[发明专利]含氮化钛的电热材料及元件

说明书

技术领域：

本发明涉及高温工业领域，主要是应用于各种工业电热炉和实验室电热炉的电热材料及元件。

技术背景：

以往的工业电热炉和实验室电热炉上所用电热元件主要有碳素材料、硅化钼和硅化钨材料、碳化硅材料、钨/钼、镍铬、铂金丝，以及氧化锆等。其中镍铬丝等低温合金丝的使用温度有限，碳素和钨钼材料只能使用于还原、真空及惰性气氛中，碳化硅在氧化气氛下只能使用到1450℃以下，硅化钼/硅化钨材料最高可以达到1850℃，铂金丝只能在1700℃内使用，氧化锆需要被加热到中温后才具有一定的导电性。在新的高温技术中，正在大量采用氮气和氨气氛下工作的电热炉，而上述材料中，一般合金使用温度不能满足要求，碳素、钨/钼及铂金丝电阻小，需在控制系统上加入很大的变压系统，增加大量投资且造成非生产性能耗增加，同时在元件制造上很难大规格化。硅化钨/硅化钼和碳化硅材料在氮气氛和氨气氛下使用温度大幅度下降且存在氮气腐蚀严重的现象，使用寿命大幅下降，氧化锆发热体需另一套加热装置来升温到一定温度后才能工作，加热装置所用发热体也面临氮气氛的腐蚀而受到限制。因此，寻找在高温氮化气氛和其它腐蚀性气氛下长期工作的电热材料及元件是十分紧迫的。本发明的目的就是解决在高温氮气氛下能长期工作的电热材料及制品的制造方法。

发明内容：

本发明涉及以氮化钛为主要导电成分，以耐高温氧化物和非氧化物为电阻调节成分的高温电热材料，其它添加剂为金属及其氧化物和氮化物或/和碳化物的混合物组成。对其电热元件的等静压成型和挤出成型工艺提出了专门的方法，并提出了冷段和热段连接的新方法和U形发热体热段的桥接的新方法，见附图1和2。本发明的优点是电热材料的电阻率调节范围大，对电源的要求低；特别耐高温，可以作为高温和超高温电热炉的发热体；在高温下对氮气和其它气体及真空有很高的稳定性，可作为高温氮化炉和/或真空高温炉的发热体。

附图说明：

图1是热段和冷段的一种新的连接方法。其中：

(1)——柱销；

(2)——热段；

(3)——填料；

(4)——冷段。

图2是U形发热体的一种山形桥接方法。其中：

(1)——热段；

(2)——山形卡；

(3)——填料。

具体实施方案：

将TiN含量大于98％的氮化钛原料与Al₂O₃含量大于99％的α-氧化铝粉按TiN∶Al₂O₃为20∶80的比例取料，再取1-4份酚醛树脂粉，混合并在球磨机中共同细磨10H以上，加入适量的酒精，在高速混合造粒机上造粒，过筛，筛上料破碎后再造粒，细粉直接重新造粒。造粒后的料放入烘房干燥，使挥发份低于千分之五，将造粒料震动捣打装进胶套外模进行等静压成形，成形后，脱去组合模芯和胶套，在干燥窑中热处理，在温度150-300℃范围内干燥5-20H。在氮气或其它非氧化性气氛中高温素烧，使其具有承受机加工的强度，在车床上用专门刀具将元件外形加以机加工整形。再入非氧化性气氛的高温炉中烧结，其制品作为元件的热段，同时用同材质同工艺制备短圆柱体做柱销用。再以同种原料按TiN∶Al₂O₃为40∶60的比例取料，外加5-10份金属钼粉和1-4份酚醛树脂粉，混合共磨，重复前述工艺过程，得到的制品作为元件的冷段。热段两端插入柱销的一半，并在其与热段元件之间的缝隙填满填充料，再将柱销外露的另一半抹上填充料，将冷段套进销柱，加热处理使其硬化，再在高温炉中烧结，便得到等直径发热体元件，测定其电阻值并按阻值范围分类标记，分类包装销售。为获得U形发热体元件，先按前述热段与冷段连接的方法将热段的一端与冷段连接，按说明书附图2的方案，用山形卡将两个热段元件的未连接端连接起来，得到U形电热元件，测定其电阻值并按阻值范围分类标记，分类包装销售。