一体化干压成型硅钼棒生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种一体化干压成型硅钼棒生产工艺，首先制备ＭｏＳｉ↓［２］基础料，配制一种由高熔点非氧化物为主晶相和陶瓷玻璃相所组成的高温电热材料，配方为ＭｏＳｉ↓［２］粉：高温陶瓷添加剂＝１１～１４∶１（重量比），再加入适量的酒精，然后造粒、压制成型、排除成型粘合剂、高温固相烧结、除氢除气处理、初始玻璃化，最后高温冲击老化，喷砂、喷铝电极。本发明专利技术所述一体化干压成型硅钼棒既消除了应力集中，也无材料组份突变；既能耐受电热冲击，强度也大为提高。其使用寿命延长，高温塑性变形小，升温迅速，允许热负荷高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温电阻炉发热元件，特别涉及一种一体化干压成型硅钼棒的生产工艺。二硅化钼是一种耐高温、抗氧化、低老化的特种陶瓷材料。二硅化钼发热体是一种高温电阻炉的发热元件，可以制成棒状、U形、W形、螺管形等形状，通常称作“硅钼棒”。棒两端较粗的部分为“冷端”，端头喷铝的部分为接线端，棒中间较细的部分用作发热，为“热端”。该冷、热端之间通过锥体部分过渡。硅钼棒是一种致密的金属陶瓷材料，由MoSi2晶体相和金属玻璃相组成。在高温含氧气条件下，其表面会生成一层抗氧化性能极强的又具有自清洁作用的半导体金属玻璃保护层。硅钼棒可使用的炉体最高温度为1600℃～1900℃，是在氧化气氛中使用的最理想的高温发热材料。硅钼棒可广泛应用于冶金、炼钢、玻璃、陶瓷、晶体的制造和烧结，特别用于生产高性能陶瓷、精密金属陶瓷、玻璃纤维、光导纤维及高级合金钢。现有的硅钼棒都是通过练泥机混练挤压成形，其冷、热端之间是通过焊接连接起来的。焊接部位材料组份突变、晶相应力和内应力较大、接触电阻较大，因此不可避免地造成整体强度降低，局部过热经不起电热冲击，焊接部位脆弱极易断裂。该挤压成型硅钼棒制成U形、W形棒时，热端弯曲部分都是在直棒烧结完成后再以局部保护加热弯曲成形的，因此不可避免地会造成局部结晶体变化，破坏了原来棒体晶体结构的连续性，严重降低了棒体的机械强度，造成弯曲部位在使用中断裂较多的主要隐患。挤压成型发热棒属于混晶相结构，老化程度较大。本专利技术的目的是提供一种新的一体化干压成型硅钼棒生产工艺，其冷、热端之间通过粉料过渡压制而成，冷、热端之间融为浑然一体，均匀过渡。本专利技术的技术解决方案如下一种一体化干压成型硅钼棒生产工艺第一步制备MoSi2基础料采用高纯度的金属原料Mo粉、Si粉、W粉、Ta粉，通过自蔓延合成放热反应，制得硅钼棒制品的基础组份原料；将Mo粉、Si粉、W粉、Ta粉加入球磨罐内混和、球磨，并按料∶球＝4∶9(重量比)加入碳化钨磨球，充氮气后一起球磨20～24小时；再自蔓延合成反应，将粉料装入反应釜中通H2气，在反应釜的碳电极和钼电极间通低电压大电流，当电流增至10～25A时放电开始，这时在反应釜的出口处能使氢气着火发出篮色火焰，反应温度大于2000℃，为放热加速反应，反应持续3～5分钟，当火焰发红时反应结束，从反应釜外壁夹层中通冷却水冷却30～45分钟；将反应物从釜中取出，用碳化钨干式粉碎机在氮气保护下粉碎，通过粉碎机内筛子筛过，颗粒达0.5～1mm级；然后按料∶球＝4～5∶1的比例球磨24～36小时。