū)3的各組分配比為鎳Ni粉20%、碳化鈦TiC粉 10%、鉻Cr粉20%、鑰Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉30%。一種如上所述氮化硅加熱片的制造方法，其步驟依次為制粉工藝、制坯工藝、燒結(jié)工藝、打磨工藝、焊接工藝以及成品檢測，
其中制粉工藝包括
(1)氮化硅粉的制造，氮化硅粉經(jīng)球磨混料、砂磨機磨細后，在Ar氬氣保護干燥塔內(nèi)干燥制粒，D50 ^ O. 3-0. 5 μ，
(2)加熱體中發(fā)熱區(qū)2粉料的制作為按配比取用各組分粉料，具體為碳化鈦TiC粉 10%，碳化鉭TaC粉10%，氧化鋁Al2O3粉5%，氧化鋯ZrO2粉5%，氧化釔Y2O3粉5%，碳化鎢WC 粉5%，鎳Ni粉5%，鉻Cr粉3%，氮化硅Si3N4粉42%，將所取粉料球磨混粉后，在氬氣(Ar)保護干燥塔內(nèi)造粒，D50 ^ O. 7-1 μ，
(3)加熱體中不發(fā)熱區(qū)3粉料的制作為按配比取用鎳Ni粉20%、碳化鈦TiC粉10%、鉻 Cr粉20%、鑰Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉30%，經(jīng)球磨混粉后造粒備用；
所述制坯工藝包括如下步驟在計算出本體I長度、加熱體粉料厚度，并制作相應(yīng)的模具后，先分別制成加熱體中發(fā)熱區(qū)2和不發(fā)熱區(qū)3的粉料坯，其中加工壓力均為2MPa，然后制作出上、下兩片Si3N4粉料坯，加工壓力為10 MPa，最后將上述三種粉料坯套壓成毛坯塊， 套壓過程中壓力為100 MPa，獲得毛坯，所獲得的毛坯塊不能有缺損、裂紋；
所述燒結(jié)工藝是指將制坯工藝獲得的毛坯置于熱壓震蕩燒結(jié)爐中，毛坯在1850°C、振蕩頻率為5Hz、振幅200Kg-500Kg、總壓力300Kg/cm2的條件下，燒結(jié)制得半成品，使該半成品的技術(shù)參數(shù)達到如下標(biāo)準抗彎強度7800MPa，抗壓強度4000MPa，斷裂韌性8_9MPa，耐熱沖擊試驗中，由室溫經(jīng)2秒鐘后升到1300°C (表面溫度)200次不開裂，硬度HRA91-93 ；
所述打磨工藝是指將燒結(jié)工藝中制得的半成品打磨加工，獲得表面光潔度達到O. 8的加熱片，
所述焊接工藝是指在打磨之后加熱片的引線端用CVD工藝濺射Ti離子后，再用CVD工藝在Ti離子層上濺射Ni離子，然后向引線端電鍍Ni層，Ni層厚度為O. 2 μ m，最后在氫氣爐內(nèi)向引線端焊接引線，獲得成品，本發(fā)明中經(jīng)焊接工藝焊接的引線可以承受20Kg的拉力；經(jīng)焊接工藝獲得的成品再經(jīng)通電次數(shù)試驗、總功率、漏電流、熱振試驗等檢測后即可使用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過使用導(dǎo)電陶瓷粉燒結(jié)制得加熱片本體內(nèi)的發(fā)熱體， 能夠有效提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的發(fā)熱體易斷裂、與本體燒結(jié)一體性差， 產(chǎn)品成品率低、使用性能不穩(wěn)定等缺點，具有性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、功率高等顯著的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種氮化硅加熱片，包括本體和位于本體內(nèi)的加熱體，本體由氮化硅粉燒制而成，其特征在于加熱體由發(fā)熱區(qū)和位于加熱體末端的用于焊接引線的不發(fā)熱區(qū)組成，發(fā)熱區(qū)由碳化鈦TiC粉，碳化鉭TaC粉，氧化鋁Al2O3粉，氧化鋯ZrO2粉，氧化釔Y2O3粉，碳化鎢WC粉， 鎳Ni粉，鉻Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合燒制而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種氮化硅加熱片，其特征在于所述加熱體的發(fā)熱區(qū)的各組分的配比為碳化鈦TiC粉10%，碳化鉭TaC粉10%，氧化鋁Al2O3粉5%，氧化鋯ZrO2粉5%， 氧化釔Y2O3粉5%，碳化鎢WC粉5%，鎳Ni粉5%，鉻Cr粉3%，氮化硅Si3N4粉42%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種氮化硅加熱片，其特征在于所述加熱體的不發(fā)熱區(qū)由鎳 Ni粉、碳化鈦TiC粉、鉻Cr粉、鑰Mo粉和氮化硅Si3N4粉混合燒制而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氮化硅加熱片，其特征在于所述加熱體的不發(fā)熱區(qū)的各組分配比為鎳Ni粉20%、碳化鈦TiC粉10%、鉻Cr粉20%、鑰Mo粉20%和氮化硅Si3N4粉 30%。
5.一種如權(quán)利要求I所述氮化硅加熱片的制造方法，其步驟依次為制粉工藝、制坯工藝、燒結(jié)工藝、打磨工藝、焊接工藝以及成品檢測，其特征在于所述制坯工藝包括如下步驟 在計算出本體長度、加熱體粉料厚度，并制作相應(yīng)的模具后，先分別制成加熱體中發(fā)熱區(qū)和不發(fā)熱區(qū)的粉料坯，其中加工壓力均為2MPa，然后制作出上、下兩片Si3N4粉料坯，加工壓力為10 MPa，最后將上述三種粉料坯套壓成毛坯塊，套壓過程中壓力為100 MPa，獲得毛坯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氮化硅加熱片的制造方法，其特征在于所述燒結(jié)工藝是指將制坯工藝獲得的毛坯置于熱壓震蕩燒結(jié)爐中，使毛坯在1850°C、振蕩頻率為5Hz、振幅 200Kg-500Kg、總壓力300Kg/cm2的條件下，燒結(jié)制得半成品。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氮化硅加熱片的制造方法，其特征在于所述焊接工藝是指在打磨之后加熱片的引線端用CVD工藝濺射Ti離子后，再用CVD工藝在Ti離子層上濺射Ni 離子，然后向引線端電鍍Ni層，Ni層厚度為O. 2 ym，最后在氫氣爐內(nèi)向引線端焊接引線， 獲得成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加熱片，具體地說是一種氮化硅加熱片及其制造方法，包括本體和位于本體內(nèi)的加熱體，本體由氮化硅粉燒制而成，其特征在于加熱體由發(fā)熱區(qū)和位于加熱體末端的用于焊接引線的不發(fā)熱區(qū)組成，發(fā)熱區(qū)由碳化鈦TiC粉，碳化鉭TaC粉，氧化鋁Al2O3粉，氧化鋯ZrO2粉，氧化釔Y2O3粉，碳化鎢WC粉，鎳Ni粉，鉻Cr粉，氮化硅Si3N4粉混合燒制而成，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過使用導(dǎo)電陶瓷粉燒結(jié)制得加熱片本體內(nèi)的發(fā)熱體，能夠有效提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的發(fā)熱體易斷裂、與本體燒結(jié)一體性差，產(chǎn)品成品率低、使用性能不穩(wěn)定等缺點，具有性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、功率高等顯著的優(yōu)點。
文檔編號C04B35/622GK102595665SQ201210047169
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者孟麗麗 申請人:威海興泰金屬制造有限公司