阅读说明：本技术 陶瓷电热膜加热管 (Ceramic electrothermal film heating pipe ) 是由 徐建成 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：一种陶瓷电热膜加热管,由陶瓷基材做制作的管状结构,其表壁上附着电热膜层所形成,所述陶瓷电热膜加热管由陶瓷基材层,粗糙过渡层和电热膜层组成。它采用高温冲压喷砂工艺及金属电热膜层,在陶瓷基材表面形成附着性好,耐热性能好的粗糙过渡层,通过配方使得陶瓷基材层,粗糙过渡层和电热膜层热膨胀系数一致,因此电热膜涂层不容易和陶瓷基材管发生剥裂现象,提高了电热膜加热管的使用寿命。(A ceramic electrothermal film heating tube is a tubular structure made of a ceramic substrate, and is formed by attaching an electrothermal film layer on the surface wall of the ceramic electrothermal film heating tube. The high-temperature stamping sand blasting process and the metal electric heating film layer are adopted, the rough transition layer with good adhesiveness and good heat resistance is formed on the surface of the ceramic substrate, and the thermal expansion coefficients of the ceramic substrate layer, the rough transition layer and the electric heating film layer are consistent through the formula, so that the electric heating film layer is not easy to peel off from the ceramic substrate pipe, and the service life of the electric heating film heating pipe is prolonged.)

陶瓷电热膜加热管

技术领域

本发明涉及一种陶瓷为基材的电热膜加热管及其制作方法。

背景技术

现有的加热膜电热管所采用的基材大多是石英加热管，其主要成分为二氧化硅，具有通透，疏水性好、电阻率高的特点，但是石英加热管本身存在四个问题：一是较脆，受到冲击时容易破裂甚至爆裂；二是石英的导热性能不好，导致电热膜发热通过石英加热管传递至内部的水中时，热传导效率较低，为了满足迅速将流水加热的需求，加热膜本身发热严重，热量浪费严重，长时间工作容易烧膜；第三，石英对电热膜的附着力不足，电热膜与石英之间容易存在孔隙层，甚至鼓包破裂等现象，二者之间还需要增加具有粘合作用的过渡层，以保证电热膜层有效吸附在石英管的表面；第四，在反复热冲击时，石英和电热膜层的膨胀系数不一致，虽然电热膜较薄，约50至100微米的厚度，但它的工作温度通常为300-500度，反复冷热冲击的情况下，会导致接触层发生接触性疲劳，电热膜层发生龟纹、褶皱等变形现象。

陶瓷管作为石英加热管的替代产品，本身也具有一定的疏水性和耐热性能，并具有较好的绝缘性能，但是传统的陶瓷培土成分复杂，包括高岭土，粘土等通过萃取，掺杂金属氧化物、氮化物、硼化物和碳化物成分，烧制工艺复杂， 陶器的烧制温度在800-1000度，瓷器则是用高岭土在1300-1400度的温度下烧制而成。陶瓷制品的品种繁多，它们之间的化学成分．矿物组成，物理性质，颜色性能，以及制造方法，常常互相接近交错，无明显的界限，而在应用上却有很大的区别。

如何从众多陶瓷制作方案中筛选出合适于急速加热管的基材材料，以及找到与之匹配的加热膜材料及制作工艺，做出导热性能好、强度高，耐物理冲击、热冲击，膨胀率接近一致的加热管陶瓷基材和加热膜，是急速加热业界的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种满足急速加热管性能需求的加热管陶瓷基材和电热膜的制作工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种陶瓷电热膜加热管，由陶瓷基材做制作的管状结构，其表壁上附着电热膜层所形成，其特征在于：所述陶瓷电热膜加热管陶瓷基材采用纯度≥99.95，粒度D50:0.5μm，比表面积6.5g/cm²的氧化铝粉末添加微量的氧化钇、氧化镧等氧化物，其质量配比为：氧化铝99.95%/氧化钇100ppm/氧化镧100ppm粉末在还原气氛（H₂）保护的情况下，经1800至2000 ^oC高温烧结而成，形成陶瓷管基材；

将上述基材表面通过进行表面清洗后，利用喷砂工艺，在800-1000度环境下，对其表面进行喷砂粗糙作业，形成粗糙过渡层，所用喷砂剂为氮化硼65%和二氧化硅35%，颗粒大小为目数100-120，颗粒直径为120-150微米的颗粒；

