專利名稱：一種氮化硅電熱元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電熱元件，特別是涉及一種氮化硅電熱元件及其制造方法。
背景技術：
目前使用的氮化硅電熱元件，一般是由氮化硅基體、發(fā)熱絲和電極組成。其中，氮化硅基體在燒結過程中普遍采用氧化物作為燒結添加劑，氧化物燒結添加劑雖然能夠和二氧化硅以及氮化硅形成液相，但由于液相中含有較多的雜質離子，不利于長柱狀的氮化硅晶粒的形成，因此難以得到高性能的氮化硅基體，從而降低了氮化硅電熱元件的綜合性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種制造方便、綜合性能優(yōu)越、 使用壽命長的氮化硅電熱元件及其制造方法。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件，包括氮化硅基體及置于氮化硅基體內的發(fā)熱絲和電極，其中所述電極的一端與發(fā)熱絲相連接，其另一端的端面裸露在氮化硅基體一端的端面上并通過焊接的方式連接有導線，其特點是所述氮化硅基體為采用在氮化硅粉中加入非氧化物氮化硅鎂粉作為燒結添加劑并通過熱壓燒結的方式制作形成的結構體。為了使本發(fā)明在制造的過程中，用于與導線連接的電極端的磨出容易，并且節(jié)約材料，上述氮化硅基體的一端設置有U形開口，上述電極連接有導線的一端置于該U形開口兩側的氣化娃基體內。為了使本發(fā)明所述的電極與發(fā)熱絲之間的連接可靠，以達到更好傳遞電能的效果，上述發(fā)熱絲與電極為一體連接。為了使本發(fā)明所述的發(fā)熱絲與氮化硅基體的接觸更為緊密，既有利于增強氮化硅基體的強度，又有利于發(fā)熱絲的熱傳導更加均勻，上述發(fā)熱絲設置成螺旋環(huán)繞曲線狀結構。而且所述螺旋環(huán)繞曲線狀結構的發(fā)熱絲在氮化硅基體內呈曲線均勻分布，且所述螺旋環(huán)繞曲線狀結構的發(fā)熱絲包括若干個連續(xù)的U形彎曲。本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件的制造方法包括如下步驟
A、粉料制備
將90 95%重量氮化硅粉、5 10%重量氮化硅鎂粉混合均勻，放入砂磨機中，并按粉料重量去離子水重量=I : (I I. 5)的比例加入去離子水，混合6 12小時后，將料漿放入干燥箱120° C下干燥6小時，干燥后的粉料過80目篩儲存?zhèn)溆茫?br> B、生坯制備
首先稱料，然后將稱好的粉料放入金屬模中，并將粉料刮平后連同金屬模一起放入壓機中，施加壓力500公斤/平方厘米，使金屬模內的粉料形成帶凹槽且一端具有U形開口的生坯，凹槽的形狀與發(fā)熱絲及電極的形狀相吻合，然后將發(fā)熱絲和電極放入凹槽中，再蓋上一片生坯，組成一個生坯組合單元；C、石墨壓條和石墨隔板的準備
根據生坯的長、寬尺寸制作相吻合的石墨壓條和石墨隔板，石墨壓條和石墨隔板與生坯接觸的表面涂氮化硼隔離劑；
D、裝模、燒制、拆分
在每一個生坯組合單元上下各放一塊石墨壓條，并由若干個生坯組合單元形成列，列與列之間用石墨隔板隔離，然后將多列生坯組合單元放入模框內固定好，然后送入真空熱壓爐進行熱壓燒結，燒后拆模，按每一生坯組合單元進行拆分，便可得到一只氮化硅基體；
E、焊接導線
磨出氮化硅基體的U形開口端的電極，然后通過焊接的方式將導線與電極連接在一起，即形成本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件。

其中，上述步驟D中所述的熱壓燒結的具體做法如下
升溫加壓制度
室溫至1600°C :勻速升溫、勻速加壓，90分鐘爐溫升至1600°C，壓機壓力加至25噸，1600°C保溫、保壓30分鐘；
1600°C至1750°C :勻速升溫、勻速加壓，40分鐘爐溫升至1750°C，壓機壓力加至40噸，1750°C保溫、保壓30分鐘；
氣氛制度
1600°C前熱壓爐內保持真空狀態(tài)，溫度達到1600°C時充入氮氣，以防止氮化硅粉的高溫熱分解。本發(fā)明由于采用非氧化物氮化硅鎂作為燒結添加劑，并通過熱壓燒結的方式得到氮化硅基體的結構，因而氮化硅基體的晶界相含量低、雜質少，有利于長柱狀晶粒的形成，這樣便極大地提高了氮化硅基體的力學性能，從而使本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件的綜合性能優(yōu)越，有效地延長了其使用壽命。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。


