碳化硅燃气热表面点火器及其制备方法

技术领域

本发明属于点火器及其制备方法的技术领域，具体涉及碳化硅燃气热表面点火器及其制备方法。

背景技术

螺纹、平板热表面点火器通常应用于密闭的燃气烤箱、燃气干衣机，以及锅炉设备。因作为点火器高温使用类产品，既要求产品具有高密度，又要求产品具有高电阻率，但是这两种性能本身就是相悖的，因此，目前点火器的批量生产较少，有些即使能做出来，也是电流衰减较快，产品的消耗率较高，使用几十次电流变衰减厉害，也就是产品质量很难达到使用稳定性的需求。

因此，生产一款同时具有耐氧化、耐高温、电流稳定的螺纹、平板热表面点火器，成为国内市场的迫切需求。

CN102469636A公开了一种点火器用片状碳化硅发热元件，其质量比为碳化硅：93-97％，炭黑：2-4％，水基粘结剂：1-3％，碳化硅的纯度≥99.5％，粒度1.2-110μm，水基粘结剂为热固形水溶胶，所述水基粘结剂的粘度≥5000厘泊；其工艺包括混料：将上述原料碳化硅、炭黑、水基粘结剂加入搅拌机，再配以原料总质量7-9％的水搅拌，搅拌时间50-70分钟，然后以喷雾造粒方式将原料加工成颗粒状；成型：将造粒好的原料按产品要求称重，然后加入模具进行压制，密度≥2.65g/cm

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种碳化硅燃气热表面点火器，电气性能好，延长使用时间；本发明还提供其制备方法。

本发明所述的碳化硅燃气热表面点火器，是由以下原料按照质量百分比制成的：

碳化硅：80-95％；

石墨电极粉：1.5-12.5％；

氮化硼：0.05-0.3％；

水溶胶：3.45-7.2％；

所述的水溶胶为糖、糊精粉、聚乙烯醇的混合物。

糖、糊精粉、聚乙烯醇的混合物的质量比为：(2-3):(3-5):(2-4)。

碳化硅为高温α型绿碳化硅，纯度为99.0wt.％以上。

碳化硅的颗粒度型号质量比的组成为：粗号25-50wt.％，中号15-25wt.％，细号25-55wt.％；其中粗号为120-300μm，中号为20-80μm，细号为0.5-2.5μm。

石墨电极粉和氮化硼都满足粒度＜2.5μm，纯度≥98.5wt.％。

所述的碳化硅燃气热表面点火器的制备方法，包括以下步骤：

(1)干混料：将原料碳化硅、石墨电极粉、氮化硼加入搅拌机，搅拌1-1.5h，得到干混料；

(2)湿混料造粒：将糖、糊精粉、聚乙烯醇混合配置成浓度为1.05-1.35g/mL的溶液，加入干混料中，搅拌60-80min，然后放入球磨机进行球磨20-60min，最后进行喷雾造粒，至粒径为5-200μm；

(3)成型：将造粒放入模具或料筒，成型，得到片状坯体或圆状坯体；

片状坯体在50-150Mpa模压成型，圆状坯体在10-15MPa挤压成型；

(4)烘干：将坯体件放入干燥箱，在110-155℃下烘干8-10h；

(5)加工：将烘干后的坯体加工，得到毛坯件；

(6)烧结：将毛坯件放入碳盒，在毛坯件上覆盖质量为20-60％的20-80目的硅粒，先进行低温烧结，通入保护气，再进行高温烧成，冷却得到碳化硅燃气热表面点火器成品。