第二步配料配制一种由高熔点氧化物为主晶相和陶瓷玻璃相所组成的高温电热材料，配方为MoSi2粉∶高温陶瓷添加剂＝11～14∶1(重量比)，再加入适量的酒精；按料∶球＝1∶3的比例(重量比)，将配料以振动球磨6小时，再以滚动球磨机球磨24～36小时；将球磨后的粉料摊开于干净搪瓷盘中，放入真空烘干机中以50℃～60℃逐渐升温烘干，中途要不断搅拌，烘干后过细筛；然后加成型粘合剂，按粉料重量的1％～2％称好石蜡，按粉料重量的0.5％～1％称好聚乙稀醇或硬脂酸，备适量溶剂和酒精，将上述成分用水浴槽加热至溶化，杂质由丝网滤去，再加入于充氮搅拌过滤机内的粉料中混匀、烘干、过细筛。第三步造粒第一次造粒，将加有成型粘合剂混磨烘筛过的粉料装入专用模具组，用三轴压机大于80MPa干压成型，然后在干式粉碎过滤机内砸碾成碎块，在充氮研磨旋转造粒机内细研造粒通过30～40目筛；第二次造粒，重复第一次造粒工序，先后过40～50目筛和60～70目筛，使颗粒度在40～70目之间。第四步压制成型将颗粒度为40～70目的粉料分别称粉；将粉料分别装入模具组中相应投料位置密封、抽真空、充氮气；再将超声换能器组安置于工作位置，连通热压机组的压力、温度检测系统，并连通微波-超声发生仪器机组输出、检测系统；开通微波-超声发生仪器机组，使频率在900～3000MHz之间输出，使功率输出在5～450kW之间按要求变化；开通热压机组，按压机操作程序和工艺卡参数干压成型；然后脱模，浸入乳胶桶，完成棒坯乳胶膜密封；将乳胶袋吊装于等静压机中，按等静压机操作规程和工艺卡参数加工；最后撕去乳胶膜，平置于石墨舟中。第五步排除成型粘合剂干压成型后的坯体通过热分解反应，除去帮助成型的有机粘合剂，留下发热元件应有的材料组分，准备烧结反应；通H2气体于炉中，按每小时50℃的升温速度至650℃～700℃，保温2～3小时。第六步高温固相烧结使工件在高温及保护气氛下充分反应生成MoSi2主晶相和陶瓷玻璃相，并尽量排除气孔成为一种致密的特种金属陶瓷材料，制成高温发热元件；按操作规程开启氨发氢氮设备，使其进入正常工作状态；高温烧结炉机组先通氮气，清洁炉膛，并去除空气；氨发氢氮设备供氢气时，在烧结炉氢气出口处点火，并控制氢气输出压力为0.15MPa；按高温烧结炉机组操作规程通电升温，烧结温度按产品烧成曲线确定；用光学高温计随时监测高温区炉温，并经常与高温烧结炉机组设备的温度数字显示的读数校对；每隔一定时间向炉内定时推进一只石墨舟，与前一舟首尾相接，烧结时间按产品烧成曲线确定；每只石墨舟经过整个炉身各区段，由炉子出口处定时取出。第七步除氢除气处理去除烧结过程中所残留在棒体内的氢气和其它气体，将烧成品硅钼棒置于石墨舟上放于真空炉内，开通机组抽真空，使炉内真空度保持为10-2mmHg，逐步升温至650℃保温保真空60～80分钟，保持真空，关断加热电源，令其自然冷却至100℃以下时关断真空机组电源，向炉内放气，打开炉门，取出硅钼棒。第八步初始玻璃化在成品硅钼棒表面生成一层SiO2-MoSi2玻璃体，将硅钼棒隧道炉内清扫干净，接入氧气于高温区段，保持气压表压力显示为0.15～0.2MPa，使炉体升温，高温区最高温度达到1580℃，空烧2小时以上，将除氢除气后的硅钼棒平置于硅钼网格舟上，顺序推入隧道炉内，在1480℃～1530℃～1580℃温区保持2～4小时，逐步推出炉道。第九步高温冲击老化检测硅钼棒隐含缺陷，消除早期故障，将初始玻璃化后的硅钼棒，置于硅钼网格舟上快速平推入已升温至1650℃并保温半小时以上的箱式电炉炉膛之中，关闭炉门，十五分钟后打开炉门取出硅钼棒，令其自然冷却至室温，以金相显微镜观察其表面，不可有可见损伤和裂纹；将高温冲击后的硅钼棒冷端喷砂处理后，用铝箔缠绕并用专用夹头夹持，并垂直悬置于无硅钼棒的炉膛内，接通额定工作电压半小时后断电，立即打开炉门，隔半小时再接通额定工作电压，持续半小时后关断电源，打开炉门取出硅钼棒，冷却后测量电阻值，其不应有明显变化，表面不可有可见损伤。