圖I為本發(fā)明的剖面結構示意圖。圖2為本發(fā)明中所述生坯的內部結構示意圖。圖3為本發(fā)明中所述生坯組合單元的剖面結構示意圖。
具體實施例方式如圖I-圖3所示，本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件，包括氮化硅基體I及置于氮化硅基體I內的發(fā)熱絲2和電極3，其中電極3的一端與發(fā)熱絲2相連接，其另一端的端面裸露在氮化硅基體I 一端的端面上并通過焊接的方式連接有導線4，而氮化硅基體I為采用在氮化硅粉中加入非氧化物氮化硅鎂粉作為燒結添加劑并通過熱壓燒結的方式制作形成的結構體，且氮化硅基體I為致密的結構件，可有效地隔絕外界空氣與氮化硅基體內的發(fā)熱絲2接觸，而且氮化硅基體I為扁平狀長方形氮化硅基體。為了使本發(fā)明在制造的過程中，用于與導線4連接的電極端的磨出容易，并且節(jié)約材料，氮化硅基體I的一端設置有U形開口 5，電極3連接有導線4的一端置于該U形開口 5兩側的氮化硅基體I內。如圖所示，電極3是由正負電極組成，其中正電極的一端與發(fā)熱絲2的其中一端相連接，負電極的一端與發(fā)熱絲2的另一端相連接，正電極的另一端置于U形開口 5—側的氮化硅基體I內，負電極的另一端置于U形開口 5另一側的氮化硅基體I內，且正負電極裸露于氮化硅基體I端面的一端各自連接有一導線4。為了使本發(fā)明所述的電極3與發(fā)熱絲2之間的連接可靠，以達到更好傳遞電能的效果，發(fā)熱絲2與電極3為一體連接。為了使本發(fā)明所述的發(fā)熱絲2與氮化硅基體I的接觸更為緊密，既有利于增強氮化硅基體I的強度，又有利于發(fā)熱絲2的熱傳導更加均勻，發(fā)熱絲2設置成螺旋環(huán)繞曲線狀結構，而且該螺旋環(huán)繞曲線狀結構的發(fā)熱絲2在氮化硅基體I內呈曲線均勻分布，同時該螺旋環(huán)繞曲線狀結構的發(fā)熱絲2包括若干個連續(xù)的U形彎曲。 本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件的制造方法包括如下步驟
A、粉料制備
將90 95%重量氮化硅粉、5 10%重量氮化硅鎂粉混合均勻，放入砂磨機中，并按粉料重量去離子水重量=I : (I I. 5)的比例加入去離子水，混合6 12小時后，將料漿放入干燥箱120° C下干燥6小時，干燥后的粉料過80目篩儲存?zhèn)溆茫?br> B、生坯制備
首先稱料，然后將稱好的粉料放入金屬模中，并將粉料刮平后連同金屬模一起放入壓機中，施加壓力500公斤/平方厘米，使金屬模內的粉料形成帶凹槽6且一端具有U形開口5的生坯7，凹槽6的形狀與發(fā)熱絲2及電極3的形狀相吻合，然后將發(fā)熱絲2和電極3放入凹槽6中，再蓋上一片生坯7，組成一個生坯組合單元；
C、石墨壓條和石墨隔板的準備
根據生坯7的長、寬尺寸制作相吻合的石墨壓條和石墨隔板，石墨壓條和石墨隔板與生坯7接觸的表面涂氮化硼隔離劑；
D、裝模、燒制、拆分
在每一個生坯組合單元上下各放一塊石墨壓條，并由若干個生坯組合單元形成列，列與列之間用石墨隔板隔離，然后將多列生坯組合單元放入模框內固定好，然后送入真空熱壓爐進行熱壓燒結，燒后拆模，按每一生坯組合單元進行拆分，便可得到一只氮化硅基體I ;
E、焊接導線
磨出氮化硅基體I的U形開口端的電極3，然后通過焊接的方式將導線4與電極3連接在一起，即形成本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件。其中，上述步驟D中所述的熱壓燒結的具體做法如下
升溫加壓制度
室溫至1600°C :勻速升溫、勻速加壓，90分鐘爐溫升至1600°C，壓機壓力加至25噸，1600°C保溫、保壓30分鐘；
1600°C至1750°C :勻速升溫、勻速加壓，40分鐘爐溫升至1750°C，壓機壓力加至40噸，1750°C保溫、保壓30分鐘；
氣氛制度
1600°C前熱壓爐內保持真空狀態(tài)，溫度達到1600°C時充入氮氣，以防止氮化硅粉的高溫熱分解。
當熱壓燒結操作結束后，爐內溫度冷卻至20°C后將?？蛉〕霾⒉鹉?。本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業(yè)人士 是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發(fā)明權利要求限定的范圍之內。
