专利名称：全红外辐射陶瓷加热器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷加热器，具体地说是一种全红外辐射陶瓷加热器及其制作方法。
背景技术：
目前人们在使用SiC晶体制作加热器时，需在SiC晶体表面生长SiA来对SiC晶体进行保护，提高加热器的抗氧化能力，延长使用寿命。现有陶瓷加热器的制作方法是将 SiC晶体制作的加热芯封装在双层SiA玻璃管内，并通过焊接方式使二者固定连接。该方法制作的陶瓷加热器能够实现水电隔离效果，并且SiC晶体产生的红外辐射线能够顺利穿过SiO2玻璃。SiC晶体发出的热量需先与SiA玻璃管进行热交换，再由SiA玻璃管将热量散发出来，因此S^2玻璃管的厚度决定了陶瓷加热器升温的快慢，由于双层S^2玻璃管在现有技术条件下制作时至少需要SiA玻璃层有Imm的厚度，因此目前现有的陶瓷加热器均存在升温速度不够快的缺点。另外，现有陶瓷加热器的制作方法中，加热芯的封装与焊接过程步骤繁琐，操作难度较大，生产效率较低，SiO2玻璃层与陶瓷加热芯的连接强度较低，长时间使用后SiA玻璃层容易脱落，使用寿命较短，生产时的次品率即在5%以上，企业的生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种全红外辐射陶瓷加热器及其制作方法，它能够有效减小陶瓷加热器中SiA玻璃层的厚度，提高陶瓷加热器的升温速度，并且加工过程简便、易于操作，生产效率高，SiO2玻璃层与陶瓷加热芯的连接强度高，SiO2玻璃层不会脱落，使用寿命长，生产时的次品率低，有利于企业降低生产成本。本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现包括SiC陶瓷加热芯，SiC陶瓷加热芯内外表面均附着有SiA玻璃层，Sio2玻璃层的厚度为200-600 μ m。全红外辐射陶瓷加热器的制作方法，包括下述步骤
①用SiC晶体制作陶瓷加热芯；
②用功率为1-1.3KW，功率密度为35-45X 105W/cm3的激光束以30mm/秒的加工速度照射SiC陶瓷加热芯内外表面，使SiC陶瓷加热芯内外表面光滑、均勻一致；
③在激光清扫后的SiC陶瓷加热芯内外表面喷涂50-100μ m厚的MoSi层；
④将步骤③中喷涂MoSi层的SiC陶瓷加热芯置于烘干炉中，在180-200°C的温度中烘干1. 9-2. 1小时，得到带有MoSi层的SiC陶瓷加热芯；
⑤将带有MoSi层的SiC陶瓷加热芯在空气中常温下通电，使SiC晶体发热至 1680-1750°C，并保持通电5分钟，使SiC陶瓷加热芯内外表面的MoSi与空气中的化反应生成SiO2, SiO2生长在SiC陶瓷加热芯内外表面，形成SiO2致密膜层，在SiC陶瓷加热芯内外表面得到S^2基底；
⑥将内外表面带有SiA基底的SiC陶瓷加热芯置入SiO2熔炉中，SiO2熔炉中通 0. OlMpa的氖气，SiA熔炉中并装有1600°c的SW2熔融物，将带有SW2基底的SiC陶瓷加热芯浸入1600°c的SiA熔融物中，保持5分钟后取出，冷却至1460°c，使SW2熔炉中的SW2 分子键聚在基底上，形成S^2玻璃层雏形；
⑦将1460°C的带有S^2玻璃层雏形的SiC陶瓷加热芯移至脱羟炉内，逐步降温至常温，在SiC陶瓷加热芯内外表面上得到厚度为200-600μπι的SiO2玻璃层。在步骤③喷涂MoSi料粉前在SiC陶瓷加热芯连接电极的位置安装耐高温陶瓷套管。本发明的优点在于SiO2玻璃层的厚度为与现有产品相比大幅减少，能够有效提高陶瓷加热器的升温速度，温度升至最高点所用时间仅为现有市面上SiA玻璃层最薄(约为Imm)的全红外辐射陶瓷加热器产品的三分之一；制作时不需对加热芯以及SiA玻璃进行封装和焊接，而是让S^2玻璃层直接生长在SiC陶瓷加热芯内外表面，能够有效减小陶瓷加热器中SiA玻璃层的厚度，同时简化了生产方法，生产效率较现有工艺提高了 5倍左右，降低了操作难度，SiO2玻璃层与陶瓷加热芯的连接强度高，SiO2玻璃层不会脱落，实验表明其使用寿命比现有技术延长1. 9倍左右，生产中产品的次品率低于1%。，有利于企业降低生产成本。
