中國(guó)粉體網(wǎng)訊  隨著航空航天、電子電工、冶金化工、交通、汽車、軍工等行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)材料的熱加工成形及熱處理?xiàng)l件要求越來(lái)越嚴(yán)格。電加熱因易于控制和調(diào)節(jié)且不污染環(huán)境，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。

常見的電熱材料包括金屬電熱材料和非金屬電熱材料兩類。非金屬電熱材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、電熱轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，正在逐步取代金屬電熱材料。非金屬電熱材料主要有碳化硅、硅化鉬、氧化鋯復(fù)合材料及炭基材料等。

1、碳化硅發(fā)熱體

SiC電熱元件俗稱硅碳棒，是以高純度的綠色SiC為主要原料，經(jīng)2200℃高溫再結(jié)晶制成的非金屬發(fā)熱體，最高使用溫度為1350℃，其電阻隨使用溫度和時(shí)間而變化。它具有碳化硅制品的一系列物理化學(xué)特性，可顯示出無(wú)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)材料的一系列優(yōu)越性能。

圖片來(lái)源：鄭州德爾信鎢鉬科技有限公司

普通SiC發(fā)熱體的使用溫度為1400℃左右，采用高溫均熱燒結(jié)、表面噴涂陶瓷、添加特殊物質(zhì)以及冷端在熔融硅中浸漬處理等技術(shù)而特制的碳化硅發(fā)熱體的使用溫度可提高到1600～1650℃，在氬氣氣氛中甚至可高達(dá)1800℃。正常連續(xù)使用壽命一般在2000h以上，還具有直接使用商業(yè)電源的電阻性能。

硅碳棒在各種氣氛中的使用溫度��

SiC電熱元件的主要優(yōu)點(diǎn)是熱輻射能力強(qiáng)，可精確控制溫度。在工業(yè)應(yīng)用上，通常加工成棒狀、條狀、板狀和U形等，使用方法簡(jiǎn)單，可并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)使用，可水平或豎直安裝，性價(jià)比較高，是中高溫工業(yè)電爐和實(shí)驗(yàn)電爐最常用的電熱元件。被廣泛應(yīng)用于陶瓷、玻璃、耐火材料等高溫工業(yè)領(lǐng)域。

2、鉻酸鑭發(fā)熱體

其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠在大氣氣氛下使用到1900℃(表面溫度)，可獲得1800℃的爐溫；能在氧化氣氛下連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間使用，使用壽命可達(dá)3000h以上；可作為大小管式爐、箱式爐的發(fā)熱元件；用鉻酸鑭發(fā)熱元件裝配的電爐爐溫能夠精確控制，其爐溫穩(wěn)定度可在1℃之內(nèi)。

主要缺點(diǎn)是高溫下與堿金屬發(fā)生作用，對(duì)鉻酸鑭材料的組織結(jié)構(gòu)造成破壞，使元件在高溫下無(wú)法使用。同時(shí)，高溫下不許與還原氣氛(如H₂、CO等)接觸，因?yàn)樵诟邷叵逻�原氣體會(huì)使金屬La³⁺還原成金屬La從而破壞元件，影響使用。

3、氧化鋯發(fā)熱體

氧化氣氛下使用溫度高達(dá)2000～2200℃的超高溫電阻發(fā)熱元件，也是目前國(guó)內(nèi)外使用溫度最高的發(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(最高溫度可以達(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，被廣泛用作超高溫電爐的發(fā)熱元件。

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，其最高使用溫度已經(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。

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5、碳基電熱材料

（1）炭黑基電熱材料

炭黑基電熱材料通常是將炭黑分散到基體中，采用熔融共混或者機(jī)械攪拌的方法而制備的。當(dāng)炭黑在基體中達(dá)到滲流閾后，材料將形成連續(xù)的導(dǎo)電通路，炭黑基電熱材料的電熱性能由炭黑的表面積、結(jié)構(gòu)、炭黑在基體中的濃度以及基體的性質(zhì)等決定。炭黑電熱材料被廣泛應(yīng)用于石油輸送管道防凍、電熱取暖等方面。

（2）碳纖維基電熱材料

碳纖維是指碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在化學(xué)結(jié)構(gòu)中達(dá)到90％以上的纖維，可作為一種高性能的增強(qiáng)材料，具有低的電阻率、優(yōu)良的耐熱性、良好的電熱性能和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，是電和熱的良導(dǎo)體，又因膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高而不會(huì)出現(xiàn)蓄熱和過(guò)熱現(xiàn)象，在高溫下仍有很高的強(qiáng)度。碳纖維基電熱材料通常有兩種應(yīng)用形式。一種是以碳纖維線作為電熱元件來(lái)進(jìn)行應(yīng)用。另一種是將短絲碳纖維或長(zhǎng)絲碳纖維下腳料粉碎研磨成一定細(xì)度的粉末，并與樹脂等材料混合制備導(dǎo)電漿料，然后將其制成特定形狀或者涂覆于基材上作為電熱元件。

（3）碳晶電熱材料

碳晶電熱材料是將碳晶顆粒和相應(yīng)的添加劑加入到高分子樹脂材料中進(jìn)行混合，通過(guò)特殊工藝制備而成。碳晶電熱材料通過(guò)碳分子之間的相互撞擊和摩擦產(chǎn)生熱能并以遠(yuǎn)紅外線向外輻射的形式進(jìn)行傳熱，通常制成板狀型材，用于地?zé)崛∨�等�?xiàng)目中，具有電能和熱能轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)。

（5）碳納米材料

碳納米材料主要包括石墨烯和碳納米管，二者可制成電熱膜使用。因其表現(xiàn)出低電壓、高效發(fā)熱的特性，現(xiàn)階段，諸多研究者開始研究納米碳系電熱材料，已研發(fā)出石墨烯電熱膜并應(yīng)用于加熱裝置及內(nèi)置式電采暖木質(zhì)地板中。

參考來(lái)源：

[1]張穎異等.高溫電熱材料的研究發(fā)展

[2]張旗等.碳基采暖電熱材料研究進(jìn)展

[3]王慧翀.納米碳材料電熱膜制備及其電熱特性研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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