一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法技术

本发明专利技术涉及一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法，其特征是首先以碳纤维/铜丝复合丝束为发热元件，采用一体压胚和烧结成型技术，制备了碳纤维/铜丝复合丝束发热智能电热陶瓷板。该电热陶瓷板由表面层、碳纤维/铜丝复合丝束发热层、微孔隔热基底层组成，其中，表面层和发热层含有导热性能优异的钛酸钡，有利于热量传递；隔热基底层含有很多微孔和隔热性能好的石棉。本发明专利技术的电热陶瓷板制备方法简单，易于推广，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法
本专利技术涉及电热陶瓷板的制造方法，具体涉及一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法。
技术介绍
陶瓷越来越多地被应用到建筑行业中，随着人们对生活质量需求的提高，陶瓷制品的新功能的开发与设计日益成为研究的焦点。陶瓷地板是一种应用最广泛的地板之一，其具有很多优点，如：耐久、易打扫和易清洗等，设计出具有采暖供热等特性的功能性陶瓷板成为当前研究的热点。电热陶瓷材料由于其耐腐蚀、耐高温和经久耐用等优点，特别是采暖方面得到了广泛的应用。目前在传统的个体家庭采暖系统主要有：暖气片式水暖，空调或外置电热丝(片)和地暖等。然而，这些供暖方式有一些缺点，水暖终端散热方式以外置散热片为主，影响房屋装修结构，具有安全隐患；空调预热时间长，且能耗较高；电热丝式(俗称小太阳)取暖为点式电阻丝制热，其明火式的发热管不能覆盖，容易造成烫伤及火灾，安全隐患极为突出；地暖式采暖中，电热利用率不高，金属电热丝电热转化效率一般只有60-80％，金属电热丝导电也产生大量对人体有害的电磁辐射，不利于健康保健。电热陶瓷板是一种新型的供暖方式，电热陶瓷板的发展比较迅速，目前市场上的电热陶瓷板由很多不完美的地方，主要有：(1)大多数电热陶瓷板的加热元件安装在瓷砖底部的安装槽内，加热元件与瓷砖之间存有空气，两者之间没有无缝对接，空气的导热系数非常小，从而，传热效率低，热损失大；中国专利申请号201611002581.8公布了碳素纤维发热片瓷砖及其生产方法，该瓷砖由墙砖本体、碳纤维发热片和发热管、聚氨酯泡沫层组成，碳纤维发热片安装在发热管中，发热管中存有空气，导致传热效率低下。(2)有的碳纤维发热体置于发热层的凹槽内，如：中国专利申请号201720123171.X公布了一种碳纤维发热瓷砖；中国专利申请号201520813518.7公布了一种碳纤维加热泡沫砖；这两项专利均是将碳纤维发热丝置于发热层的凹槽内。这种将发热体置于发热管或置于发热层凹槽内的方式对于热的传递是不利的，空气的传热效率非常差，这种排布方式导致在发热体的周围存有大量的空气，从而，严重影响了传热的速率和效率。因此，解决好发热体与瓷砖之间的无缝衔接，提高传热效率是当前亟待解决的问题。在电热陶瓷板的制备中，发热材料(元件)的选择是关键，发热材料的优劣决定着电热陶瓷板的好坏。碳纤维和铜丝作为发热元件在很多供热设备上广泛应用，但是，碳纤维和铜丝的复合使用尚未见报道，其复合应用有待进一步研究和开发。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服以往技术的不足，提供一种一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法。所述的陶瓷板由表面层S1、碳纤维/铜丝复合发热层S2、微孔隔热基底层S3组成，如附图1所示。碳纤维和铜丝均是应用很广泛的发热元件，两者在发热领域的优缺点各有差异，本专利技术将碳纤维和铜丝复合在一起，实现碳纤维和铜丝作发热材料时优缺点的互补。