图1是本发明所述陶瓷加热器的结构示意图。
具体实施例方式本发明所述的全红外辐射陶瓷加热器，包括SiC陶瓷加热芯1，SiC陶瓷加热芯1 内外表面均附着有SiA玻璃层2，SiO2玻璃层2的厚度为200-600 μ m。本发明所述的陶瓷加热器与现有产品相比，SiO2玻璃层的厚度大幅减少，能够有效提高陶瓷加热器的升温速度。本发明所述的全红外辐射陶瓷加热器温度升至最高点所用时间仅为现有市面上S^2 玻璃层最薄(约为Imm)的全红外辐射陶瓷加热器产品的三分之一。本发明所述的全红外辐射陶瓷加热器的制作方法包括下述步骤
①用SiC晶体制作陶瓷加热芯；
②用功率为1-1.3KW，功率密度为35-45X 105W/cm3的激光束以30mm/秒的加工速度照射SiC陶瓷加热芯内外表面，使SiC陶瓷加热芯内外表面光滑、均勻一致；
③在激光清扫后的SiC陶瓷加热芯内外表面喷涂50-100μ m厚的MoSi层；
④将步骤③中喷涂MoSi层的SiC陶瓷加热芯置于烘干炉中，在180-200°C的温度中烘干1. 9-2. 1小时，得到带有MoSi层的SiC陶瓷加热芯；
⑤将带有MoSi层的SiC陶瓷加热芯在空气中常温下通电，使SiC晶体发热至 1680-1750°C，并保持通电5分钟，使SiC陶瓷加热芯内外表面的MoSi与空气中的化反应生成SiO2, SiO2生长在SiC陶瓷加热芯内外表面，形成SiO2致密膜层，在SiC陶瓷加热芯内外表面得到S^2基底；
⑥将内外表面带有SiA基底的SiC陶瓷加热芯置入SiO2熔炉中，SiO2熔炉中通 0. OlMpa的氖气，SiA熔炉中并装有1600°c的SW2熔融物，将带有SW2基底的SiC陶瓷加热芯浸入1600°c的SiA熔融物中，保持5分钟后取出，冷却至1460°c，使SW2熔炉中的SW2 分子键聚在基底上，形成S^2玻璃层雏形；⑦将1460°C的带有S^2玻璃层雏形的SiC陶瓷加热芯移至脱羟炉内，逐步降温至常温，在SiC陶瓷加热芯内外表面上得到厚度为200-600μπι的SiO2玻璃层。步骤②中的激光功率优选为1. 2KW，功率密度优选为40Χ 105W/cm3，将SiC陶瓷加热芯内外表面加热到刚能够使SiC晶体熔化的温度，SiC晶体熔化后立即冷却，使SiC陶瓷加热芯表面光滑、均勻一致。步骤③中MoSi层的厚度可跟据实际情况在50-100 μ m范围内调整，MoSi层的厚度在该范围内时能够确保MoSi层烘干时不会脱落，其中MoSi层优选的厚度为75μπι。步骤④中的烘干温度优选为190°C，烘干时间优选为2小时，根据烘干时的实际效果可将烘干温度在180-200°C范围内适当调整，烘干时间为1.9-2. 1小时，若超出此范围则会导致MoSi层附着不牢固，易脱落。步骤⑤中SiC晶体发热至1680°C以上即可使SiC 陶瓷加热芯内外表面生成的S^2熔融，冷却后形成均勻的S^2致密膜层，但SiC晶体发热温度不应高于1750°C，若高于此温度，SiO2致密膜层的流动性过高，造成S^2致密膜层厚度不均，影响SiA基底的质量，其中SiC晶体发热优选的温度为1710°C，该温度下SiA熔融物的状态能够形成均勻度最高的SiA致密膜层。步骤⑥中所述的1460°c为SiA玻璃由液态开始凝固的临界温度，即SiA玻璃开始凝固后，再将带有SiA玻璃层的SiC陶瓷加热芯移至脱羟炉内降温。步骤⑦将带有SiA玻璃层雏形的SiC陶瓷加热芯移至脱羟炉内逐步降温能够消除残余应力。