抗热震电热元件制造技术

本发明专利技术公开了一种抗热震电热元件，采用包括以下步骤的工艺制备得到：(1)预处理：除去电热元件表面油污，将清洁后的电热元件干燥处理；(2)配置涂层浆料：把涂层原料混合均匀后，充分搅拌，形成涂层浆料；(3)涂刷浆料：在步骤(1)处理后的电热元件表面均匀致密地涂刷浆料，形成涂层；(4)烧结：将涂刷浆料后的电热元件烧结。本发明专利技术所述抗热震电热元件，制作工艺简单，成本低，在电热元件表面涂覆了与底材结合牢固的保护涂层，提高了电热元件的安全性、抗氧化性和耐冲击性，有效提高了电热元件的使用温度，延长了电热元件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
抗热震电热元件
本专利技术涉及电加热
，尤其涉及一种抗热震电热元件。
技术介绍
市场上的工业和民用电热器具的核心部件是电热元件。电热元件质量的好坏，寿命的长短取决于电热器具的使用性能和使用寿命。为了在更高的温度场下长时间使用电热元件，采用涂层技术在电热元件的表层涂刷，涂层缓慢生成玻璃态物相，从而隔绝氧气和基体接触，因此从外部扩散入基体的氧气是很少的，从而达到高温抗氧化的效果。可靠的、有效的、长时间高温抗氧化涂层必须具有以下特征：1、涂层的高温抗氧化性能必须优良，且涂层致密，能在腐蚀介质同碳化硅基体之间形成有效的屏蔽层；2、涂层与基体的结合性良好。若涂层与基体的结合较弱，则在外力或者内部热应力的作用下，涂层很容易剥落；3、涂层的抗热震性优良。若涂层的抗热震性不好，则涂层会因使用过程中温度的骤然变化而开裂，其氧化保护作用消失；4、涂层的化学稳定性好。涂层有一定的耐化学腐蚀性，否则环境的组成稍有变化，涂层就会被腐蚀而失效；5、涂层高温热稳定性好。在高温长时间工作中结构和性能不发生变化，不易挥发，不发生相转变，若涂层在服役期间发生结构变化，则往往会使涂层因结构变化引起的体积变化失效；6、涂层与基体材料之间的热膨胀系数差值尽量小。否则会由于温度变化导致热应力，引发裂纹萌生并扩展，最终涂层从基体上剥落。在目前使用的涂层中，主要分为以下几类：玻璃涂层，高温合金金属涂层，高温陶瓷涂层和复合涂层。
技术实现思路
电热元件在加热和冷却过程中发生相变体积效应，使得电热元件基体开裂，造成氧化加剧。有鉴于现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供一种抗热震电热元件，采用包括以下步骤的工艺制备得到：(1)预处理：除去电热元件表面油污，将清洁后的电热元件干燥处理；(2)配置涂层浆料：把涂层原料混合均匀后，充分搅拌，形成涂层浆料；(3)涂刷浆料：在步骤(1)处理后的电热元件表面均匀致密地涂刷浆料，形成涂层；(4)烧结：将涂刷浆料后的电热元件烧结。本专利技术公开了一种抗热震电热元件，采用包括以下步骤的工艺制备得到：(1)预处理：以无水乙醇作为溶剂，采用超声波清洗机除去电热元件表面油污，超声频率28～40kHz，超声温度0～80℃，将清洁后的电热元件于50～60℃干燥2～3小时；(2)配置涂层浆料：把涂层原料混合均匀后，充分搅拌，形成涂层浆料；所述涂层原料的配比为：15～20g莫来石粉或者改性莫来石粉，20～30g红柱石粉，12～16g单质硅粉，12～16g碳化硅粉，7～8g氧化铝粉，20～25g糊精，40～70g水，0.1～0.3g分散剂，0.1～0.3g增稠剂、0.09～0.2g附着促进剂；(3)涂刷浆料：在步骤(1)处理后的电热元件表面均匀致密地涂刷浆料，形成涂层；(4)烧结：将涂刷浆料后的电热元件在空气氛围中于1300～1400℃烧结2～4小时。