[发明专利]一种浸没式加热器用液态中间层陶瓷-金属复层套管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于锌铝融体浸没式加热装备技术领域，特别涉及一种浸没式加热器用液态中间层陶瓷-金属复层套管及其制备方法。

背景技术

在热浸镀和其它锌/铝融体加工领域，内热式新技术比传统的外热式、上热式，甚至感应加热技术更具优越性，能显著节约能源和锌/铝资源、降低环境污染和加工成本、减轻劳动强度、提高产品质量，正在国内外热浸镀、有色金属精炼和熔铸等工业部门推广应用。内加热技术的关键部件是浸没并直接与强腐蚀性融体锌、铝接触的保护内发热源的外套管。

已知的几种外套管中，石英玻璃管、氧化物结合碳化硅管和氮化硅结合碳化硅管的耐蚀性好，但性脆易断；铁基渗硼管渗层容易剥落，寿命短，且不耐铝融体腐蚀；Mo-30％W合金管耐锌腐蚀，抗折强度高，但性脆，也只能用于低温镀锌和切忌机械碰撞，而且价格昂贵；金属涂层外套管抗折强度高，但涂层极易剥落，使用寿命短；一种外涂非晶态玻璃釉的金属钢管，工作时外层非晶态玻璃釉呈粘性态,能很好地适应金钢管的热膨胀性，不会剥落,但粘性涂层易与融体表面的氧化物粘连，降低镀件表面质量。实际生产中，为了提高非金属材质外套管寿命，采用双层非金属套管结构，即在非金属外套管内再加一层石英玻璃管，使用寿命得到进一步延长，但由于这种双层套管之间的间隙为低导热率空气介质，致使温度梯度增高，容易导致发热体提早失效；另一种粘接成形的新型双层陶瓷管仍受到陶瓷脆性的限制。

尽管国内外也致力于开发将陶瓷材料的高耐蚀性和钢铁材料的高强度高抗折性相组合制造结构件的技术，但经专利检索得知以下几个有关陶瓷与金属构件的连接技术都难直接用于制造锌/铝融体浸没式加热器陶瓷-金属复层套管：

(1)荷兰皇家飞利浦电子有限公司在我国申请的发明专利金属-陶瓷的结合”(申请号02801901,申请日20020524；公开号1482289,公开日20040331)，其特征是将熔化后的金属贴近并压入在陶瓷构件外表面上预设的具有互补锁定形式的通孔内的方法将陶瓷和金属连接在一起。

(2)联邦德国韦狄亚有限公司申请的发明专利“金属陶瓷制品及其应用”(申请号93118996,申请日19930906；公告号1100034,公开日19950315)，其特征是借助等离子体化学汽相沉积法在硬质合金、钢、陶瓷基体的表面涂有外层为Al₂O₃的至少一层的耐磨涂层。

(3)湖北工学院申请的发明专利“一种通过铸造成型金属表面形成一层金属丝的方法”(申请号03125430,申请日20030918；公开号1524646,公开日20040910)，其特征是预先将绕成弹簧状的绞结有纱布和浸渍有耐火涂料层的金属丝贴在铸型或砂芯表面，干燥后浇铸熔融金属，使铸件清砂后表面嵌有半露的金属丝网，再在半露的金属丝网面施以陶瓷、塑料等衬层材料，不需要对金属表面进行任何其他预处理。

(4)上海交通大学申请的发明专利“碳、陶瓷非金属材料与金属材料的连接方法”(申请号200310107940,申请日20031016；公告号1528714,公开日20040915)其特征是首先通过非金属材料表面金属化工艺获得导电的金属底层,然后在底层上电铸沉积金属镀层,再利用金属电铸镀层的可焊性和塑性加工形能,实现非金属材料与金属材料结构件的相互连接,为了改善非金属材料与金属电铸层热膨胀匹配性能,在电铸溶液中添加第二相陶瓷粒子或晶须等增强体；

(5)太原工学院申请的“陶瓷与金属场致自蔓延烧结连接法”(申请号03112506,申请日20030605,公开号1475463,公开日20040218),其特征是陶瓷采用自蔓延法与金属实现永久连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浸没式加热器用液态中间层陶瓷-金属复层套管及其制造方法，该套管使用寿命长，具有良好的耐蚀性以及高的机械性能。

为了达到上述目的，本发明浸没式加热器用液态中间层陶瓷-金属复层套管包括陶瓷外管以及设在陶瓷外管内部的耐热钢内管，耐热钢内管的外壁上形成有铁铝金属间化合物层涂层，耐热钢内管和陶瓷外管的底端均为封闭结构；耐热钢内管顶端带有凸缘预制孔，凸缘预制孔与陶瓷外管和耐热钢内管之间形成的间隙相通，陶瓷外管和耐热钢内管之间形成的间隙内填充有导热率在10W/m·K以上的中间层；中间层采用玻璃釉或由玻璃釉和低熔点金属组成的复合中间层，且复合中间层中玻璃釉位于低熔点金属的顶部。

所述的低熔点金属为锡、铅或锌。

一种浸没式加热器用液态中间层陶瓷-金属复层套管的制造方法，包括以下步骤：