本专利技术制备的电热陶瓷板采用一体压胚和烧结成型技术，将碳纤维/铜丝复合丝束嵌在陶瓷里面，碳纤维/铜丝复合丝束与陶瓷实现无缝接触，制备的电热陶瓷板使用方便，碳纤维/铜丝复合传热效率高，具有广阔的市场前景。本专利技术所述的一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：(1)石棉隔热基底层S3的制备：通过掺加隔热材料和造孔剂工艺配置的隔热基底层陶泥(粉)，然后平铺于胚体模具底层，其厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6，优选的，隔热基底层陶泥(粉)料主要成分及含量为：50～70％的SiO2，10～15％的TiO2，15～20％的石棉纤维，10～15％的一水合草酸铵；(2)碳纤维/铜丝复合丝束发热层S2的制备：将碳纤维和铜丝直接接触，旋转捻成一股丝束，将碳纤维/铜丝复合丝束直接铺设在石棉隔热基底层陶泥(粉)S3上，并用胚体粉料均匀覆盖，其施料厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6，平整后压胚；优选的，碳纤维/铜丝复合丝束发热层S2陶泥(粉)料主要成分及含量为：45～55％的SiO2，25～35％的Al2O3，10～15％的钛酸钡，1～2％的Fe2O3，2～5％的TiO2，1～2％的CaO及1～2％的MgO；(3)铺设方式与结构设计：碳纤维/铜丝复合丝束的铺设方式如附图2所示，把碳纤维/铜丝复合丝束以方环形绕线方式盘绕在石棉隔热基底层S3平面上；碳纤维/铜丝复合丝束电热层中的温度传感器预留空腔及导线槽规格及设计如图3所示，针孔状温度传感器置于空腔内部，碳纤维/铜丝复合丝束电热线的两端预埋至电极端子孔位置，并由外接铜丝导线沿导线槽连接至智能数据控制装置；(4)压胚与烧结成型：分层布料完成后，在模具中进行压胚或定型，其中粉料胚体压胚条件为压强不低于30MPa，压胚或定型完成后出模得半成品，干燥后放入窑炉烧结得到成品，其烧结温度为1000～1400℃，烧结时间为1～3h；(5)表面层S1的制备：称取适量陶瓷釉料的原料，其组成为：22～25％的钾长石，3～5％的烧滑石，5～7％的方解石，9～11％的球土，20～22％的烧高岭土，24～26％的熔块，0.8～1.2％的烧氧化锌，0.8～1.2％的烧氧化铝，5～10％的钛酸钡，将称量好的陶瓷釉料原料放入到球磨机中进行球磨，球磨时间1～3h，然后加入占釉料总质量2～4％的葡萄糖，再次球磨1～3h，得到的釉浆施加在步骤(4)制备的陶瓷坯体上，经干燥后在1000～1400℃下烧结获得陶瓷板，优选地，烧成制度为常温～850℃，升温时长为10min，850℃～1100℃，升温时长为7min，1100℃保温10min，最后冷却15min，制得电热陶瓷板。本专利技术具有如下显著特点：(1)本专利技术通过一体压胚和烧结成型技术，实现电热陶瓷板的发热元件与陶瓷之间无缝衔接，实现升温迅速，效率高，具有优良的电--热转换性能。(2)本专利技术制备的电热陶瓷板在通电30～45秒之后表面温度可以达到57～58℃，在持续通电80～100秒后，样品的表面温度达到了90～92℃，而2～3分钟后样品的表面温度达到了131～134℃。(3)本专利技术制备的电热陶瓷板的发热元件选用碳纤维/铜丝复合丝束，而不是简单的单一碳纤维或单一铜丝，实现了碳纤维和铜丝在发热领域的优势互补；对比实施例表明：相比较单一碳纤维或单一铜丝，采用碳纤维/铜丝复合丝束作为发热元件，碳纤维/铜丝复合丝束在电热陶瓷板中的传热效率更高。(4)本专利技术制备的电热陶瓷板的隔热基底层含有很多微孔和石棉隔热材料，隔热效果好；碳纤维/铜丝复合丝束发热层含有导热性能优异的钛酸钡，有利于热量向上传递；表面层含有钛酸钡，其具有很好的导热和绝缘性能。通过在不同层内添加合适的添加剂，实现电热陶瓷板具有优异的传热性能，热损失小。(5)本专利技术采用了分层布料，一次压胚、一次性烧结工艺，整个制造流程工艺简单且一体完成，易于产业化生产，而且安装铺设简单，便于市场普及。