炭-陶復(fù)合材料制備及其電熱性與抗氧化性研究.pdf

1、近年來(lái)，各種不同材料、不同工藝制備的新型電熱材料相繼面世，但因各自的局限性，使其應(yīng)用受到制約。從目前國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展動(dòng)向以及市場(chǎng)需求看，安全可靠、高效低耗、適用溫度范圍廣、制作工藝簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)且成本低廉的電熱材料是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。因此，我們選擇了資源豐富，成本低廉且具有多方面優(yōu)異性能的無(wú)機(jī)非金屬材料為原材料，開(kāi)展了炭/陶復(fù)合材料的研究工作。
　　 實(shí)驗(yàn)選取膨潤(rùn)土作為陶瓷基體，以不同含量的鱗片石墨、炭黑作為導(dǎo)電原料，碳化硅作為

2、增強(qiáng)原料，經(jīng)混合、模壓成型和燒結(jié)工藝制備出炭/陶復(fù)合電熱材料。本文系統(tǒng)研究了陶瓷原料的種類及粒徑大小、成形壓力、燒結(jié)溫度以及不同填料等工藝條件對(duì)炭/陶復(fù)合材料的微觀組成及力學(xué)性能影響。結(jié)果表明：選取平均粒徑≤18μm的膨潤(rùn)土做陶瓷基體，添加適量的天然鱗片石墨、炭黑和碳化硅，經(jīng)50MPa模壓成形，1100℃隔氧燒結(jié)，可制備出結(jié)合良好的炭/陶復(fù)合電熱材料；采用XRD和SEM對(duì)其物相組成和微觀形貌經(jīng)行分析觀察表明，本研究制備的炭/陶復(fù)合電熱材

3、料中無(wú)新相產(chǎn)生，微觀結(jié)構(gòu)致密，組成穩(wěn)定；力學(xué)性能測(cè)試表明炭/陶復(fù)合電熱材料抗彎強(qiáng)度可達(dá)14.3MPa，初步具備市場(chǎng)應(yīng)用前景。
　　 本研究所制備的炭/陶復(fù)合電熱材料具有優(yōu)異的電熱性能，在低交流電壓下(10V)即可迅速升溫，升至終溫后，溫度可保持相對(duì)穩(wěn)定。本文系統(tǒng)考察了不同含量天然鱗片石墨、預(yù)處理石墨和炭黑以及不同電壓對(duì)炭/陶復(fù)合電熱材料電阻率、升溫速率和最終穩(wěn)定溫度的影響，并對(duì)其電熱機(jī)理進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明：隨天然鱗片石墨含

4、量的增加，炭/陶復(fù)合電熱材料的體積電阻率降低，表面升溫速率和最終溫度升高；采用預(yù)處理石墨能達(dá)到更佳的發(fā)熱效果；少量炭黑的添加有助于提高材料的致密度，微調(diào)炭/陶復(fù)合電熱材料的電阻率；相同條件下加載交流電壓比加載直流電壓的發(fā)熱效果好。在本實(shí)驗(yàn)條件下，加載10V交流電壓，發(fā)熱效果最好的產(chǎn)品升溫速率可達(dá)3.5℃/s，最終溫度649℃，且保持相對(duì)穩(wěn)定。本研究還驗(yàn)證了炭/陶復(fù)合電熱材料具備良好的熱穩(wěn)定性和負(fù)的電阻溫度系數(shù)，該特性賦予其更佳的電熱性能