再在上述粗糙后的基材表面，通过热沉积法形成金属氧化物加热膜，所述金属氧化物加热膜为氯化锡质量百分比80%至85%，三氯化铝质量百分比10%，氯化铋质量百分比1%，氯化锑质量百分比1%至1.5%，氯化铈质量百分比2%，稀土质量百分比为1%至5%的粉末溶解在50%酒精溶液后，在650至800度的温度下，用2至3千帕的压力喷涂在完成粗糙过渡层的基材表面进行热沉积所形成。

上述喷砂后所形成的粗糙层厚度为150-200微米。

上述电热膜层的厚度为30-100微米。

与现有技术相比，本发明的优点在于：它是一种采用抗冲击性能优秀，吸水率近乎为0，介电常数大于10 MHZ，体积电阻率4.5×10¹⁵Ω.cm³的高温陶瓷基材所制作，其热膨胀系数为8x10^-6 1/K，基材和电热膜误差在5%以内。基材具有具有良好的绝缘性，热冲击性能优秀的电热加热管。

它的1.5mm壁厚的电热管导热系数达到了25ω/m-K（20℃），是普通钢化玻璃的导热系数6.2的4倍多，因此能更好的进行热传递，将电热膜发出的热量传递给水体带走。

实际测试发现，在无其他辅助散热条件时，将室温20度的水加热到100度，同等壁厚的同规格电热膜的工作在同样的发热功率时，石英加热管的表面温度为350-400℃，而本发明的电热管发热温度仅仅150-170℃。温度降低了一半，电能使用效率从92%提高到95%。性能极为优秀。

附图说明

图1为陶瓷基材的电热膜加热管的结构图。

其中1为陶瓷基材，2为粗糙过渡层、3为电热膜层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

本发明所述的陶瓷电热膜加热管，是一种基材为氧化铝为主要成分，经过其他辅料掺杂后，在还原气氛（H₂）保护的情况下，通过高温烧制所形成的陶瓷结晶体，其表面通过喷砂工艺增加粗糙度后，通过热沉积法形成金属氧化物电加热膜的加热管。相比于市场上较为常见的石英加热管，其热传导效率提高了近4倍，工作温度降低了近一半，基材与电加热膜的膨胀系数接近一致，误差在5%以内。

其制作工艺如下：

1、采用纯度≥99.95，粒度D50:0.5μm，比表面积6.5g/cm²的氧化铝粉末添加微量的氧化钇、氧化镧等氧化物，其质量配比为：氧化铝99.95%/氧化钇100ppm/氧化镧100ppm所形成粉末，在还原气氛（H₂）保护的情况下，经1800至2000 ^oC高温烧结而成，形成陶瓷管基材。

2、对上述基材冷却至室温后进行表面清洗作业。

3、采用为氮化硼65%和二氧化硅35%，颗粒大小为目数100-120，颗粒直径为120-150微米的颗粒通过喷砂方式，在800-1000度环境下，对上述基材的表面进行喷砂粗糙作业，形成厚度为150-200微米的粗糙过渡层。

4、用氯化锡质量百分比80%至85%，三氯化铝质量百分比10%，氯化铋质量百分比1%，氯化锑质量百分比1%至1.5%，氯化铈质量百分比2%，稀土质量百分比为1%至5%的粉末溶解在50%酒精溶液后，调制成喷剂，在650至800度的温度下，用2至3千帕的压力喷涂在上述粗糙过渡层表面，经过通过热沉积法形成金属氧化物加热膜。

经过上述工艺生产出来的陶瓷金属膜电加热管，其基材具有以下性能：

（管径6mm-20mm，长度70mm-200mm，壁厚0.5mm-1.5mm）

性能	技术参数	单位
			氧化铝含量	≥99.95	%
密度	3.96	g/cm<sup>3</sup>
			吸水率	0	%
介电常数	10	MHZ
			击穿强度	≥60	KV/mm
体积电阻率	4.5×10<sup>15</sup>	Ω.cm
			抗折强度	≥350	MPa
热膨胀系数	8×10<sup>-6</sup>	mm/℃
			总透光率	≥95	%
导热系数	25	ω/m-K（20℃）