Elektrothermische Materialien können elektrische Energie in Wärmeenergie umwandeln und werden zur Herstellung von Widerstandsheizelementen verwendet, die in industriellen und zivilen Geräten weit verbreitet sind. Im Bereich der Hochtemperaturverarbeitung nehmen die Operationen unter extremen Arbeitsbedingungen ständig zu, was die Auswahl der elektrothermischen Materialien entscheidend macht. Dieser Artikel befasst sich mit den grundlegenden Aspekten von Siliziumkarbidstäben: ihren Typen, Eigenschaften, Materialien, die bei ihrer Herstellung verwendet werden, Anwendungsnutzen und Anwendungsanalyse.
1. Arten und Eigenschaften von elektrothermischen Materialien
Elektrothermische Materialien können grob in zwei Typen unterteilt werden: metallische und nichtmetallische.
Metallische elektrothermische Materialien umfassen hauptsächlich nickelbasierte Legierungen (wie Nickel-Chrom-Draht Ni-Cr) und eisenbasierte Legierungen (wie Eisen-Chrom-Aluminium-Draht Fe-Cr-Al).
Nichtmetallische elektrothermische Materialien umfassen Siliziumkarbidstäbe, Silizium-Molybdän-Stäbe, PTC-elektrothermische Elemente, MoSi2 usw.
· Metallische elektrothermische Materialien
Da metallische elektrothermische Materialien eine gute Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit haben und leicht formbar sind, werden sie häufig als Heizelemente für den elektrischen Ofen in traditionellen Industrien und Haushaltsgeräten verwendet.
Nickel-Chrom-Legierungen haben eine maximale Heiztemperatur von 1150°C, und Eisen-Chrom-Legierungen 1400°C. Im Allgemeinen treten bei Betriebstemperaturen über 1000°C Probleme wie Verdampfung, Verformung und sogar Schmelzen auf.
Zusätzlich ist die Oxidationsrate von metallischen Heizelementen relativ schnell, und es ist schwierig, Stabilität und langfristige Effektivität bei kontinuierlichem Gebrauch zu gewährleisten. Darüber hinaus wird der Widerstand von metallischen Heizelementen bei hohen Temperaturen zunehmen, was die Wärmeleitfähigkeit bei hohen Temperaturen reduziert.
· Nichtmetallische elektrothermische Materialien
Nichtmetallische elektrothermische Materialien zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, gute thermische Stabilität, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, hohe elektrische Wärmeumwandlungsrate und hervorragende mechanische Eigenschaften aus.
Daher sind nichtmetallische elektrothermische Materialien stabiler als metallische Materialien in extremen Hochtemperatur- und korrosiven Industrieumgebungen und finden breite Anwendung in elektrischen Öfen und experimentellen elektrischen Öfen in Hochtemperaturindustrien sowie in der Luft- und Raumfahrt, Biomedizin, Automobilindustrie und anderen Bereichen.
2. Kohlenstoff-Silizium-Materialien und Vorteile von Siliziumkarbidstäben
Siliziumkarbid (SiC) ist ein neues anorganisches nichtmetallisches Material, das durch das Schmelzen von Quarzsand und kohlenstoffhaltigen Rohstoffen bei hoher Temperatur hergestellt wird. Künstlich synthetisiertes Siliziumkarbid wurde 1891 zufällig vom amerikanischen Wissenschaftler Edison während eines Experiments entdeckt.
Siliziumkarbid hat viele Vorteile, darunter hohe Härte, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe chemische Stabilität, hohe thermische Stabilität und Halbleitereigenschaften. Es wird in verschiedenen Bereichen wie elektronischen Geräten, Schleifmitteln und Schneidwerkzeugen, feuerfesten Materialien, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und anderen Geräten weit verbreitet eingesetzt.
Kohlenstoff-Silizium-Stäbe werden aus hochreinem grünem hexagonalem Siliziumkarbid als Hauptrohstoff hergestellt, der präzise formuliert und in die gewünschte Form gebracht wird, dann bei einer Temperatur von 2200°C gebrannt wird, um eine stab- oder röhrenförmige nichtmetallische Hochtemperatur-Heizkomponente zu bilden.
