加热元件.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201980020018.9 (22)申请日 2019.03.15 (30)优先权数据 PCT/EP2018/056777 2018.03.18 EP (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2020.09.17 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2019/056627 2019.03.15 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2019/179903 EN 2019.09.26 (71)申请人 山特维克知识产权股份有限公司 地址 瑞典桑德维肯 (72)发明人 埃里克斯。

2、特罗姆 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 陈海涛王海川 (51)Int.Cl. C04B 35/58(2006.01) C04B 37/00(2006.01) (54)发明名称 加热元件 (57)摘要 本发明涉及一种加热元件， 所述加热元件包 含由不同的二硅化钼基组合物构成的至少两个 部分， 其中至少一个二硅化钼基部分是以铬合金 化基二硅化钼组合物(Mo1xCrx)Si2， 其中x为 0.050.25)为基础的， 以及至少一个部分是以 包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的二硅 化钼基组合物为基础的。 本发明还涉及所述加热 元件的用途。 权利。

3、要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 111868009 A 2020.10.30 CN 111868009 A 1.一种加热元件， 所述加热元件由至少两个二硅化钼基部分构成， 其中至少一个二硅化钼基部分是以具有大于或等于90重量的(Mo1-xCrx)Si2的二硅化 钼基组合物为基础的， 其中x为0.050.25； 以及 其中至少一个二硅化钼基部分是以包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的二硅化钼 基组合物为基础的。 2.根据权利要求1所述的加热元件， 其中所述加热元件由两个二硅化钼基部分构成。 3.根据权利要求1所述的加热元件， 其中所述加热元件由三个二硅化钼基部分构成， 其中两个。

4、部分是以相同的二硅化钼基组合物为基础的， 以及 一个部分是以另一种二硅化钼基组合物为基础的。 4.根据权利要求3所述的加热元件， 其中两个部分是以具有大于或等于90重量的 (Mo1-xCrx)Si2的二硅化钼基组合物为基础的， 其中x为0.050.25； 以及 一个部分是以包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的二硅化钼基组合物为基础的。 5.根据权利要求1所述的加热元件， 其中所述加热元件由四个二硅化钼基部分构成， 其中所述加热元件的两个部分是以具有大于或等于90重量的(Mo1-xCrx)Si2的二硅化 钼基组合物为基础的， 其中x为0.050.25； 以及 所述加热元件的两个部分是以。

5、包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的二硅化钼基组 合物为基础的。 6.根据权利要求15中任一项所述的加热元件， 其中所述具有大于或等于90重量的 (Mo1-xCrx)Si2的二硅化钼基组合物还包含小于或等于10重量的铝硅酸盐和/或一种或多 种无机氧化物， 其中x为0.050.25。 7.根据权利要求16中任一项所述的加热元件， 其中x为0.100.20， 例如0.15 0.20。 8.根据权利要求17中任一项所述的加热元件， 其中包含(Mo1-xCrx)Si2的所述二硅化 钼基组合物包含大于或等于95重量的(Mo1-xCrx)Si2。 9.根据权利要求18中任一项所述的加热元件， 其。

6、中基于大于或等于90重量的Mo (Si,Al)2的所述二硅化钼基组合物还包含小于或等于10重量的硅铝酸盐和/或一种或多 种无机氧化物。 10.根据权利要求19中任一项所述的加热元件， 其中由基于大于或等于90重量的 Mo(Si,Al)2的组合物构成的所述至少一个部分还分别包含Mo(Si,Al)2基基体相以及高达5 体积的Mo5(Si,Al)2和高达15体积的Al2O3。 11.一种固定触点， 所述固定触点包含根据权利要求110中任一项所述的加热元件。 12.一种炉， 所述炉包含根据权利要求110中任一项所述的加热元件。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111868009 A 2 加热元件 技。