第十步喷砂、喷铝电极在发热元件两冷端喷涂铝导电层作为电极引出线，为保证外形美观，先用金刚砂专用刀具修除压制时所出现的飞边，并磨平两端面；喷砂打毛冷端二引出线端，以提高铝导电层附着力；按喷铝和操作规程对冷端二引出线端面和侧面进行喷涂。本专利技术所述的一体化干压成型硅钼棒发热体是用粒度小于1μm的金属钼粉、硅粉、钨粉、钽粉等经自蔓延反应后与陶瓷添加剂混合，粉碎细化，经预金属化后分别在超声和等静压下干压成型，经区域烧结及老化、后处理、初始玻璃化、喷涂电极而制成。一体化干压成型硅钼棒既消除了应力集中，也无材料组份突变；既能耐受电热冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化干压成型硅钼棒生产工艺，其特征在于，第一步制备ＭｏＳｉ↓［２］基础料：采用高纯度的金属原料Ｍｏ粉、Ｓｉ粉、Ｗ粉、Ｔａ粉，通过自蔓延合成放热反应，制得硅钼棒制品的基础组份原料；将Ｍｏ粉、Ｓｉ粉、Ｗ粉、Ｔａ粉加入球磨罐内混和、球磨 ，并按料∶球＝４∶９（重量比）加入碳化钨磨球，充氮气后一起球磨２０～２４小时；再自蔓延合成反应，将粉料装入反应釜中通Ｈ↓［２］气，在反应釜的碳电极和钼电极间通低电压大电流，当电流增至１０～２５Ａ时放电开始，这时在反应釜的出口处能使氢气着火发出篮色火焰，反应温度大于２０００℃，为放热加速反应，反应持续３～５分钟，当火焰发红时反应结束，从反应釜外壁夹层中通冷却水冷却３０～４５分钟；将反应物从釜中取出，用碳化钨干式粉碎机在氮气保护下粉碎，通过粉碎机内筛子筛过，颗粒达０．５～１ｍｍ级；然后按料∶球＝４～５∶１的比例球磨２４～３６小时；第二步配料：配制一种由高熔点氧化物为主晶相和陶瓷玻璃相所组成的高温电热材料，配方为ＭｏＳｉ↓［２］粉∶高温陶瓷添加剂＝１１～１４∶１（重量比），再加入适量的酒精；按料∶球＝１∶３的比例 （重量比），将配料以振动球磨６小时，再以滚动球磨机球磨２４～３６小时；将球磨后的粉料摊开于干净搪瓷盘中，放入真空烘干机中以５０℃～６０℃逐渐升温烘干，中途要不断搅拌，烘干后过细筛；然后加成型粘合剂，按粉料重量的１％～２％称好石蜡，按粉料重量的０．５％～１％称好聚乙稀醇或硬脂酸，备适量溶剂和酒精，将上述成分用水浴槽加热至溶化，杂质由丝网滤去，再加入于充氮搅拌过滤机内的粉料中混匀、烘干、过细筛；第三步造粒：第一次造粒，将加有成型粘合剂混磨烘筛过的粉料装入专用模具组，用三轴压机 大于８０ＭＰａ干压成型，然后在干式粉碎过滤机内砸碾成碎块，在充氮研磨旋转造粒机内细研造粒通过３０～４０目筛；第二次造粒，重复第一次造粒工序，先后过４０～５０目筛和６０～７０目筛，使颗粒度在４０～７０目之间；第四步压制成型：将颗粒度为４０ ～７０目的粉料分别称粉；将粉料分别装入模具组中相应投料位置密封、抽真空、充氮气；再将超声换能器组安置于工作位置，连通热压机组的压力、温度检测系统，并连通微波－超声发生仪器机组输出、检测系统；开通微波－超声发生仪器机组，使频率在９００～３０００ＭＨｚ之间输出，使功率输出在５～４５０ｋＷ之间按要求变化；开通热压机组，按压机操作程序和工艺卡参数干压成型；然后脱模，浸入乳...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高水福，严伟，
申请(专利权)人：上海赛科电子材料工程研究所，严伟，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]