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碳纤维无芯电热元件失效特征和显微结构分析

    碳纤维是一种含碳量在93%以上的纤维材料,由于其良好的热辐射性能,在民用取暖、工业加热及航空、航天等热防护领域得到越来越广泛的应用。碳纤维电热材料的开发近几年得到了不断关注,由于其成本低,加工工艺相对简单,电热元件的使用寿命长,红外辐射效果好,在节能环保以及医用理疗领域有着越来越大的发展潜力。目前,碳纤维电热元件的制备过程仍存在一些问题,工艺方法及设备影响了产品的性能及寿命。笔者以自主开发的新型碳纤维无芯电热元件为研究对象,对其使用过程中的失效问题进行分析,并优化电热元件的制备工艺,为提高电热元件的性能提供参考。碳纤维电热元件的应用要求及失效原因分析碳纤维电热元件是由陶瓷绝缘端头、碳纤维长丝电热体以及外层真空耐高温绝缘腔体3个基本部分组成,元件结构如图所示,电热元件的制备工艺流程如图所示。图无芯碳纤维电热元件的基本结构碳纤维电热产品的质量与其制备工艺有直接关系,元件使用中的失效破坏主要包括:发热功率偏差大对失效的碳纤维无芯电热元件进行综合分析,失效征和显微结构分析结果表明,电热元件的高温定型以及脱芯工艺直接影响着其成品的寿命及电热特性。开发了适用于无芯碳纤维电热材料的高温热处理设备和新型的脱芯工艺。经测试,优化工艺之后的无芯电热元件的表面温度均匀性及工作寿命均有较大提高。

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