一种六方氮化硼及其混合导热材料的电热管

摘要

本发明属于电热管制造技术领域，涉及一种以六方氮化硼或其与氧化镁混合作为导热材料的电热管，特别是一种新型电热管用的混合导热材料，主体结构包括金属管体、混合填料和电阻丝，及辅件固定片、瓷珠、密封胶、塑料塞、引出棒、端子电极和螺丝，金属管体内腔结构不变式折弯成圆状、椭圆状或螺旋状几何结构，金属管体两端段平行结构间隔式贯穿固定在固定片上，固定片两端侧上制有固定螺丝；金属管体内腔中心轴线上平行于管壁两侧两端点固定并电连通制有电阻丝，电阻丝与金属管体的侧壁之间填充满混合填料；其稳定性和导热效率高，耐热性好，在惰性气体中高温不软化，电热管的寿命长质量高，绝缘性好、介电常数及介电耗损低，使用安全。

说明书

技术领域：

本发明属于电热管制造技术领域，涉及一种以六方氮化硼或其与氧化镁混合作为导热材料的电热管，特别是一种新型电热管用的混合导热材料。

背景技术：

现有电加热场合使用的管状电热元件又称电热管，一般以金属管为外壳(不锈钢)，沿管内中心轴向均布螺旋电热合金丝或称为电阻丝，其空隙填充压实具有良好绝缘导热性能的氧化镁砂，管口两端用硅胶密封，这种金属铠装电热元件可以加热空气或金属模具和各种液体介质，具有结构简单，机械强度高、热效率高、安全可靠、安装简便、使用寿命长等特点，由于其价格便宜，使用、安装方便，无污染，特别是由于氧化镁价格低而被广泛使用在各种加热场合。但是，现有的这类电热管存在突出缺点：一是氧化镁砂热膨胀系数在25℃的试验条件下为‖15.46*10^-6，⊥-0.65*10^-6，导热材料热膨胀系数越大时，加热使用过程中受热变形量越大，管内压力越大，对电热管两端密封性能要求越高，易发生管内气体喷出爆管及两端密封泄露，个别位置导热材料聚集导致小面积内温度过高发生电热管损坏并危害使用者的人身安全；二是市场上通用的氧化镁砂产品中纯氧化镁的含量约为85％，其余15％二氧化硅、氧化钙、灼碱及杂质，氧化镁砂中氧化镁含量越高，导热性能越好，市场上通用的氧化镁砂纯度受加工条件及生产成本的制约纯度不高，影响电热管的导热性能；三是市场上通用的氧化镁砂产品氧化镁颗粒细度(mesh)为≤140，颗粒系数的大小决定了导热材料在填充过程中其颗粒间所留空隙的大小，空隙越大管内未排除的空气及水分越多，若制造时水分和空气排出不完全，水分容易氧化电阻丝和内壁，气体膨胀容易发生爆管；四是市场上通用的氧化镁砂产品同一颗粒细度的情况下，其颗粒的形状不规则，填充后颗粒间缝隙较大，无法将管内空气及水分最大限度排除。寻求一种电热管用的新型混合式高性能的导热填充材料，是目前制备电加热具亟待寻求的技术问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，寻求提供一种使用新型混合式导热材料的电热器件，以六方氧化硼或其混合材料作为导热、绝缘填充材料，六方氮化硼(BN)与石墨是等电子体，具有白色石墨之称，类似石墨的层状结构，有良好的电绝缘性、导热性和耐化学腐蚀性，中子吸收能力好，化学性质稳定，且对所有熔融金属化学呈惰性，具有较高的耐湿性。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括金属管体、混合填料和电阻丝，及辅件固定片、瓷珠、密封胶、塑料塞、引出棒、端子电极和螺丝，金属管体内腔结构不变式折弯成圆状、椭圆状或螺旋状几何结构，金属管体两端段平行结构间隔式贯穿固定在固定片上，固定片两端侧上制有固定螺丝；金属管体内腔中心轴线上平行于管壁两侧两端点固定并电连通制有电阻丝，电阻丝与金属管体的侧壁之间填充满混合填料；金属管体两端点上连接制有外接端子电极，端子电极的金属管体内依次制有密封胶和瓷珠，制有瓷珠的端子电极与引出棒电连通，引出棒上贯穿式制有密封胶和瓷珠，引出棒的内部端点上固定连接电阻丝；所涉及使用的混合填料为六方氮化硼或六方氮化硼与氧化镁和杂质的混合物，混合物的重量百分含量为六方氮化硼50～100％，氧化镁0～50％，杂质0～10％；其中杂质包括二氧化硅、氧化钙和灼碱，杂质的重量百分比总含量不高于10％；混合物的研磨细度为60～150目(mesh)；体积电阻率(25℃)＞10¹³Ω*cm；介电常数为4～5，介电损耗(6～7)*10^-4，导热系数(W/m.k)高于30；在氮气压力下熔点为3000℃，在大气压下与2500℃升华，其理论密度为2.29克/立方厘米，莫氏硬度2，抗氧温度900℃，耐高温2000℃，在氮和氩中使用熔点为3000℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：以六方氮化硼或其混合物为主要填充材料，其稳定性高、导热效率高，耐热性好，在惰性气体中2800℃不软化，电热管的寿命长质量高，电绝缘性好、介电常数及介电耗损低，瞬间过载情况下的使用安全性强；六方氮化硼与氧化镁粉混合后性能互补，使填充料质量性能不变条件下，价格下降；六方氮化硼为化学惰性材料，颗粒形状规则，防潮性好，可有效解决制造时电热管内水分和空气排出不完全，水分氧化电阻丝和金属内壁的问题；混合填料颗粒间缝隙小，易于排出电热管体内多余的空气及水分；热膨胀系数(25℃)‖11.82*10^-6，⊥-0.36*10^-6优于单独使用氧化镁砂‖15.46*10^-6，⊥-0.65*10^-6，膨胀系数小，受热膨胀后对内壁的压力较低，可解决因管内压力过大，电热管两端密封泄露、气体喷出爆管、电热管各部位温度不均匀的问题，安全性好。