7、术领域 0001 本发明涉及一种加热元件， 所述加热元件由基于不同的二硅化钼基组合物的至少 两个部分构成， 其中至少一个二硅化钼基部分是以铬合金化基二硅化钼基组合物为基础 的， 以及至少一个二硅化钼基部分是以包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的二硅化钼 基组合物为基础的。 本发明还涉及所述加热元件的用途以及包含所述加热元件的炉。 背景技术 0002 二硅化钼基材料在诸如炉的高温应用方面是众所周知的。 由这些材料制成的加热 元件因为形成了保护性二氧化硅(SiO2)层而在空气中在诸如超过1800的高温下具有良 好的性能， 所述二氧化硅(SiO2)层也称作硅石玻璃。 0003 当在空气中加。

8、热二硅化钼基材料时， 钼和二氧化硅两者都将发生氧化。 由钼形成 的氧化物将挥发并蒸发， 并且由二氧化硅形成的氧化物将在加热元件上形成保护性氧化物 层， 这继而将防止加热元件腐蚀和暴露于磨损劣化下。 然而， 在低温(400600)下， 二氧 化钼将保留在二氧化硅层中并干扰连续SiO2层的形成。 这将导致连续消耗加热元件的材 料， 并且是一种被称为 “氧化粉化” (pesting或pest)的现象。 0004 在炉中， 特别是在工业炉中， 存在加热元件劣化的问题。 工业炉包括具有高温的区 域(热区域)和具有低温的区域(冷区域)。 在热区域中， 氧化粉化通常不是问题， 因为会立即 形成一层保护性二氧。

9、化硅。 然而， 加热元件的在冷区域中的部分将具有氧化粉化的问题， 因 此这些部分将暴露于腐蚀和磨损劣化下， 这最终将导致元件故障。 与氧化粉化相关的另一 个问题是由于从故障元件掉落的氧化物碎片而导致的被加热材料的污染。 0005 此外， 已知的是， 向含MoSi2的组合物中添加铝将明显改善由其制成的加热元件的 抗氧化粉化性。 然而， 关于铝的问题在于它将形成六方晶系的Mo(Si,Al)2， 并且含Mo(Si, Al)2的部分很难通过焊接接合到包含MoSi2的部分上， 因为在接合所需要的高温下在这两种 材料之间存在强度差异。 另外， 因为六方晶系的Mo(Si,Al)2的电阻率比四方晶系的(Mo,。

10、Cr) Si2更高， 所以由于端子的不必要的加热而导致的功率损耗将提高。 0006 本发明的目的是消除或至少减轻上述问题。 发明内容 0007 因此， 本发明的方面提供一种加热元件， 所述加热元件适用于诸如工业炉的炉中， 并且将耐受或至少减轻上述问题。 0008 因此， 本发明提供一种加热元件， 所述加热元件包含作为以不同的二硅化钼基组 合物为基础的部分的至少两个二硅化钼基部分， 其中至少一个所述二硅化钼基部分是以具 有大于或等于90重量的(Mo1-xCrx)Si2(其中x为0.050.25)的二硅化钼基组合物为基础 的； 以及其中至少一个二硅化钼基部分是以包含大于或等于90重量的Mo(Si,。

11、Al)2的二硅 化钼基组合物为基础的。 0009 得到的加热元件将使得由于端子的不必要的加热(特别是在炉启动期间)而导致 说明书 1/4 页 3 CN 111868009 A 3 的功率损耗降低。 另外， 得到的加热元件将具有高的抗氧化粉化性。 0010 以包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的二硅化钼基组合物为基础的加热元 件的部分优选用于加热元件的热区域中， 即用于具有超过600温度的区域中。 0011 此外， 本发明还涉及一种固定触点， 所述固定触点包含如上文或下文中所定义的 加热元件。 0012 本发明还涉及一种炉， 例如包含如上文或下文中所定义的加热元件的工业炉。 附图说明 。

12、0013 图1显示了根据本发明的一个实施方案的加热元件； 0014 图2A显示了Mo(Si,Al)2基材料(左侧)与Cr合金化的MoSi2基材料之间的接合处。 图 的下部以横截面显示了接合处； 0015 图2B显示了扫描电子显微照片(背散射模式)， 所述扫描电子显微照片显示了Mo (Si,Al)2基材料(左侧)与(Mo,Cr)Si2基材料之间的接合处。 具体实施方式 0016 本发明涉及一种加热元件， 所述加热元件包含作为以不同的二硅化钼基组合物为 基础的部分的至少两个二硅化钼基部分， 其中至少一个二硅化钼基部分是以具有大于或等 于90重量(wt)的(Mo1-xCrx)Si2(其中x为0.05。

