4.7　高温烧结直热式YHW型红外辐射加热器

高温烧结直热式YHW型红外辐射加热器是一种十分具有特色的直热式红外辐射加热器，见图4-11。前已阐明有电阻带直热式红外辐射器与集成电阻膜直热式辐射器，前者合金电阻带是发热体，后者是将半导体膜喷涂在陶瓷管或板上形成导电膜作为发热体，两者均不需另外再加发热元件，故均称为直热式。它们的共同特点是要在外表面再喷涂高发射率涂料。而YHW型直热式红外辐射器是将发热元件与涂料熔合为一体，在高温烧结过程中，硼与硅发生下列反应：

图4-11　高温烧结直热式红外辐射加热器结构

3Si+4B³⁺3Si⁴⁺+4B　　　（4-1）

即Si已经成P型半导体，硼的掺杂浓度为每立方厘米2×10¹⁹～1.1×10²¹。作为掺硼的P型硅，掺杂浓度大于每立方厘米2×10¹⁹后，其温度灵敏度系数即成为常数，不随温度变化，因而当供给的电压稳定时，YHW加热器的表面恒温而稳定。

无序三维网络结构及K⁺、Na⁺、Fe³⁺等离子与Si⁴⁺构成了连续的三维网络导电链，均匀地分布于陶瓷基体中，形成新的电热网络，只要有外界供电即可产生稳定的辐射热能。

陶瓷基体中的主要成分是Al₂O₃和SiO₂，其余为金属氧化物。在高温烧结过程中，Al₂O₃经预脱水工艺，并加助熔剂，使Al₂O₃从γ立方晶体向α立方晶体转变时有较小的体积收缩，避免了因石英晶型转变过程的内应力而引起的炸裂或因受到冲击时产生裂纹或破裂，其反应过程机理如下：

① 脱水　Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O″Al₂O₃·2SiO₂+2H₂O↑　　　

② 晶型转变　γ-Al₂O₃α-Al₂O₃　　　

陶瓷基体身兼两职，既导电发辐射热又是高发射率辐射体。在600～800K时测试，法向全发射率ε_n=0.89～0.92；当烧结温度在1250℃以上时，ε_n即可大于0.90。该红外辐射器较薄，只有3.5～6mm厚，长度只有56～310mm，宽度只有14～25mm，因此热响应时间短，一般在6min左右。其结构简图见图4-11，辐射器两端以扩散法将银原子扩散到三维网络的导电基体表面，形成理想的接触表面。该辐射加热器寿命长，经3400h连续试验，供恒电压220V，试验初与终了时辐射器电流变化小于4%，电流变化大都在0～2%之间。

该直热式红外辐射器独具特点，自身导电又高效辐射，重量轻，省材料，升温快，寿命长，可用于轻工、食品、医药、理疗等行业。