所述电热元件，既可以采用市售的电热元件，也可以参考现有的文献、专利制备得到，如参考专利申请号201510043900.9的专利技术专利制备得到。作为本专利技术改进的技术方案，在步骤(4)烧结后的电热元件涂层表面涂刷正硅酸四乙酯，于130～150℃烘干2～3小时，形成厚度10～50μm的封填层。所述步骤(3)中涂层厚度400～600μm。所述改性莫来石粉通过以下方法得到：按重量比称量以下原料：丙烯酸10～20wt％，硅烷偶联剂0.2～1.5wt％，聚乙二醇400单油酸酯0.7～1.5wt％，乙酸0.1～0.15wt％，十二烷基硫酸钠0.1～0.2wt％，余量为去离子水；将乙酸和水混合均匀，以200～400转/分钟搅拌10～20分钟，形成酸性溶液；向酸性溶液中加入硅烷偶联剂，以200～400转/分钟搅拌20～30分钟；再加入丙烯酸、聚乙二醇400单油酸酯、十二烷基硫酸钠，以200～400转/分钟搅拌30～50分钟；加入莫来石粉，降低转速至100～150转/分钟，加热至70～75℃，搅拌90～120分钟，得到改性液；将改性液离心处理，收集底部固体；将底部固体于100～105℃干燥3～6小时后，于600～700℃烧结1～3小时，得到所述改性莫来石粉。本专利技术中使用的莫来石粉，既可以采用市售的天然矿物莫来石粉，也可以通过化学制备的方法得到。本专利技术提供一种莫来石粉的制备方法，如下：所述莫来石粉的制备过程为：称取20～25g无水氯化铝，取12～14mL正硅酸乙酯，以300～500转/分钟搅拌30～40分钟；加入14～17mL乙醚，继续以300～500转/分钟搅拌20～30分钟；再加入20～30mL二氯甲烷，以300～500转/分钟搅拌20～30分钟，得到反应液；然后将反应液倒入水热反应釜中，于110～130℃反应16～24小时；反应完成后，取出反应物，于50～60℃干燥7～12小时后，干法球磨20～30分钟，球磨转速400～600转/分钟，物料和球磨介质的质量比1：(2～3)；取干法球磨后的反应物，于900～950℃热处理0.5～1小时，自然冷却至30～40℃，得到所述莫来石粉。所述附着力促进剂为聚硅氧烷附着力促进剂、聚氨酯附着力促进剂、氰基乙酰氧基附着力促进剂、乙酸乙酰附着力促进剂、脲环附着力促进剂中的一种或几种的组合。优选地，所述附着力促进剂为聚硅氧烷附着力促进剂和聚氨酯附着力促进剂以质量比(1～3)：1组成的混合物。所述增稠剂为甲基纤维素、聚丙烯酸铵、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠中的一种或几种的混合物。和现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：(1)本专利技术中采用正硅酸四乙酯对涂层进行封闭处理，在涂层烧结过程涂层原料和底材由于热膨胀系数的差异会产生裂纹，涂层表面也会产生一定的间隙，裂纹和间隙吸附一定数量的正硅酸四乙酯，经过固化后在涂层的表面形成二氧化硅封闭层，减少氧气进入底材基体的内部通道，从而防止基体被氧化。(2)涂层原料采用红柱石和莫来石混合使用，红柱石粉在烧结的过程中分解，并形成交错结构排列的莫来石网状结构，能够充分发挥莫来石晶体的纤维增强作用；而且红柱石烧结过程中分解出的二氧化硅玻璃相钠能够很好地润湿莫来石粉末和其他无机材料，冷却后玻璃相能够填充于莫来石骨架的孔隙中。(3)采用改性的莫来石粉，在莫来石粉的表面接枝活性官能团，改善莫来石粉的表面性质，增强莫来石粉的表面粘结性，对莫来石粉提供保护作用。