步骤(5)烘干后的坯体为片状坯体的进行切槽加工，坯体为圆状坯体的进行车加工，加工的螺纹宽度为1.0-3.0mm，螺纹长度为30-75mm。

步骤(6)硅粒的加入量为毛坯件质量的20-60％。

步骤(6)低温烧结温度为1500-1650℃，烧结时间1-5h。

步骤(6)高温烧成温度为2350-2500℃，烧结时间为1-3h。

具体的，所述的碳化硅燃气热表面点火器的制备方法，包括以下步骤：

(1)干混料：将原料碳化硅、石墨电极粉、氮化硼按照质量比加入搅拌机，搅拌1-1.5h，得到干混料。

(2)湿混料造粒：将糖、糊精粉、聚乙烯醇按照质量比(2-3):(3-5):(2-4)混合配置成浓度为1.05-1.35g/mL的溶液，加入干混料中，搅拌60-80min，然后放入球磨机进行球磨20-60min，最后进行喷雾造粒，至粒径为5-200μm。

(3)成型：将造粒放入模具，挤压成型，得到片状坯体或圆状坯体，片状坯体在50-150Mpa模压成型，圆状坯体在10-15MPa挤压成型。

(4)烘干：将坯体件放入干燥箱，在110-155℃下烘干8-10h。

(5)加工：将烘干后的坯体加工，得到毛坯件。

(6)烧结：将毛坯件放入碳盒，在毛坯件上覆盖质量为20-60％的20-80目的硅粒，在1500-1650℃进行低温烧结1-5h，通入保护气，在2350-2500℃进行高温烧成1-3h，冷却得到碳化硅燃气热表面点火器成品。所述的保护气体为氮气或其他惰性气体保护气体。

本发明采用以特定颗粒粒度的质量比的碳化硅为主要原料，结合石墨电极粉、氮化硼作为辅助原料，协同特定比例的糖、糊精粉、聚乙烯醇的混合物为水溶胶，将原料按照本发明的顺序经过干混、湿混、球磨造粒，片状坯体通过50吨压机模压成型片状毛坯，然后进行烤干、切槽，先低温烧结，在高温烧成，制得产品，圆状坯体通过315型压机挤压成圆状毛坯，低温烧结，再经过高温烧成，制得产品。本发明的碳化硅热表面点火器适用于燃气锅炉、干衣机、烤箱等设备。

本发明生产的碳化硅燃气热表面点火器座位螺纹、平板热表面点火器，具有高温时能抗氧化，与双金属燃气阀门串联具有高效安全性能，它是高密度、高电阻率产品，热态电阻25-35欧姆范围内。可以承受极冷急热的温度变化而不会破裂，碳化硅点火器无需使用指示灯即可直接点燃主燃烧器。电流通过点火器迸发出炽热的红光，在正常条件下运行的螺纹、平板热表面点火器将持续长达1万次以上。由于本发明兼顾了密度提高与电阻值的可调控性，解决了碳化硅点火器的密度高容易造成电阻值小的矛盾，同时满足了使用温度下电流的稳定性，克服了异常复杂的工艺难题。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

(1)采用本发明的制备方法制得的碳化硅燃气热表面点火器，电气性能好，延长使用时间。

(2)本发明的碳化硅燃气热表面点火器的制备方法，可操作性及实用性强。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下所述的质量百分比均以质量计，所述的石墨电极粉和氮化硼都满足粒度＜2.5μm，纯度≥98.5wt.％。其所有原料均为正常市售产品。碳化硅为高温α型绿碳化硅，纯度为99.0wt.％以上，其碳化硅的不同颗粒度根据筛分得到。

实施例1

所述的碳化硅燃气热表面点火器，是由以下原料按照质量百分比制成的：

碳化硅：90.1％；

石墨电极粉：4.3％；

氮化硼：0.1％；

水溶胶：5.5％；

所述的水溶胶为糖、糊精粉、聚乙烯醇的混合物，其质量比为：2:5:3。

碳化硅的颗粒度型号质量比的组成为：粗号30wt.％，中号18wt.％，细号52wt.％；其中粗号为120-300μm，中号为20-80μm，细号为0.5-2.5μm。