13、0.25)的二硅化钼基组合物为基础的， 以 及其中至少一个二硅化钼基部分是以包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的二硅化钼 基组合物为基础的。 因此， 一个部分是以一种二硅化钼基组合物为基础的， 以及一个部分是 以另一种二硅化钼基组合物为基础的。 0017 本加热元件的设计将在不损害热区域中加热元件的高温性能的条件下减少或甚 至消除氧化粉化， 因为加热元件具有至少两个部分的组合， 其中一个部分是以一种二硅化 钼基组合物为基础的， 以及另一个部分是以另一种二硅化钼基组合物为基础的。 因此， 所述 部分将具有不同的性能。 另外， 所述加热元件的设计将使得由于端子的不必要的加热而导 致的功率。

14、损耗降低。 0018 炉的加热元件的暴露于冷区域(400600)的部分是以包含大于或等于90重 量的(Mo1-xCrx)Si2(其中x为0.050.25)的二硅化钼基组合物为基础的。 所述组合物的剩 余物可以是铝硅酸盐粘土和/或一种或多种诸如SiO2的无机氧化物。 根据一个实施方案， 所 述铝硅酸盐粘土呈诸如膨润土的蒙脱石型。 0019 根据一个实施方案， 其中部分钼(Mo)被铬(Cr)置换的二硅化钼基组合物包含大于 或等于95重量的(Mo1-xCrx)Si2， 并且剩余物为铝硅酸盐粘土和/或一种或多种无机氧化 物。 0020 根据一个实施方案， 为了进一步减少氧化粉化， x为0.100.20。

15、， 例如0.150.20。 0021 已经显示， 铬合金化二硅化钼基组合物不会在冷区域中形成氧化钼， 这意味着形 成的二氧化硅层将是连续的， 因此不会由于腐蚀和/或磨损而暴露于劣化下。 在本发明中， 术语 “(Mo,Cr)Si2基材料” 与 “(Mo1-xCrx)Si2” 以及 “铬合金化基二硅化钼” 与 “铬合金化二硅 化钼基组合物” 可以互换使用。 0022 此外， 加热元件的暴露于热区域(即高于600)的部分是以包含大于或等于90重 说明书 2/4 页 4 CN 111868009 A 4 量的Mo(Si,Al)2的二硅化钼基组合物为基础的(由其制造的)。 所述组合物的剩余物可以 是铝硅。

16、酸盐粘土和/或一种或多种诸如SiO2的无机氧化物。 根据一个实施方案， 所述铝硅酸 盐粘土呈诸如膨润土的蒙脱石型。 0023 令人惊讶地发现， (Mo1-xCrx)Si2基部分将易于接合(连接)到Mo(Si,Al)2基部分。 不 受任何理论的束缚， 据认为铬是关键元素。 另外， 不仅通过接合这两种组合物的部分将减少 炉内的氧化粉化， 而且由于(Mo,Cr)Si2比Mo(Si,Al)2更低的电阻率而减少了不期望的热形 成的量。 因此， 由于材料的不同热膨胀而使得接合处受到的影响更小。 0024 如上所述， 所述部分可以还包含小于或等于10重量(wt)的铝硅酸盐粘土和/ 或一种或多种诸如SiO2的。

17、无机氧化物。 根据一个实施方案， 铝硅酸盐粘土呈诸如膨润土的 蒙脱石型， 并将用作挤出助剂和/或烧结助剂。 0025 基于包含大于或等于90重量的Mo(Si,Al)2的组合物的至少一个部分可以分别 包含Mo(Si,Al)2基基体相以及高达5体积的Mo5(Si,Al)2和高达15体积的Al2O3。 0026 根据一个实施方案， 如上文或下文中所定义的加热元件包含不同的二硅化钼基组 合物的两个部分或由其构成。 根据另一个实施方案， 如上文或下文中所定义的加热元件包 含三个部分或由其构成， 其中两个部分由相同的二硅化钼基组合物构成。 根据另一个实施 方案， 如上文或下文中所定义的加热元件包含四个二硅。