權利要求
1.一種氮化硅電熱元件，包括氮化硅基體(I)及置于氮化硅基體(I)內的發(fā)熱絲(2)和電極(3)，其中所述電極(3)的一端與發(fā)熱絲(2)相連接，其另一端的端面裸露在氮化硅基體(I) 一端的端面上并通過焊接的方式連接有導線(4)，其特征在于所述氮化硅基體(I)為采用在氮化硅粉中加入非氧化物氮化硅鎂粉作為燒結添加劑并通過熱壓燒結的方式制作形成的結構體。
2.根據權利要求I所述氮化硅電熱元件，其特征在于上述氮化硅基體(I)的一端設置有U形開口(5)，上述電極(3)連接有導線(4)的一端置于該U形開口(5)兩側的氮化硅基體(I)內。
3.根據權利要求I所述氮化硅電熱元件，其特征在于上述氮化硅基體(I)為扁平狀長方形氮化硅基體。
4.根據權利要求I所述氮化硅電熱元件，其特征在于上述發(fā)熱絲(2)與電極(3)為一體連接。
5.根據權利要求I所述氮化硅電熱元件，其特征在于上述發(fā)熱絲(2)設置成螺旋環(huán)繞曲線狀結構。
6.根據權利要求5所述氮化硅電熱元件，其特征在于上述螺旋環(huán)繞曲線狀結構的發(fā)熱絲(2 )在氮化硅基體(I)內呈曲線均勻分布，且所述螺旋環(huán)繞曲線狀結構的發(fā)熱絲(2 )包括若干個連續(xù)的U形彎曲。
7.一種氮化硅電熱元件的制造方法，該方法用于制造如前述任一權利要求所述的氮化硅電熱元件，其特征在于包括如下步驟 A、粉料制備 將90 95%重量氮化硅粉、5 10%重量氮化硅鎂粉混合均勻，放入砂磨機中，并按粉料重量去離子水重量=I : (I I. 5)的比例加入去離子水，混合6 12小時后，將料漿放入干燥箱120° C下干燥6小時，干燥后的粉料過80目篩儲存?zhèn)溆茫? B、生坯制備 首先稱料，然后將稱好的粉料放入金屬模中，并將粉料刮平后連同金屬模一起放入壓機中，施加壓力500公斤/平方厘米，使金屬模內的粉料形成帶凹槽(6)且一端具有U形開口(5)的生坯(7)，凹槽(6)的形狀與發(fā)熱絲(2)及電極(3)的形狀相吻合，然后將發(fā)熱絲(2)和電極(3)放入凹槽(6)中，再蓋上一片生坯(7)，組成一個生坯組合單元； C、石墨壓條和石墨隔板的準備 根據生坯(7)的長、寬尺寸制作相吻合的石墨壓條和石墨隔板，石墨壓條和石墨隔板與生坯(7)接觸的表面涂氮化硼隔離劑； D、裝模、燒制、拆分 在每一個生坯組合單元上下各放一塊石墨壓條，并由若干個生坯組合單元形成列，列與列之間用石墨隔板隔離，然后將多列生坯組合單元放入?？騼裙潭ê茫缓笏腿胝婵諢釅籂t進行熱壓燒結，燒后拆模，按每一生坯組合單元進行拆分，便可得到一只氮化硅基體(O; E、焊接導線 磨出氮化硅基體(I)的U形開口端的電極(3)，然后通過焊接的方式將導線(4)與電極(3)連接在一起，即形成本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件。
8.根據權利要求7所述氮化硅電熱元件的制造方法，其特征在于上述步驟D中所述的熱壓燒結的具體做法如下 升溫加壓制度 室溫至1600°C :勻速升溫、勻速加壓，90分鐘爐溫升至1600°C，壓機壓力加至25噸，1600°C保溫、保壓30分鐘； 1600°C至1750°C :勻速升溫、勻速加壓，40分鐘爐溫升至1750°C，壓機壓力加至40噸，1750°C保溫、保壓30分鐘； 氣氛制度 1600°C前熱壓爐內保持真空狀態(tài)，溫度達到1600°C時充入氮氣，以防止氮化硅粉的高溫熱分解。
全文摘要
一種氮化硅電熱元件及其制造方法，包括氮化硅基體及置于氮化硅基體內的發(fā)熱絲和電極，其中所述電極的一端與發(fā)熱絲相連接，其另一端的端面裸露在氮化硅基體一端的端面上并通過焊接的方式連接有導線，所述氮化硅基體為采用在氮化硅粉中加入非氧化物氮化硅鎂粉作為燒結添加劑并通過熱壓燒結的方式制作形成的結構體。本發(fā)明由于采用非氧化物氮化硅鎂作為燒結添加劑，并通過熱壓燒結的方式得到氮化硅基體的結構，因而氮化硅基體的晶界相含量低、雜質少，有利于長柱狀晶粒的形成，這樣便極大地提高了氮化硅基體的力學性能，從而使本發(fā)明所述的氮化硅電熱元件的綜合性能優(yōu)越，有效地延長了其使用壽命。
文檔編號H05B3/18GK102821494SQ20121031801
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2012年8月31日
發(fā)明者黎石紅 申請人:黎石紅