所述的碳化硅燃气热表面点火器的制备方法，包括以下步骤：

(1)干混料：将原料碳化硅、石墨电极粉、氮化硼按照质量比加入搅拌机，搅拌1h，得到干混料。

(2)湿混料造粒：将糖、糊精粉、聚乙烯醇按照质量比混合配置成浓度为1.20g/mL的溶液，加入干混料中，搅拌70min，然后放入球磨机进行球磨30min，最后进行喷雾造粒，至粒径为200μm。

(3)成型：将造粒放入模具，在100Mpa模压成型，脱模得到片状坯体。

(4)烘干：将片状坯体放入干燥箱，在135℃下烘干10h。

(5)加工：将烘干后的坯体进行切槽加工，得到毛坯件。

(6)烧结：将毛坯件放入碳盒，在毛坯件上覆盖质量为30％的40目的硅粒，在1500℃进行低温硅化烧结2h，通入氮气，在2350℃进行高温烧成3h，冷却得到碳化硅燃气热表面点火器成品。

实施例2

所述的碳化硅燃气热表面点火器，是由以下原料按照质量百分比制成的：

碳化硅：85％；

石墨电极粉：9.3％；

氮化硼：0.2％；

水溶胶：5.5％；

所述的水溶胶为糖、糊精粉、聚乙烯醇的混合物，其质量比为：2:4:4。

碳化硅的颗粒度型号质量比的组成为：粗号38wt.％，中号15wt.％，细号47wt.％；其中粗号为120-300μm，中号为20-80μm，细号为0.5-2.5μm。

所述的碳化硅燃气热表面点火器的制备方法，包括以下步骤：

(1)干混料：将原料碳化硅、石墨电极粉、氮化硼按照质量比加入搅拌机，搅拌1.2h，得到干混料。

(2)湿混料造粒：将糖、糊精粉、聚乙烯醇按照质量比混合配置成浓度为1.05g/mL的溶液，加入干混料中，搅拌60min，然后放入球磨机进行球磨40min，最后进行喷雾造粒，至粒径为5μm。

(3)成型：将造粒放入料筒，在12MPa挤压成型，得到圆状坯体。

(4)烘干：将圆状坯体放入干燥箱，在110℃下烘干9h。

(5)加工：将烘干后的圆状坯体进行车加工，加工的螺纹宽度为2.0mm，螺纹长度为50mm，得到毛坯件。

(6)烧结：将毛坯件放入碳盒，在毛坯件上覆盖质量为50％的80目的硅粒，在1550℃进行低温硅化烧结1.5h，通入氮气，在2400℃进行高温烧成2.5h，冷却得到碳化硅燃气热表面点火器成品。

实施例3

所述的碳化硅燃气热表面点火器，是由以下原料按照质量百分比制成的：

碳化硅：80％；

石墨电极粉：12.5％；

氮化硼：0.3％；

水溶胶：7.2％；

所述的水溶胶为糖、糊精粉、聚乙烯醇的混合物，其质量比为：3:3:4。

碳化硅的颗粒度型号质量比的组成为：粗号50wt.％，中号25wt.％，细号25wt.％；其中粗号为120-300μm，中号为20-80μm，细号为0.5-2.5μm。

所述的碳化硅燃气热表面点火器的制备方法，包括以下步骤：

(1)干混料：将原料碳化硅、石墨电极粉、氮化硼按照质量比加入搅拌机，搅拌1h，得到干混料。

(2)湿混料造粒：将糖、糊精粉、聚乙烯醇按照质量比混合配置成浓度为1.30g/mL的溶液，加入干混料中，搅拌80min，然后放入球磨机进行球磨60min，最后进行喷雾造粒，至粒径为100μm。

(3)成型：将造粒放入料筒，在10Mpa挤压成型，得到圆状坯体。

(4)烘干：将圆状坯体放入干燥箱，在155℃下烘干10h。

(5)加工：将烘干后的圆状坯体进行车加工，加工的螺纹宽度为1.0mm，螺纹长度为30mm，得到毛坯件。

(6)烧结：将毛坯件放入碳盒，在毛坯件上覆盖质量为60％的20目的硅粒，在1650℃进行低温硅化烧结5h，通入氮气，在2500℃进行高温烧成0.8h，冷却得到碳化硅燃气热表面点火器成品。