附图说明：

图1为本发明涉及的电热管主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的电热管整体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步的说明。

实施例：

本实施例使用六方氮化硼或其与氧化镁粉的混合物作为电热管的导热材料制备成电热管；其主体结构包括金属管体1、混合填料2、电阻丝3、固定片4、瓷珠5、密封胶6、塑料塞7、引出棒8、端子电极9和螺丝10，金属管体1内腔结构不变式折弯成圆状、椭圆状或螺旋状的几何结构，金属管体1两端段平行结构间隔式贯穿固定在固定片4上，固定片4两端侧上制有固定的螺丝10；金属管体1内腔中心轴线上平行于两侧两端点固定并电连通制有电阻丝3，电阻丝3与金属管体1壁之间填充满并压实混合填料2；金属管体1两端点上连接制有外接端子电极9，端子电极9的金属管体1内依次制有密封胶6和瓷珠5，制有瓷珠5的端子电极9与电极性引出棒8电连通，引出棒8上贯穿式制有密封胶6和瓷珠5，引出棒8的内部端点上固定连接电阻丝3。

本实施例的制备电热管的过程是：将不锈钢管式的金属管体1用折弯机折弯成型为设计的几何形状，将电阻丝3插入不锈钢管式金属管体1中轮轴线上，电阻丝3两端连接引出棒8，不锈钢管式金属管体1内的电阻丝3周围填充并压实混合填料2，再压入瓷珠5，使用密封胶6密封不锈钢管式金属管体1内壁防止内部的混合填料泄露，再安装塑料塞7，在引出棒8的两端安装端子电极9；最后在不锈钢管式金属管体1上安装固定片4及螺丝10，组成电热管主体；所使用的混合填料制备时，选择市售的六方氮化硼粉和氧化镁砂，将两者按重量配比混合或单独选用六方氮化硼粉，再将其研磨成60-150目的细粉备用，其混合填料中的各种杂质量总和不高于混合填料或单独的六方氮化硼总重量的10％，通常以低于5％为佳。

本实施例选择普通原料的4个具体配比混合填料的配方及效果见下表1：

表1：不同配比的混合填料(按重量百分比)

本实施例所选原料中的杂质主要包括二氧化硅、氧化钙、灼碱及砂土等。其四个比例填充后制备的电热管经检测各项性能指标均优于单独使用氧化镁砂，与纯六方氮化硼填料相类同。