中國粉體網(wǎng)訊 隨著航空航天、電子電工、冶金化工、交通、汽車、軍工等行業(yè)的飛速發(fā)展，對材料的熱加工成形及熱處理條件要求越來越嚴格。電加熱因易于控制和調(diào)節(jié)且不污染環(huán)境，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。
常見的電熱材料包括金屬電熱材料和非金屬電熱材料兩類。非金屬電熱材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、電熱轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，正在逐步取代金屬電熱材料。非金屬電熱材料主要有碳化硅、硅化鉬、氧化鋯復(fù)合材料及炭基材料等。
1、碳化硅發(fā)熱體
SiC電熱元件俗稱硅碳棒，是以高純度的綠色SiC為主要原料，經(jīng)2200℃高溫再結(jié)晶制成的非金屬發(fā)熱體，最高使用溫度為1350℃，其電阻隨使用溫度和時間而變化。它具有碳化硅制品的一系列物理化學(xué)特性，可顯示出無機高溫結(jié)構(gòu)材料的一系列優(yōu)越性能。
圖片來源：鄭州德爾信鎢鉬科技有限公司
普通SiC發(fā)熱體的使用溫度為1400℃左右，采用高溫均熱燒結(jié)、表面噴涂陶瓷、添加特殊物質(zhì)以及冷端在熔融硅中浸漬處理等技術(shù)而特制的碳化硅發(fā)熱體的使用溫度可提高到1600～1650℃，在氬氣氣氛中甚至可高達1800℃。正常連續(xù)使用壽命一般在2000h以上，還具有直接使用商業(yè)電源的電阻性能。
硅碳棒在各種氣氛中的使用溫度
SiC電熱元件的主要優(yōu)點是熱輻射能力強，可精確控制溫度。在工業(yè)應(yīng)用上，通常加工成棒狀、條狀、板狀和U形等，使用方法簡單，可并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)使用，可水平或豎直安裝，性價比較高，是中高溫工業(yè)電爐和實驗電爐最常用的電熱元件。被廣泛應(yīng)用于陶瓷、玻璃、耐火材料等高溫工業(yè)領(lǐng)域。
2、鉻酸鑭發(fā)熱體
其主要優(yōu)點是能夠在大氣氣氛下使用到1900℃(表面溫度)，可獲得1800℃的爐溫；能在氧化氣氛下連續(xù)長時間使用，使用壽命可達3000h以上；可作為大小管式爐、箱式爐的發(fā)熱元件；用鉻酸鑭發(fā)熱元件裝配的電爐爐溫能夠精確控制，其爐溫穩(wěn)定度可在1℃之內(nèi)。
主要缺點是高溫下與堿金屬發(fā)生作用，對鉻酸鑭材料的組織結(jié)構(gòu)造成破壞，使元件在高溫下無法使用。同時，高溫下不許與還原氣氛(如H2、CO等)接觸，因為在高溫下還原氣體會使金屬La3+還原成金屬La從而破壞元件，影響使用。
3、氧化鋯發(fā)熱體
氧化氣氛下使用溫度高達2000～2200℃的超高溫電阻發(fā)熱元件，也是目前國內(nèi)外使用溫度最高的發(fā)熱元件。氧化鋯發(fā)熱體材料具有高的熔點(2700℃)，在氧化氣氛中的穩(wěn)定性好，以及到一定溫度范圍可由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電體等特點。因此，不需要保護氣氛就可以直接在空氣中間歇或連續(xù)使用，在1800℃以上(最高溫度可以達到2400℃)可連續(xù)使用1000h以上，在2000℃到室溫之間的間歇使用可達數(shù)百次，所以是一種優(yōu)良的新型高溫發(fā)熱元件，被廣泛用作超高溫電爐的發(fā)熱元件。
4、二硅化鉬發(fā)熱體材料
MoSi2發(fā)熱元件是在高溫下工作的電阻發(fā)熱元件，通常稱作“硅鉬棒”。是一種可用于多種氣氛的高溫發(fā)熱元件，尤其適用于氧化性氣氛，其最高使用溫度已經(jīng)達到1850℃。主要用于冶金化工、玻璃、陶瓷、電子電工、半導(dǎo)體材料等工業(yè)領(lǐng)域以及實驗室的重要設(shè)備。
圖片來源：鄭州德爾信鎢鉬科技有限公司
5、碳基電熱材料
（1）炭黑基電熱材料
炭黑基電熱材料通常是將炭黑分散到基體中，采用熔融共混或者機械攪拌的方法而制備的。當炭黑在基體中達到滲流閾后，材料將形成連續(xù)的導(dǎo)電通路，炭黑基電熱材料的電熱性能由炭黑的表面積、結(jié)構(gòu)、炭黑在基體中的濃度以及基體的性質(zhì)等決定。炭黑電熱材料被廣泛應(yīng)用于石油輸送管道防凍、電熱取暖等方面。
（2）碳纖維基電熱材料
碳纖維是指碳元素的質(zhì)量分數(shù)在化學(xué)結(jié)構(gòu)中達到90％以上的纖維，可作為一種高性能的增強材料，具有低的電阻率、優(yōu)良的耐熱性、良好的電熱性能和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，是電和熱的良導(dǎo)體，又因膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高而不會出現(xiàn)蓄熱和過熱現(xiàn)象，在高溫下仍有很高的強度。碳纖維基電熱材料通常有兩種應(yīng)用形式。一種是以碳纖維線作為電熱元件來進行應(yīng)用。另一種是將短絲碳纖維或長絲碳纖維下腳料粉碎研磨成一定細度的粉末，并與樹脂等材料混合制備導(dǎo)電漿料，然后將其制成特定形狀或者涂覆于基材上作為電熱元件。
（3）碳晶電熱材料
碳晶電熱材料是將碳晶顆粒和相應(yīng)的添加劑加入到高分子樹脂材料中進行混合，通過特殊工藝制備而成。碳晶電熱材料通過碳分子之間的相互撞擊和摩擦產(chǎn)生熱能并以遠紅外線向外輻射的形式進行傳熱，通常制成板狀型材，用于地?zé)崛∨软椖恐校哂须娔芎蜔崮苻D(zhuǎn)換率高的特點。
（5）碳納米材料
碳納米材料主要包括石墨烯和碳納米管，二者可制成電熱膜使用。因其表現(xiàn)出低電壓、高效發(fā)熱的特性，現(xiàn)階段，諸多研究者開始研究納米碳系電熱材料，已研發(fā)出石墨烯電熱膜并應(yīng)用于加熱裝置及內(nèi)置式電采暖木質(zhì)地板中。
參考來源：
[1]張穎異等.高溫電熱材料的研究發(fā)展
[2]張旗等.碳基采暖電熱材料研究進展
[3]王慧翀.納米碳材料電熱膜制備及其電熱特性研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