附图说明图1本专利技术电热陶瓷板纵向剖面结构示意图(1.温度传感器空腔；2.碳纤维/铜丝复合丝束；S1.表面层；S2.碳纤维/铜丝复合丝束发热层；S3.微孔隔热基底层)；图2本专利技术电热陶瓷板内部碳纤维/铜丝复合丝束束的平面排布示意图(1.电极端子；2.碳纤维/铜丝复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：(1)石棉隔热基底层的制备：通过掺加隔热材料和造孔剂工艺配置的隔热基底层陶泥(粉)，然后平铺于胚体模具底层，其厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6；(2)发热层的制备：将碳纤维和铜丝直接接触，旋转捻成一股丝束，将碳纤维/铜丝复合丝束直接铺设在石棉隔热基底层陶泥(粉)上，并用胚体粉料均匀覆盖，其施料厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6，平整后压胚；(3)铺设方式与结构设计：把碳纤维/铜丝复合丝束以方环形绕线方式盘绕在石棉隔热基底层平面上；碳纤维/铜丝复合丝束电热层中的温度传感器预留空腔及导线槽规格及设计，针孔状温度传感器置于空腔内部，碳纤维/铜丝复合丝束电热线的两端预埋至电极端子孔位置，并由外接铜丝导线沿导线槽连接至智能数据控制装置；(4)压胚与烧结成型：分层布料完成后，在模具中进行压胚或定型，其中粉料胚体压胚条件为压强不低于30MPa，压胚或定型完成后出模得半成品，干燥后放入窑炉烧结得到成品，其烧结温度为1000～1400℃，烧结时间为1～3h；(5)表面层的制备：称取适量陶瓷釉料的原料，将称量好的陶瓷釉料原料放入到球磨机中进行球磨，球磨时间1～3h，然后加入占釉料总质量2～4％的葡萄糖，再次球磨1～3h，得到的釉浆施加在步骤(4)制备的陶瓷坯体上，经干燥后在1000～1400℃下烧结获得陶瓷板，优选地，烧成制度为常温～850℃，升温时长为10min，850℃～1100℃，升温时长为7min，1100℃保温10min，最后冷却15min，制得电热陶瓷板。...

【技术特征摘要】
1.一体压胚与烧结成型碳纤维/铜丝复合智能电热陶瓷板的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：(1)石棉隔热基底层的制备：通过掺加隔热材料和造孔剂工艺配置的隔热基底层陶泥(粉)，然后平铺于胚体模具底层，其厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6；(2)发热层的制备：将碳纤维和铜丝直接接触，旋转捻成一股丝束，将碳纤维/铜丝复合丝束直接铺设在石棉隔热基底层陶泥(粉)上，并用胚体粉料均匀覆盖，其施料厚度为胚体模具总厚度的0.4～0.6，平整后压胚；(3)铺设方式与结构设计：把碳纤维/铜丝复合丝束以方环形绕线方式盘绕在石棉隔热基底层平面上；碳纤维/铜丝复合丝束电热层中的温度传感器预留空腔及导线槽规格及设计，针孔状温度传感器置于空腔内部，碳纤维/铜丝复合丝束电热线的两端预埋至电极端子孔位置，并由外接铜丝导线沿导线槽连接至智能数据控制装置；(4)压胚与烧结成型：分层布料完成后，在模具中进行压胚或定型，其中粉料胚体压胚条件为压强不低于30MPa，压胚或定型完成后出模得半成品，干燥后放入窑炉烧结得到成品，其烧结温度为1000～1400℃，烧结时间为1～3h；(5)表面层的制备：称取适量陶瓷釉料的原料，将称量好的陶瓷釉料原料放入到球磨机中进行球磨，球磨时间1～3h，然后加入占釉料总质量2～4％的葡萄糖，再次球磨1～3h，得到的釉浆施加在步骤(4)制备的陶瓷坯体上，经干燥后在1000～1400℃下烧结获得陶瓷板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭雄义，邓健，董雄伟，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42