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1、氧化铝陶瓷电热元件的节能研究摘要：文章对比测试了氧化铝陶瓷发热片与PTC陶瓷发热片的通电发热效率，对比测试发现在其他相同测试条件下，在加热效果优于PTC发热组件的前提下，氧化铝发热组件比PTC组件节能20%以上。本文通过深入分析材料特性，运用粒子碰撞散射理论，从理论上明确论证与解释了氧化铝陶瓷发热片比PTC节能的根本原因。并且利用实测功率因素，理论计算出MCH相对PTC节能23.36%,与实验各种测试结果较为吻合。关键词:氧化铝陶瓷发热片;PTC;节能原理1引言随着现代材料科学技术的迅猛发展，家庭理疗保健取暖、工业领域制品热加工成形及热处理条件要求越来越严格，加热方式和新
2、型加热材料的开发研究在材料科学和能源开发领域内占有极为重要的地位［1］。在电加热材料中，熔点高、耐高温的碳化硅材料、銘酸澜材料、PTC陶瓷材料、碳陶复合材料、高温共烧氧化铝陶瓷发热片(MCH)等陶瓷电热材料引起了人们的普遍兴趣。PTC(PositiveTemperatureCoefficient)统称正温度系数热敏电阻,是一种半导体热敏陶瓷,其特性是对温度敏感，在低于居里温度时表现出负电阻特性；当达到居里温度时，其电阻值开始急剧增大。作为发热材料使用时具有以下优越特性：自动恒温、无氧耗、耐腐蚀等。PTC陶瓷主要是掺杂的钛酸顿半导体瓷，它的电离能比较小，在室温下就可以受到热
3、激发产生导电载流子，从而形成半导体。半导体化的产生有两个途径:一是化学计量比偏离;二是掺杂形成缺陷。由于化学计量比偏离和烧结温度、烧结气氛、冷却过程等的关系是很复杂的，而气氛烧结又带来设备和工艺的复杂性，因此，通常主要是通过控制杂质的种类和含量来控制材料的电性能[2-3]oMCH(MetalCeramicsHeater)即金属陶瓷发热元件，它是利用高温共烧多层陶瓷技术[4-5],将发热电阻浆料按照发热电路设计要求印刷于流延陶瓷生坯上，然后多层叠合共烧成一体，从而具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、温度均匀、导热良好、热补偿快等优点，不含铅、汞、六价辂等有害物质，完全符合
4、欧盟环保要求，具有十分广阔的发展前景和市场前景[6]。2节能对比测试实验文章对比测试了MCH发热组件与PTC组件在如下所示的五种不同情况下的加热效果。2.1组件直接加热空气由同一规格铝散热片分别粘连相同面积与加热长度的PTC与MCH发热元件,在相同的加载电压下，测试两者的空气加热效果。由于回路的加载电压恒定，发热元件的功耗可用其串联电路回路的电流表征，通过测试回路的电流，对比分析PTC与MCH空气加热效果及功耗。空载启动后,30s通过自制风机加载恒定量的风阻，自制风机分别与PTC及MCH发热组件组成一热风机。通过测试记录PTC及MCH直接加热的空气在相同时间的电流和温度。
5、图1和图2分别是根据实验数据得到的加热空气的温度曲线与电流曲线。分析图1和图2可知,在其它相同条件下加载固定电压,MCH的空气加热效果优于PTC,-是表现在空载加载的30s内，MCH升温明显快，15s时,MCH温度达140°C,而PTC对应温度仅为78°C;二是空气加热组件表面MCH的平衡温度为169°C,PTC对应平衡温度为153°C;三是加载相同风阻后的风口平衡温度,MCH（风口5mm处温度:138°C;风口40mm处温度：78°C）也同样优于PTC（风口5mm处温度:119°C;风口40mni处温度：71°C）。通过对电流曲线的积分计算（见图2中的计算结果），结果表
6、明在相同条件下，空载启动,30s加载相同风阻,MCH的加热效果优于PTC,同时MCH能耗比PTC低28.72%［（6899.45-4918.05）/6899.45）=28.72%］。2.2电暖器加热空气利用市场型号都是QG13的同一品牌同批号的两台电暖器，其额定功率为1300W,分低热和高热两个加热档位。把其中一台的发热元件拆下来，其PTC发热组件为四组并排的PTC发热组件，每两片铝散热片分别夹持中间的4、3、3、4片PTC发热材料;低热档为左三组并联，高热档为全部四组并联,换上MCH陶瓷发热组件，其低热和高热档与原装PTC电暖器一样分别三组、四组并联。然后在相同的加载电
7、压下，测试两台电暖器的空气加热效果。两台电暖器分别加上市电（电压表显示:226V）,同为加热前吹冷风30s,加热后吹冷风使其温度恢复初始室温(28°C)o单纯吹冷风电流为0.09A,测试记录原装PTC电暖器及改装MCH电暖器的空气加热在相同时间下的电流和温度。图3和图4是根据所得数据绘制的温度曲线与电流曲线，测温点都定在电暖器前外表壳中间格点。图3可知,在其它相同条件下加载固定电压,MCH电暖器空气加热效果优于PTC电暖器空气加热效果，一是低热档时,MCH加热50s温度可达103°C,而PTC对应温度只有79°C;二是低热档时