该制作方法不需对加热芯以及SiA玻璃进行封装和焊接，而是让SiA 玻璃层直接生长在SiC陶瓷加热芯内外表面，能够有效减小陶瓷加热器中SiA玻璃层的厚度，使SiA玻璃层的厚度仅为200-600 μ m,能够提高陶瓷加热器的升温速度，同时简化了生产方法，生产效率较现有方法提高了 5倍左右，降低了操作难度，SiO2玻璃层与陶瓷加热芯的连接强度高，SiO2玻璃层不会脱落，实验表明其使用寿命比现有技术延长1. 9倍左右，生产中产品的次品率低于1%。，有利于企业降低生产成本。本发明所述的全红外辐射陶瓷加热器的制作方法中，为了在SiC陶瓷加热芯上预留电极连接位置，可在步骤③喷涂MoSi料粉前在SiC陶瓷加热芯连接电极的位置安装耐高温陶瓷套管。耐高温陶瓷套管由&02、Al2O3等耐高温陶瓷材料制成，其熔点高于2000°C， 喷涂MoSi料粉时可阻挡MoSi料粉附着在安装耐高温陶瓷套管的位置，使该位置不会生成 SiO2玻璃层，步骤⑦降温完毕后，取下高温陶瓷套管即可。
权利要求
1.全红外辐射陶瓷加热器，包括SiC陶瓷加热芯(1)，其特征在于SiC陶瓷加热芯 (1)内外表面均附着有SiO2玻璃层(2)，SiO2玻璃层(2)的厚度为200-600 μ m。
2.全红外辐射陶瓷加热器的制作方法，其特征在于包括下述步骤①用SiC晶体制作陶瓷加热芯；②用功率为1-1.3KW，功率密度为35-45X 105W/cm3的激光束以30mm/秒的加工速度照射SiC陶瓷加热芯内外表面，使SiC陶瓷加热芯内外表面光滑、均勻一致；③在激光清扫后的SiC陶瓷加热芯内外表面喷涂50-100μ m厚的MoSi层；④将步骤③中喷涂MoSi层的SiC陶瓷加热芯置于烘干炉中，在180-200°C的温度中烘干1. 9-2. 1小时，得到带有MoSi层的SiC陶瓷加热芯；⑤将带有MoSi层的SiC陶瓷加热芯在空气中常温下通电，使SiC晶体发热至 1680-1750°C，并保持通电5分钟，使SiC陶瓷加热芯内外表面的MoSi与空气中的仏反应生成SiO2, SiO2生长在SiC陶瓷加热芯内外表面，形成SiO2致密膜层，在SiC陶瓷加热芯内外表面得到S^2基底；⑥将内外表面带有SiA基底的SiC陶瓷加热芯置入SiO2熔炉中，SiO2熔炉中通 0. OlMpa的氖气，SiA熔炉中并装有1600°c的SW2熔融物，将带有SW2基底的SiC陶瓷加热芯浸入1600°c的SiA熔融物中，保持5分钟后取出，冷却至1460°c，使SW2熔炉中的SW2 分子键聚在基底上，形成S^2玻璃层雏形；⑦将1460°C的带有S^2玻璃层雏形的SiC陶瓷加热芯移至脱羟炉内，逐步降温至常温，在SiC陶瓷加热芯内外表面上得到厚度为200-600μπι的SiO2玻璃层。
3.根据权利要求2所述的全红外辐射陶瓷加热器的制作方法，其特征在于在步骤③ 喷涂MoSi料粉前在SiC陶瓷加热芯连接电极的位置安装耐高温陶瓷套管。
全文摘要
本发明公开了一种全红外辐射陶瓷加热器及其制作方法，包括SiC陶瓷加热芯，SiC陶瓷加热芯内外表面均附着有SiO2玻璃层，SiO2玻璃层的厚度为200-600μm；其制作方法如下用激光束照射SiC陶瓷加热芯内外表面；在SiC陶瓷加热芯内外表面喷涂MoSi层；置于烘干炉中烘干；通电发热，形成SiO2基底；浸入SiO2熔融物中后取出，形成SiO2玻璃层雏形；降温至常温。本发明能够有效减小陶瓷加热器中SiO2玻璃层的厚度，提高陶瓷加热器的升温速度，并且加工过程简便、易于操作，生产效率高，SiO2玻璃层与陶瓷加热芯的连接强度高、不会脱落，使用寿命长，生产时的次品率低，有利于企业降低生产成本。
文档编号H05B3/14GK102404886SQ20111037357
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者周冰, 周存文 申请人:周存文