[发明专利]铬酸镧电热体及其制造方法

说明书

本发明是关于一种陶瓷电热体及其制造方法，特别是一种铬酸镧LaCrO₃陶瓷电热体的组成及其制造方法。

电热元件的主要特性有最高工作温度、表面允许功率、抗氧化和抗腐蚀能力以及工作寿命等。传统的电热元件有丝、缆、带、棒、管和淀积膜等形式，使用的材料包括金属，如钼Mo、钨W、铌Nb和钽Ta；耐热合金如镍铬Ni-Cr、铁铬铝Fe-Cr-Al，以及无机非金属材料如石墨、碳、碳化硅SiC和二硅化钼MoSi₂等。金属材料有的可以工作到2500℃以上的高温，但其抗氧化能力差，需在真空或中性气氛中使用，且寿命很短。耐热合金则熔点较低(1500℃左右)，经高温使用冷却后易变脆。石墨和碳在高温下易挥发和氧化。碳化硅SiC电热体可在空气中工作且寿命较长，但工作温度不超过1400℃左右，在高氧压及1400℃以上使用会显著氧化，间歇使用或使用初期电特性有明显老化现象。二硅化钼MoSi₂在空气中可工作到1650℃，但在400-700℃温区长时间使用会发生低度氧化而遭破坏，且这种材料太脆、冲击强度低，须采取某些保护措施而避免损坏。

耐火氧化物陶瓷材料用作发热体具有耐高温、抗氧化的独特性能，例如经过钙Ca、镁Mg、钇Y或各种稀土元素稳定的氧化锆ZrO₂或氧化钍ThO₂用作电热元件可以在氧化气氛中工作到1750℃；但是，由于它们的室温电阻率较高，使用时必须将其用其它手段预热到1000℃左右才能开始工作。钍Th有放射性。这些特性限制了这类材料的广泛应用。

本发明的目的就在于，用掺杂的铬酸镧超细粉末制造一种能在空气或氧化气氛中、无须预热而连续升温至1750℃高温工作、寿命大于2000小时且无电性能老化的陶瓷电热体。

本发明的目的是这样实现的，即，本发明提供一种管状电阻式掺钙、钐和钇的铬酸镧LaCrO₃半导瓷发热体及其制造方法，该发热体由三部分构成(图1)，中间部分为高电阻率的热部1，供发热用；两端为低电阻率的冷部2，供电连接用，几何形状如图1所示。其管长可依需要而定。由于热部电阻率较高，通以电流产生的焦耳热用以产生所需的高温。两冷部适当部位被敷银电极3，利于导接电源。热部与冷部通过常用的高温熔接或电弧焊接4连成一体。

本发明电热体的特征在于，电热体的材料为掺钙Ca、和钐Sm的具有钙钛矿结构的铬酸镧LaCrO₃半导瓷。电热体材料中加入钇Y，用以吸收在制造和使用过程中因Cr组分挥发而生成La₂O₃，从而防止了所生成的La₂O₃潮解，体积变化引起的材料破坏；钙的添加可以调整电阻率，又可以降低烧成温度，而钐的添加主要是调整电阻率，改善成形性能，但不影响烧成温度。热部和冷部材料的主晶相相同，但掺杂量不同，特别是掺钙Ca量相差约10倍，从而使其电阻率有较大差别而物化性能则比较接近。材料中包含的主要元素有镧La、铬Cr、钙Ca、钇Y、钐Sm和氧O，具体成份为：

1、热部材料成份：

用摩尔含量表示，在1摩尔LaCrO₃中加入0.085-0.09摩尔的钇Y，0.015-0.020摩尔的钐Sm以及0.022-0.025摩尔的钙Ca。

用非化学计量式表示为

LaCrO₃+0.085-0.09摩尔Y+0.015-0.020摩尔Sm+0.022-0.025摩尔Ca………………………[I]

例如以硝酸盐为原料：

La(NO₃)₃·6H₂O(99％)    1939g

Cr(NO₃)₃·9H₂O(97％)    1919g

Y₂O₃(99.99％)             43～45g

Sm(NO₃)₃·6H₂O(99.9％)   30～39g

Ca(NO₃)₂·4H₂O(98.5％)   23～26g

2、冷部材料成份：

冷部与热部材料成分的差别是钙含量不同，增加约一个数量级，用非化学计量式表示为：