(4)与市售的莫来石粉相比，本专利技术中自制的莫来石粉制备周期短，可以实现原料分子级别间的混合，解决了市售莫来石粉体容易团聚的问题。(5)本专利技术中通过料浆涂覆的方法，调整涂层浆料的原料以及组成比例，在电热元件上制备了以莫来石和红柱石为主的复合涂层，并对电热元件进行适当的热处理，排出电热元件基体中残留的自由水和大气吸附水，有利于促进涂层和基体之间的结合，提高粘结强度，还有利于松弛和消除涂层中的残余应力。本专利技术所述抗热震电热元件，制作工艺简单，成本低，在电热元件表面涂覆了与底材结合牢固的保护涂层，提高了电热元件的安全性、抗氧化性和耐冲击性，有效提高了电热元件的使用温度，延长了电热元件的使用寿命。具体实施方式实施例中各原料来源：实施例中的电热元件，具体采用郑州市嵩博高温材料有限公司提供的碳化硅电热元件，型号为12*200*200。实施例中市售莫来石粉，由巩义市优星矿产品有限公司提供，粒度320目。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抗热震电热元件，其特征在于，采用包括以下步骤的工艺制备得到：(1)预处理：除去电热元件表面油污，将清洁后的电热元件干燥处理；(2)配置涂层浆料：把涂层原料混合均匀后，充分搅拌，形成涂层浆料；(3)涂刷浆料：在步骤(1)处理后的电热元件表面均匀致密地涂刷浆料，形成涂层；(4)烧结：将涂刷浆料后的电热元件烧结。

【技术特征摘要】
1.抗热震电热元件，其特征在于，采用包括以下步骤的工艺制备得到：(1)预处理：除去电热元件表面油污，将清洁后的电热元件干燥处理；(2)配置涂层浆料：把涂层原料混合均匀后，充分搅拌，形成涂层浆料；(3)涂刷浆料：在步骤(1)处理后的电热元件表面均匀致密地涂刷浆料，形成涂层；(4)烧结：将涂刷浆料后的电热元件烧结。2.根据权利要求1所述的抗热震电热元件，其特征在于，采用包括以下步骤的工艺制备得到：(1)预处理：以无水乙醇作为溶剂，采用超声波清洗机除去电热元件表面油污，超声频率28～40kHz，超声温度0～80℃，将清洁后的电热元件于50～60℃干燥2～3小时；(2)配置涂层浆料：把涂层原料混合均匀后，充分搅拌，形成涂层浆料；所述涂层原料的配比为：15～20g莫来石粉或者改性莫来石粉，20～30g红柱石粉，12～16g单质硅粉，12～16g碳化硅粉，7～8g氧化铝粉，20～25g糊精，40～70g水，0.1～0.3g分散剂，0.1～0.3g增稠剂、0.09～0.2g附着促进剂；(3)涂刷浆料：在步骤(1)处理后的电热元件表面均匀致密地涂刷浆料，形成涂层；(4)烧结：将涂刷浆料后的电热元件在空气氛围中于1300～1400℃烧结2～4小时。3.根据权利要求2所述的抗热震电热元件，其特征在于，在步骤(4)烧结后的电热元件涂层表面涂刷正硅酸四乙酯，于130～150℃烘干2～3小时，形成厚度10～50μm的封填层。4.根据权利要求2所述的抗热震电热元件，其特征在于，所述步骤(3)中涂层厚度400～600μm。5.根据权利要求2所述的抗热震电热元件，其特征在于，所述改性莫来石粉通过以下方法得到：按重量比称量以下原料：丙烯酸10～20wt％，硅烷偶联剂0.2～1.5wt％，聚乙二醇400单油酸酯0.7～1.5wt％，乙酸0.1～0.15wt％，十二...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨诚龙，
申请(专利权)人：杨诚龙，
类型：发明
国别省市：江西,36