浅析高温电热材料（Ⅲ）

磐岩（www.jspanyan.com）的小编今天介绍高温电热材料的发展。

2.3氧化锆发热体

氧化锆发热元件是在氧化气氛下使用温度高达2000～2200℃的超高温电阻发热元件，也是目前国内外使用温度Zui高的发热元件。氧化锆发热体材料具有高的熔点(2700℃)，在氧化气氛中的稳定性好，以及到一定温度范围可由绝缘体转变为导电体等特点。因此，不需要保护气氛就可以直接在空气中间歇或连续使用，在1800℃以上(Zui高温度可以达到2400℃)可连续使用1000h以上，在2000℃到室温之间的间歇使用可达数百次，所以是一种优良的新型高温发热元件，被广泛用作超高温电炉的发热元件。影响氧化锆导电能力的主要因素有稳定剂的种类及加入量、氧化锆晶粒尺寸的大小、气孔率高低以及所处环境温度等。表4是由CaO稳定的ZrO2棒体在不同温度下的电阻率。

ZrO2发热元件可制成棒状、管状和U型元件，两端用铂金或铬酸钙镧系材料作电极引体。其制备方法主要有捣打工艺、挤压法工艺和等离子喷涂工艺。其中，利用等离子喷涂工艺制备纳米结构ZrO2陶瓷涂层的研究是目前研究的热点问题，陈进武等的研究表明，影响涂层性能的参数主要是主气流速、喷涂电压和喷涂电流，当喷涂电流为540A、电压为63V、主气流速为45L/min时，涂层性能。需要注意的是，ZrO2发热元件的高温强度较低，而且只有在一定温度范围才可由绝缘体转变为导电体，一般在1000℃以上才能明显导电。所以用ZrO2作为发热元件时，一般需要保护材料和辅助加热装置。通常使用MgO管作为ZrO2发热元件的保护管，SiC棒或MoSi2棒发热体作为辅助加热装置，均匀分布在MgO保护管周围，然后再在辅助加热元件的外围套一支MgO保护管。所以，ZrO2发热元件只能在有保护装置和辅助加热元件的条件下使用，而不能单独用于加热。此外，ZrO2热膨胀曲线复杂，耐热冲击性差，这也在很大程度上限制了其发展应用。

2.4二硅化钼发热体材料

MoSi2发热元件是在高温下工作的电阻发热元件，通常称作“硅钼棒”。是一种可用于多种气氛的高温发热元件，尤其适用于氧化性气氛，其Zui高使用温度已经达到1850℃。主要用于冶金化工、玻璃、陶瓷、电子电工、半导体材料等工业领域以及实验室的重要设备。Zui早的二硅化钼发热元件是由瑞典Kanthal公司于1947年研制发明的，并于20世纪90年代初将二硅化钼发热体的实用温度提高到了1850℃，即Kanthal Super1900型发热元件，而且外观平直，抗弯强度高达450MPa。而国内现有的二硅化钼发热元件的抗弯强度约为150MPa，且塑性差，不能做成形状复杂的发热体，阻碍了其在电炉中的应用。所以，国产二硅化钼发热元件与瑞典KANTHAL的Super系列MoSi2发热元件相比，在大型尺寸和复杂形状发热元件的制备、发热元件的抗弯强度、使用温度和使用寿命等方面还存在着较大差距。主要存在的问题是二硅化钼的室温脆性、低温氧化以及高温强度低和易高温蠕变等，常常使其应用范围受到限制，在一些特殊环境下使用时难以正常服役。而且国产MoSi2发热元件在国际市场的价格仅仅是KANTHAL Super系列的1/10。所以，改进国产MoSi2粉体的制备技术，优化MoSi2发热元件的成形工艺和冷热端的扩散接合工艺是MoSi2发热元件改性的技术关键。

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等能够显著改善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。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，选择不同的合金化手段。复合化主要是通过添加ZrO2、SiC、WSi2等增强相形成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。