Der Schmelzpunkt von Siliziumkarbidstäben ist sehr hoch, wobei die Arbeitstemperatur in einer oxidierenden Umgebung 1.450°C erreichen kann, und sie können kontinuierlich und stabil für 2000 Stunden betrieben werden.
Neben den Eigenschaften der hohen Temperaturstabilität und starken Oxidationsbeständigkeit haben Siliziumkarbidstäbe auch die Vorteile einer hohen Verschleißfestigkeit, hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, schnellen Erwärmung sowie einfacher Installation und Verwendung.
Zusätzlich nimmt bei bestimmten Temperaturen der Widerstand von Siliziumkarbidstäben mit steigender Temperatur signifikant ab, wodurch eine effizientere Wärmeleitfähigkeit als bei Metallkomponenten bei hohen Temperaturen erreicht wird.
Neben der Funktion als zentrales elektrisches Heizelement für Tunnelöfen, Rollöfen, Glas-Schmelzöfen, Vakuumöfen und andere verschiedene Heizgeräte können Siliziumkarbidstäbe auch mit fortschrittlichen automatisierten elektronischen Steuerungssystemen zusammenarbeiten, um eine präzise konstante Temperaturregelung zu erreichen und eine kurvenförmige automatische Temperaturanpassung gemäß spezifischen Produktionsprozessanforderungen durchzuführen.
3. Anwendungsanalyse von Siliziumkarbidstäben
Obwohl Siliziumkarbidstäbe viele Vorteile haben, die metallische Heizelemente nicht bieten, ist ihre Verwendung aufgrund ihres höheren Preises im Vergleich zu metallischen thermoelektrischen Materialien, die allgemein bei Betriebstemperaturen unter 1000°C verwendet werden, eingeschränkt. Siliziumkarbidstäbe werden häufiger in extremen Arbeitsumgebungen eingesetzt, in denen metallische thermoelektrische Materialien nicht geeignet sind.
Anwendungen von Siliziumkarbidstäben
· Industrielle Ofenausrüstung: Siliziumkarbidstäbe können als Heizelemente, Herdplatten und Gussformen für verschiedene Elektroofen in Branchen wie Metallurgie und Fertigung verwendet werden.
· Die Elektronikindustrie: Während des Wärmebehandlungsprozesses von Materialien wie Halbleitern können Siliziumkarbidstäbe eine präzise kontrollierte Hochtemperaturumgebung bereitstellen, um strenge technische Anforderungen zu erfüllen.
· Vorbereitung von magnetischen Materialien: Siliziumkarbidstäbe werden häufig zum Sintern und Glühen von magnetischen Materialien verwendet, wobei ihre extrem hohe Temperaturstabilität die Leistung und Qualität der magnetischen Materialien gewährleistet.
· Die Keramik- und Glasherstellungsindustrie: Siliziumkarbidstäbe können die konstante hohe Temperatur, die während der Vorbereitung erforderlich ist, effektiv aufrechterhalten und so eine gleichmäßige Erwärmung des Rohlings gewährleisten, wodurch die Qualität des Produkts verbessert wird.
· Wissenschaftliche Forschung: Siliziumkarbidstäbe eignen sich gut für experimentelle Umgebungen, die eine strenge Kontrolle der Temperaturänderungen erfordern.
Darüber hinaus haben Siliziumkarbidstäbe großes Potenzial in Anwendungen in Bereichen wie Medizin, Lebensmittel und Umweltüberwachung gezeigt, aufgrund ihrer hervorragenden Leistung in chemischen, mechanischen, optischen und anderen Eigenschaften.
4. Zusammenfassung
In Hochtemperatur-Industrieprozessen ist der kontinuierliche Betrieb von Öfen besonders abhängig von langlebigen Materialien, um die Ausfallzeiten zu minimieren und die Kapitalrendite zu maximieren. Daher müssen thermoelektrische Materialien hochspezialisiert sein und hervorragende Leistungen erbringen, um zu verschiedenen Ofentypen zu passen. Siliziumkarbidstäbe sind daher die ideale Wahl für hochtemperatur-thermoelektrische Materialien. Mit dem kontinuierlichen Wachstum der Weltwirtschaft und dem Fortschritt des Industrialisierungsprozesses erweitert sich der Anwendungsmarkt für Siliziumkarbidstäbe stetig.
