[发明专利]一种金属陶瓷发热材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种金属陶瓷发热材料及其制备方法，其中该金属陶瓷发热材料包含硬质相陶瓷固溶体和粘结相金属，所述硬质相陶瓷固溶体为碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种固溶体，所述粘结相金属为Ni、Cr、Fe和Co中的一种或多种，该金属陶瓷发热材料及其制备方法不仅能够满足小型发热体的电学及结构特性的要求，更能较大程度地简化产品的制备工艺，降低生产成本。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料和粉末冶金的领域，更具体地，本发明通常涉及一种金属陶瓷发热材料及其制备方法。

背景技术

随着高端智能装备的不断发展，小型发热元器件的需求和应用领域不断扩大，目前市场上普遍使用的微小型发热器件主要为PTC电阻与MCH陶瓷材料。虽然一定程度上能满足各类设备的使用需求，然而还是存在着较多问题，比如PTC热敏电阻一致性差、互换性差、元件易老化及稳定性差等，而MCH陶瓷往往制备工艺复杂、成本较高，也存在着产品质量不均匀等问题，这些不足会导致下游设备成本高或者质量不稳定。因此急需开发一种低成本、工艺简单、可靠性高及可控性强的新型发热材料。

金属陶瓷是一种以陶瓷为主要硬质相、金属为粘结相，采用粉末冶金工艺制备的陶瓷基复合材料。由于金属陶瓷兼具金属材料的高韧性与加工工艺性、陶瓷材料的高硬度和高化学稳定性，因此一般用来制作切削刀具及热成型模具。此外，金属陶瓷主要成分的储量丰富，制备工艺也较为简单，因此其制作成本较低。然而，关于金属陶瓷材料性能的研究主要集中在其力学性能上，而电学特性方面的研究未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对常用PTC电阻与MCH陶瓷发热体产品一致性差、制备工艺复杂等缺点，提供一种金属陶瓷发热材料及其制备方法，不仅能够满足小型发热体的电学及结构特性的要求，更能较大程度地简化产品的制备工艺，降低生产成本。

在现有技术的基础上，本专利的发明人经过大量试验非常惊奇地发现，材料在电学条件下的发热特性很大程度决定于其电阻率，复合材料体积电阻率的影响因素主要有材料成分、组织结构及致密度等；金属陶瓷的主要成分为导电金属与具有一定电阻率的陶瓷材料，并且金属陶瓷一般采用粉末冶金方法制备，其组织与致密度可通过球磨、压制与烧结等过程进行调整与控制；因而金属陶瓷的体积电阻率可以通过制备工艺进行调控，其发热特性也得以保证，从而完成本发明。

为了实现上述目的，在一个方面，本发明提供了一种金属陶瓷发热材料，该金属陶瓷发热材料包含硬质相陶瓷固溶体和粘结相金属，所述硬质相陶瓷固溶体为碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种固溶体，所述粘结相金属为Ni、Cr、Fe和Co中的一种或多种。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述金属陶瓷发热材料的孔隙率为0.5％-20％，电阻率为0.001-0.05Ω·cm。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述硬质相和粘结相的重量比为1-20：1，更优选为2-10：1。

在另一方面，本发明还提供了一种制备金属陶瓷发热材料的方法，其包括以下步骤：

(1)球磨：将硬质相陶瓷固溶体粉和粘结相金属粉在球磨机中进行球磨，其中所述球磨的条件包括球料比为5-10：1、转速为120-350rpm和时间为24-96h，所述硬质相陶瓷固溶体为碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种固溶体，所述粘结相金属为Ni、Cr、Fe和Co中的一种或多种；

(2)烘干：将所得的粉末浆料进行真空烘干，其中所述烘干的条件包括温度为70-90℃；

(3)造粒：将所得的混合物在造粒机中进行混合造粒，并然后进行过筛，使得所得粉末颗粒尺寸为0.2-2mm；

(4)模压成型：将造粒的粉料进行模压成型，其中所述模压的条件包括压力为200-400MPa和时间为0.5-5min；以及