淺析高溫電熱材料（Ⅲ）

時(shí)間：2020-01-05作者：淮安市磐巖新能源科技有限公司瀏覽：242

磐巖（）的小編今天介紹高溫電熱材料的發(fā)展。
 
2.3氧化鋯發(fā)熱體
氧化鋯發(fā)熱元件是在氧化氣氛下使用溫度高達(dá)2000～2200℃的**高溫電阻發(fā)熱元件，也是目前國內(nèi)外使用溫度較高的發(fā)熱元件。氧化鋯發(fā)熱體材料具有高的熔點(diǎn)(2700℃)，在氧化氣氛中的穩(wěn)定性好，以及到一定溫度范圍可由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電體等特點(diǎn)。因此，不需要保護(hù)氣氛就可以直接在空氣中間歇或連續(xù)使用，在1800℃以上(較高溫度可以達(dá)到2400℃)可連續(xù)使用1000h以上，在2000℃到室溫之間的間歇使用可達(dá)數(shù)百次，所以是一種優(yōu)良的新型高溫發(fā)熱元件，被廣泛用作**高溫電爐的發(fā)熱元件。影響氧化鋯導(dǎo)電能力的主要因素有穩(wěn)定劑的種類及加入量、氧化鋯晶粒尺寸的大小、氣孔率高低以及所處環(huán)境溫度等。表4是由CaO穩(wěn)定的ZrO2棒體在不同溫度下的電阻率。

 
 
ZrO2發(fā)熱元件可制成棒狀、管狀和U型元件，兩端用鉑金或鉻酸鈣鑭系材料作電極引體。其制備方法主要有搗打工藝、擠壓法工藝和等離子噴涂工藝。其中，利用等離子噴涂工藝制備納米結(jié)構(gòu)ZrO2陶瓷涂層的研究是目前研究的熱點(diǎn)問題，陳進(jìn)武等的研究表明，影響涂層性能的參數(shù)主要是主氣流速、噴涂電壓和噴涂電流，當(dāng)噴涂電流為540A、電壓為63V、主氣流速為45L/min時(shí)，涂層性能較好。需要注意的是，ZrO2發(fā)熱元件的高溫強(qiáng)度較低，而且只有在一定溫度范圍才可由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電體，一般在1000℃以上才能明顯導(dǎo)電。所以用ZrO2作為發(fā)熱元件時(shí)，一般需要保護(hù)材料和輔助加熱裝置。通常使用MgO管作為ZrO2發(fā)熱元件的保護(hù)管，SiC棒或MoSi2棒發(fā)熱體作為輔助加熱裝置，均勻分布在MgO保護(hù)管周圍，然后再在輔助加熱元件的外圍套一支MgO保護(hù)管。所以，ZrO2發(fā)熱元件只能在有保護(hù)裝置和輔助加熱元件的條件下使用，而不能單獨(dú)用于加熱。此外，ZrO2熱膨脹曲線復(fù)雜，耐熱沖擊性差，這也在很大程度上限制了其發(fā)展應(yīng)用。
 
2.4二硅化鉬發(fā)熱體材料
MoSi2發(fā)熱元件是在高溫下工作的電阻發(fā)熱元件，通常稱作“硅鉬棒”。是一種可用于多種氣氛的高溫發(fā)熱元件，尤其適用于氧化性氣氛，其較高使用溫度已經(jīng)達(dá)到1850℃。主要用于冶金化工、玻璃、陶瓷、電子電工、半導(dǎo)體材料等工業(yè)領(lǐng)域以及實(shí)驗(yàn)室的重要設(shè)備。較早的二硅化鉬發(fā)熱元件是由瑞典Kanthal公司于1947年研制發(fā)明的，并于20世紀(jì)90年代初將二硅化鉬發(fā)熱體的實(shí)用溫度提高到了1850℃，即Kanthal Super1900型發(fā)熱元件，而且外觀平直，抗彎強(qiáng)度高達(dá)450MPa。而國內(nèi)現(xiàn)有的二硅化鉬發(fā)熱元件的抗彎強(qiáng)度約為150MPa，且塑性差，不能做成形狀復(fù)雜的發(fā)熱體，阻礙了其在電爐中的應(yīng)用。所以，國產(chǎn)二硅化鉬發(fā)熱元件與瑞典KANTHAL的Super系列MoSi2發(fā)熱元件相比，在大型尺寸和復(fù)雜形狀發(fā)熱元件的制備、發(fā)熱元件的抗彎強(qiáng)度、使用溫度和使用壽命等方面還存在著較大差距。主要存在的問題是二硅化鉬的室溫脆性、低溫氧化以及高溫強(qiáng)度低和易高溫蠕變等，常常使其應(yīng)用范圍受到限制，在一些特殊環(huán)境下使用時(shí)難以正常服役。而且國產(chǎn)MoSi2發(fā)熱元件在**市場的價(jià)格僅僅是KANTHAL Super系列的1/10。所以，改進(jìn)國產(chǎn)MoSi2粉體的制備技術(shù)，優(yōu)化MoSi2發(fā)熱元件的成形工藝和冷熱端的擴(kuò)散接合工藝是MoSi2發(fā)熱元件改性的技術(shù)關(guān)鍵。
目前，對二硅化鉬發(fā)熱體材料的改性主要是通過合金化和復(fù)合化的途徑實(shí)現(xiàn)的。合金化MoSi2基高溫結(jié)構(gòu)材料主要是通過合金化Al、Re、Nb、Co、W、B等實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，合金化可影響MoSi2的DBTT、硬度和屈服強(qiáng)度。其中，Nb、Ti合金化MoSi2及其復(fù)合材料雖然能夠提高M(jìn)oSi2的室溫韌性和高溫強(qiáng)度，但是卻改變了MoSi2材料的晶體結(jié)構(gòu)。而合金化Al、Re、Co、W、B等能夠顯著改善MoSi2斷裂韌性和高溫強(qiáng)度。其中，W能置換出MoSi2的Mo原子，并形成合金化合物(Mo，W)Si2，其蠕變速率**MoSi2，從而提高了材料的高溫強(qiáng)度，合金化效果較好。但是合金化W使MoSi2的密度明顯增加，喪失了其密度小的優(yōu)勢。所以，應(yīng)該根據(jù)MoSi2及其復(fù)合材料的不同用途和應(yīng)用條件，選擇不同的合金化手段。復(fù)合化主要是通過添加ZrO2、SiC、WSi2等增強(qiáng)相形成MoSi2基復(fù)合發(fā)熱體。相變增韌作用的ZrO2發(fā)揮了較好增韌效果，ZrO2-MoSi2復(fù)合材料具有較好的低溫韌性，但是材料的高溫強(qiáng)度不足；SiC的增韌效果雖然不及ZrO2，但是SiC-MoSi2復(fù)合材料具有較好的高溫強(qiáng)度；與ZrO2-MoSi2和SiC-MoSi2復(fù)合材料相比，(ZrO2+SiC)-MoSi2復(fù)合材料具有較好的綜合性能；高熔點(diǎn)高彈性模量的增強(qiáng)體(如SiC、Si3N4、WSi2和Mo5Si3等)也表現(xiàn)出了較好的綜合作用。


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