实施例4

所述的碳化硅燃气热表面点火器，是由以下原料按照质量百分比制成的：

碳化硅：95％；

石墨电极粉：1.5％；

氮化硼：0.05％；

水溶胶：3.45％；

所述的水溶胶为糖、糊精粉、聚乙烯醇的混合物，其质量比为：3:4:3。

碳化硅的颗粒度型号质量比的组成为：粗号25wt.％，中号20wt.％，细号55wt.％；其中粗号为120-300μm，中号为20-80μm，细号为0.5-2.5μm。

所述的碳化硅燃气热表面点火器的制备方法，包括以下步骤：

(1)干混料：将原料碳化硅、石墨电极粉、氮化硼按照质量比加入搅拌机，搅拌1.5h，得到干混料。

(2)湿混料造粒：将糖、糊精粉、聚乙烯醇按照质量比混合配置成浓度为1.10g/mL的溶液，加入干混料中，搅拌60min，然后放入球磨机进行球磨50min，最后进行喷雾造粒，至粒径为60μm。

(3)成型：将造粒放入模具料筒，在12Mpa挤压成型，得到圆状坯体。

(4)烘干：将坯体件放入干燥箱，在130℃下烘干10h。

(5)加工：将烘干后的圆状坯体进行车加工，加工的螺纹宽度为3.0mm，螺纹长度为75mm，得到毛坯件。

(6)烧结：将毛坯件放入碳盒，在毛坯件上覆盖质量为20％的40目的硅粒，在1500℃进行低温硅化烧结1.0h，通入氮气，在2400℃进行高温烧成1h，冷却得到碳化硅燃气热表面点火器成品。

对比例1

本对比例与实施例1相同，只是将水溶胶只采用聚乙烯醇，制得一种点火器成品。

对比例2

本对比例与实施例1相同，只是将水溶胶只采用糖和糊精粉的混合物，制得一种点火器成品。

对比例3

本对比例与实施例1相同，只是将碳化硅的颗粒度型号质量比的组成替换为：粗号15wt.％，中号15wt.％，细号70wt.％，制得一种点火器成品。

对比例4

本对比例与实施例2的碳化硅燃气热表面点火器的原料相同，将所有原料共混，其制备方法包括以下步骤：

(1)混料、造粒：将原料碳化硅、石墨电极粉、氮化硼、糖、糊精粉、聚乙烯醇加入搅拌机，搅拌1.2h，将按照质量比混合配置成浓度为1.05g/mL的溶液，加入干混料中，搅拌60min，然后放入球磨机进行球磨40min，最后进行喷雾造粒，至粒径为5μm。

(2)成型：将造粒放入料筒，在12MPa挤压成型，得到圆状坯体。

(3)烘干：将圆状坯体放入干燥箱，在110℃下烘干9h。

(4)加工：将烘干后的圆状坯体进行车加工，加工的螺纹宽度为2.0mm，螺纹长度为50mm，得到毛坯件。

(5)烧结：将毛坯件质量的50％的80目的硅粒放入碳盒，在1550℃进行低温硅化烧结1.5h，通入氮气，在2400℃进行高温烧成2.5h，冷却得到碳化硅燃气热表面点火器成品。

对比例5

本对比例与实施例2的碳化硅燃气热表面点火器的原料相同，但是步骤(6)的烧结温度只采用高温烧成，这种工艺无法得到完整的产品，产品直接裂碎，无任何价值。

将以上实施例1至实施例4与对比例1至对比例4制备的点火器成品接线端喷涂铝，然后放入的电气性能测试仪进行测试。其测试条件和结果如表1所示。成品循环次数是以电气性能中的电流值无衰减或者衰减率在0.8％范围内，继续进行循环至1000次。

表1测试条件与测试结果

当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。