18、化钼基部分或由其构成， 其中两个 部分是以如上文或下文中所定义的铬合金化二硅化钼组合物为基础的。 根据另一个实施方 案， 加热元件包含基于(Mo1-xCrx)Si2组合物的两个部分和基于Mo(Si,Al)2组合物的一个部 分或由其构成。 0027 参考附图， 加热元件包含称为端子的部分(见图1)。 冷区域通常位于该部分中。 根 据一个实施方案， 端子优选是以包含铬合金化二硅化钼基组合物的部分为基础的， 但是端 子的一小部分也可以由用于热区域中的材料制成。 热区域部分优选由另一种二硅化钼组合 物制成。 整个端子可以由铬合金化二硅化钼基组合物构成。 端子的直径可以大于热区域。 端 子还可以适于通过。

19、炉壁延伸到炉的外部并且电连接到炉的外部。 0028 图1显示了根据本发明的加热元件的实例。 图1公开了一种加热元件1。 加热元件1 具有端子2。 端子的部分3由铬合金化二硅化钼组合物构成， 并且一部分由适用于热区域4的 二硅化钼基组合物构成。 0029 可以通过使用诸如扩散焊接的焊接或通过使用感应加热、 然后施加垂直于接合处 的外部压力来接合加热元件的部分。 也可以使用使电流流过接合处， 然后同时施加垂直于 接合处的外部压力。 图2显示了Mo(Si,Al)2基材料(左侧)与Cr合金化MoSi2基材料之间的接 合处， 其中所述接合是通过扩散焊接进行的。 0030 加热元件的不同部分可以形成为棒或。

20、其他形式， 然后连接。 此外， 所述部分可以成 形为U形元件， 也可以成形为多个柄(multi-shank)、 螺旋形、 扩散盒、 平板等。 不同的部分因 此可以呈棒的形式， 并且可以根据加热元件的预期用途弯曲或是直的。 棒的横截面通常可 以是圆形的， 但是根据应用， 其他几何形状也可以是可能的， 例如椭圆形或矩形。 0031 根据一个实施方案， 以(Mo,Cr)Si2基材料为基础的部分足够长以在操作期间覆盖 具有400600的温度范围的区域。 根据一个实施方案， 所述部分为具有130mm直径和1 40cm长度的棒的形式。 0032 在本说明书中， 表述 “部分是以组合物为基础的” 旨在表示所。

21、述部分的至少70重 说明书 3/4 页 5 CN 111868009 A 5 量是以所述组合物为基础的。 0033 通过如下非限制性实例来进一步描述本发明。 0034 实施例 0035 制备钼、 硅和铬的粉末的两种混合物， 并在氩气中加热以形成Mo0.85Cr0.15Si2。 将得 到的产物研磨， 然后与5重量的铝硅酸盐(蒙脱石型的膨润土)和水混合以形成用于挤出 的浆料。 将形成的浆料挤出成直径为9mm的棒， 随后将其干燥并在氢气中预烧结。 然后通过 在空气中电阻加热进行最终烧结以实现全密度。 对棒的直径端面进行研磨。 0036 提供9mm的Mo(Si,Al)2基材料的棒， 并且对棒的直径端面进行研磨。 0037 使用感应线圈在保护气体下将棒加热。 当温度达到15501650时， 将棒推在一 起， 并施加400600N的压力且持续1560秒(扩散结合)。 在扫描电子显微镜中对接合处的 纵向截面进行了分析， 并确认了两种材料之间成功地结合， 参见图2A和2B。 说明书 4/4 页 6 CN 111868009 A 6 图1 说明书附图 1/2 页 7 CN 111868009 A 7 图2A 图2B 说明书附图 2/2 页 8 CN 111868009 A 8 。