电热材料和热电材料的研究现状与发展（Ⅳ）

时间：2017-06-14

磐岩（）的小编今天继续带来的是电热材料和热电材料的研究现状与发展。

2、非金属电热材料
非金属高温电热材料主要包括碳化硅、氧化锆、铬酸镧、二硅化钼等，具有熔点高，抗氧化性好等特点，得到了广泛的研究和应用。
2.1碳化硅发热体
SiC电热元件俗称硅碳棒，是以高纯度的绿色SiC为主要原料，经2200℃高温再结晶制成的非金属发热体，较高使用温度为1350℃，其电阻随使用温度和时间而变化。它具有碳化硅制品的一系列物理化学特性，可显示出无机高温结构材料的一系列优越性能。普通SiC发热体的使用温度为1400℃左右，采用高温均热烧结、表面喷涂陶瓷、添加特殊物质以及冷端在熔融硅中浸渍处理等技术而特制的碳化硅发热体的使用温度可提高1600～1650℃，在氩气气氛中甚至可高达1800℃。正常连续使用寿命一般在2000h以上，还具有直接使用商业电源的电阻性能。此外，有**报道，通过向碳化硅中加入粘合剂，所述粘合剂为纤维素类物质，粘合剂占碳化硅重量的0.8～1.2%，采用了连续高温烧成的工艺，获得了碳化硅发热部各项性能指标均达到碳化硅行业标准，电阻值偏差缩小，红热均匀度偏差缩小，烧成成品率提高，成产周期缩短，耗能大大降低的碳化硅电热元件。SiC电热元件的主要优点是热辐射能力强，可精确控制温度；在工业应用上，通常加工成棒状、条状、板状和U形等，使用方法简单，可并联、串联、混联使用，可水平或竖直安装；性价比较高；是中高温工业电炉和实验电炉较常用的电热元件。被广泛的应用于陶瓷、玻璃、耐火材料等高温工业领域。
目前，国外的SiC电热元件的较高使用温度已达到1650℃，在1600℃时可长期使用。我国的碳化硅电热元件在生产成品率和产品质量上与国外存在较大的差距。主要存在问题是完善碳化硅电热元件的素烧工艺和烧成工艺，解决电阻离散性大和力学性能差等问题。

2.2铬酸镧发热体
铬酸镧(LaCrO3)是一种钙钛矿型(AbO3)复合氧化物,具有熔点高 (2490℃)，大气中较高使用温度可达1900℃，炉温可达1800℃，是一种新型的高温电炉用加热元件。主要形状为哑铃型、螺纹型和等直径型，其中等直径型的使用较为广泛。使用范围一般在1500～1800℃，用铬酸镧发热体的高温电炉可应用于单晶制备，精密陶瓷烧结，高温玻璃熔炼和高温热处理等领域。其主要优点是能够在大气气氛下使用到1900℃(表面温度)，可获得1800℃的炉温；能在氧化气氛下连续长时间使用，使用寿命可达3000h以上；可作为大小管式炉，箱式炉的发热元件；用铬酸镧发热元件装配的电炉炉温能够精确控制，其炉温稳定度可在1℃之内。主要缺点是高温下与碱金属发生作用，对铬酸镧材料的组织结构造成破坏，使元件在高温下无法使用。同时，高温下不许与还原气氛（如H2、CO等）接触，在高温下还原气体会使金属La3+还原成金属La从而破坏元件，影响使用。
目前，铬酸镧发热体的制备工艺主要包括固相法、溶胶凝胶法、化学沉淀法、连氨法和水热法等。依据铬酸镧的用途研究者采用相应的方法。日本及俄罗斯等国在上世纪90年代就已能批量生产LaCrO3直棒式发热体，产品的电一致性很好，其性能可以满足电炉生产技术的要求。国内能生产铬酸镧发热元件的厂家较少，包头稀土研究院是在80年代初期研究完成了哑铃型铬酸镧发热材料的研究工作，在1995～1996年成功研制了铬酸镧等直径发热元件。虽然在某些技术领域已经达到国际先进水平，但整体上与国外相比还存在一定差距，主要是对铬酸镧的密度和热膨胀性能的控制方面。
目前，对二硅化钼发热体材料的改性主要是通过合金化和复合化的途径实现的。合金化MoSi2基高温结构材料主要是通过合金化Al、Re、Nb、Co、W、B等实现的。根据文献报道，合金化可影响MoSi2的DBTT、硬度和屈服强度。其中，Nb、Ti合金化MoSi2及其复合材料虽然能够提高MoSi2的室温韧性和高温强度，但是却改变了MoSi2材料的晶体结构。而合金化Al、Re、Co、W、B等能够显着改善MoSi2断裂韧性和高温强度。其中，W能置换出MoSi2的Mo原子，并形成合金化合物(Mo,W)Si2，其蠕变速率低于MoSi2，从而提高了材料的高温强度,合金化效果较好。但是合金化W使MoSi2的密度明显增加，丧失了其密度小的优势。所以，应该根据MoSi2及其复合材料的不同用途和应用条件，应选择不同的合金化手段。复合化主要是通过添加ZrO2、SiC、WSi2等增强想形成MoSi2基复合发热体。相变增韧作用的ZrO2，发挥了较好增韧效果，ZrO2-MoSi2复合材料具有较好的低温韧性，但是材料的高温强度不足；SiC的增韧效果虽然不及ZrO2，但是SiC-MoSi2复合材料具有较好的高温强度；与ZrO2-MoSi2和SiC-MoSi2复合材料相比，(ZrO2+SiC)-MoSi2复合材料具有更好的综合性能；高熔点高弹性模量的增强体(如SiC、Si3N4、WSi2和Mo5Si3等)也表现出了较好的综合作用。

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