高温加热技术研究

【摘 要】本文提出一种新的高温加热方法，既节约能源，又可以干烧，升温快，寿命长，适合应用在高温加热产品中。

【关键词】陶瓷加热器；干烧；升温快；应用广

0 前言

陶瓷加热技术是一种高效热分部均匀的加热技术，热导性极佳，并确保热面温度均匀，消除了热点及冷点。具有高科技含量、整体性能好、清洁卫生、组装方便、耐酸、耐腐蚀，使用安全、寿命长的特点。可广泛用于真空吸塑、食品烘烤等各类红外干燥烘烤、固化等场合，并在纺织、轻工、机电化工、食品等行业中具有理想的节能效果，有明显的社会效益及经济效益。

1 常见加热方法

现实生活和工业生产中，加热的方式有很多种，但它们的优缺点都很明显。在各种加热方式中，常见的有金属加热、非金属加热（陶瓷加热）、电磁电热能加热、光电二合一加热、空化液体动力加热、空气源加热等。

电热管统称为金属加热器，行业内称NIC发热技术，就是将电热管浸泡在水中发热。优点是设备前期投资小；缺点是使用寿命短，安全性差，故障率高，对水质要求高，需要软化水。

陶瓷板式加热技术在使用上实现了水电分离，安全保障上有了很大提升。采用优质进口AlN陶瓷片，由相关电极材料包裹，再加超导材料制作导热层，最外面再由特殊材料制作成防腐层，这样制作成全封闭式加热体，保证热效率和水电隔离。优点是前期設备投资合理，稳定性高，水电分离，使用寿命很高，加热温度极高，升温快，热效率高，耐腐蚀，安全可靠。加热体受热均匀，水流对加热体水道产生冲击，不容易结垢，对水质要求不严格。抗干烧能力强，寿命长；缺点是节能效果一般。

电磁电热能加热技术，水在加热过程被磁化处理，能有效减少水垢的产生，加热充分均匀，功率衰减不明显，加热原理类似于电磁炉。优点是热效率较高，安全性能极高，稳定性较高，使用寿命较长，有磁化功能；缺点是前期设备投资高，运行费用较高，寿命短，加热噪音大。

光电二合一加热是全方位动态加热技术，综合加热管的平面化，玻璃管的金属化，可以进行水质激活处理，有效减少水垢产生，光能三维动态全方位加热技术在实际运用中相对来说更加卓越。优点是水电分离，双层纳米导热绝缘材料，水质激活处理，有效减少水垢产生，耐腐蚀，安全性极高。缺点是前期设备投资极高，外形很大。

空化液体动力加热技术，不用任何加热元件，利用液体“空化现象”所产生的强大冲击波，使冲击能量转化为热能的完全新型的产热原理，即液体在离心力的作用下，高速流经“热能发生器”时液体和“热能发生器”内表面高速接触流过，其压力会大大降低，产生接近真空的负压，此时，即使在常温下，局部的液体也会沸腾，形成低压的微小气泡，即所谓的空化现象。在周围水压的作用下，空穴气泡会互相撞击，急剧爆裂，形成强大的冲击波，极大提高局部温度并在空穴撞击时析出巨大能量，进而使液体加热，热效率极高。优点是采用多机并联组合方式，可成倍增大供热能量，体积小，结构简单，安装方便，环保节能，安全寿命长；缺点是前期投资大，不适合小面积家庭取暖。

空气源加热技术是利用空气中热能加热水，用少量的电能将空气中的热能通过热媒收集，通过热泵扩大、搬运到水中给水加热，是一种全天候的热水供应系统。只需空气和热水，通过空气能热泵机组的作用而工作。优点是通过大量获取空气中免费热能，消耗的电能仅仅是压缩机用来搬运空气能源所用的能量，部分地区热效率极高，最大的特点和优势是节能高效；缺点是投资较大，区域性特征明显，对外界环境温度依赖过大，不适合北方地区，高温高压下运行容易使压缩机老化碳化，润滑效果不好容易导致压缩机被烧坏。

2 陶瓷加热结构

一般陶瓷结构都是层状密排六方结构，AlN属于共价化合物，熔点高，原子自扩散系数小。

氮化铝陶瓷具有高的热导率、低的介电常数和介电损耗、可靠的电绝缘性、耐高温、耐腐蚀、无毒、良好的力学性能以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良性能，在许多高技术领域的应用越来越广泛。AlN是绝缘陶瓷材料，属于声 子导热机制，声子平均自由程愈长，材料的热导率愈高。在热传输过程中，晶体中的缺陷、晶界、空洞等都会产生声子散射，降低声子的平均自由程，从而进一步影响热导率。

AlN陶瓷加热时，结构发生的变化微小，加热过程中结构会更加致密，致密度和氧含量是影响AIN陶瓷热导率的关键因素。在添加一定量的烧结助剂时，以燃烧合成前驱物合成的AIN粉末为原料，在l 650℃烧结3h后，材料已经致密，热导率非常高，故升温迅速。

在1600℃时，粉体颗粒已经互相连接，表明颗粒间传质已经开始。但由于温度较低时间较短，试样中仍留有许多空隙；在1700℃下，晶粒之间接触紧密，气孔较少，结构致密。密度测试也表明此时达到了最高致密度；1800℃的试样中，晶粒比1700℃下发育饱满，形状趋于规整，同事晶粒尺寸稍有变大；1900摄氏度下晶粒继续发育，形状规整饱满，尺寸均匀一致。温度越高，紧密性就会越好，结构愈发稳定！

不同温度下，晶界相的分布状态不同，晶界相的不同，对应的AlN的活性不同，从而会影响AlN陶瓷的导热性能，晶界相的数量减少并汇集于三角晶界处，这样可以得到高热导率的AlN陶瓷。针对AlN陶瓷，致密度越高，样品的热导率越大；温度越高，保温时间越长，热导率越大；添加剂含量少的AlN陶瓷热导率大。AlN陶瓷表面的相关材料作为电极，承受温度高，耐用性极强。

3 结论

致密度是影响AlN陶瓷热导率的关键因素，故承受温度越高，材料致密性越高，热导率越高，升温越快，稳定性越高。

随着温度升高，显微结构由疏松变得致密，晶粒不断发育，形状变得规整饱满，同时晶界相也由弥散分布的颗粒状变为相对聚集于晶粒交界处的晶须状，热导率不断的提高；温度继续升高，生成液相晶界相，迅速促进晶粒发育饱满，使晶粒之间面接触增多，使其晶界相分布于AlN颗粒交界处，结构与成分向有利于热导率提高的方向变化。

AlN高温加热，温度高，升温快，可以高温干烧，会是加热器行业趋向的一个旗帜！

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[责任编辑：张涛]

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