[发明专利]一种耐高温金属/陶瓷复合发热体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种耐高温金属/陶瓷复合发热体材料的制备方法。

背景技术

发热体材料是一种将电能转化成热能的材料，目前被广泛的应用于各类加热设备和电器。发热体材料中使用最为广泛的为合金丝发热材料，但是该类材料存在高温容易氧化、寿命短、有明火不安全、热效率低、加热不均匀等缺点。后来相关研究人员发明了PTC陶瓷发热体材料，同时采用u型波纹状散热片，提高了其散热率，且综合了胶粘和机械式的优点，但是PTC电热元件的加热温度一般在250℃以下，限制了其在中高温领域的应用。

近年来，MCH金属陶瓷发热体材料被广泛关注，逐渐替代现在使用最广泛的合金丝电热元件和PTC电热元件及组件。MCH金属/陶瓷发热体材料采用将发热金属电阻浆料按照发热电路设计的要求印刷于流延陶瓷生坯上，然后多层叠合共烧成一体，从而具有耐腐蚀、耐高温、安全性好等优点。但是，大多数MCH金属/陶瓷发热体材料仍存在发热效率低、寿命短等问题，目前只涉及要求不高的民用加热和一般的工业应用，因此开发高性能的发热体材料是目前该领域的研究重点。

中国专利《一种红外线金属发热体及其制作方法》（申请号：201110145728.X，公开号：102798123A，公开日：2012-11-28）公开了一种红外线金属发热体，包括由金属带叠合或盘绕形成的具有多个孔或缝隙的蜂窝体。该红外线金属发热体，能够控制金属蜂窝体因急冷急热导致的变形和金属带的错位滑动，但是其存在高温容易氧化、寿命短、有明火不安全、发热效率低等问题。

中国专利《一种新型发热原件的制造方法》（申请号：03114238.9，公开号：1447625，公开日：2003-10-08）公开了一种新型发热原件的制造方法，将金属调成金属浆料印刷在陶瓷板的表面，然后在氢气燃烧炉中用湿氢对其进行陶瓷金属化，然后涂敷一层陶瓷烧结助剂并覆盖带有缺口的陶瓷板。该工艺制作出的金属陶瓷发热体适用温度范围宽，但是发热效率仍有待于提高。

中国专利《碳/碳/碳化硅复合材料发热体及制备方法》（申请号：201210230687.9，公开号：102718540A，公开日：2012-10-10）公开了一种一种制备工艺简单、耐硅蒸汽侵蚀的碳/碳/碳化硅复合材料发热体及制备方法。该方法通过对发热体的碳纤维预制体采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密后，再经机加工、纯化后制备加热体材料，可以有效抑制硅蒸汽对芯部碳纤维的侵蚀，制备的复合材料弯曲强度很高，但是其适用范围较窄，大气下容易氧化失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温金属/陶瓷复合发热体材料的制备方法，解决了现有技术制备的发热体材料发热效率低、寿命短等问题。

本发明所采用的技术方案是，一种耐高温金属/陶瓷复合发热体材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，常温流延成型

按体积百分比取陶瓷粉30%～50%，粘合剂5%～15%，蒸馏水35%～65%，上述各组分体积百分比之和为100%；将上述各组分充分混合后除气并筛分，得到陶瓷流延浆料，将陶瓷流延浆料流延成片式陶瓷生坯；

步骤2，丝网印刷

按体积百分比取金属粉30%～70%，添加剂30%～70%，上述各组分体积百分比之和为100%；将上述各组分充分混合后除气并筛分，得到丝网印刷用金属浆料，将丝网印刷用金属浆料通过丝网印刷机印制在步骤1得到的片式陶瓷生坯一侧的表面，印制的金属形状为网状或S形，厚度为50μm～300μm，25℃～70℃烘干后得到片式复合生坯；

步骤3，叠层与热合

将步骤2得到的片式复合生坯按照印制有金属形状的一面向上的顺序叠层，叠层数量为2层～5层，在最上层放置一层步骤1得到的片式陶瓷生坯，然后在真空环境中热合，使得各层片式复合生坯紧密结合，得到片式发热体材料坯体；

步骤4，低温流延成型和冷冻干燥

按体积百分比取陶瓷粉10%～40%，分散剂1%～5%，蒸馏水55%～89%，上述各组分体积百分比之和为100%，将取得的上述各组分充分混合，得到陶瓷冷冻干燥浆料；然后将步骤3得到的片式发热体材料坯体进行预冻，接着迅速将所述陶瓷冷冻干燥浆料在预冻后的片式发热体材料坯体两侧分别流延成型，环境湿度为75%～99%，流延厚度为400～1000μm，每次流延后进行定向冷冻，然后在1Pa～600Pa的环境中常温干燥，得到表面具有鳍片结构的复合发热体材料预制体；

步骤5，烧结