Los materiales electrotermales pueden convertir la energía eléctrica en energía térmica y se utilizan para fabricar elementos de calefacción por resistencia, que son ampliamente utilizados en equipos industriales y civiles. En el campo del procesamiento a alta temperatura, las operaciones bajo condiciones de trabajo extremas aumentan constantemente, lo que hace que la selección de materiales electrotermales sea crítica. Este artículo profundiza en los aspectos básicos de las varillas de carburo de silicio: sus tipos, propiedades, materiales utilizados en su fabricación, beneficios de aplicación y análisis de aplicación.
1. Tipos y Características de los Materiales Electrotermales
Los materiales electrotermales pueden dividirse aproximadamente en dos tipos: metálicos y no metálicos.
Los materiales electrotermales metálicos incluyen principalmente aleaciones a base de níquel (como el alambre de níquel-cromo Ni-Cr) y aleaciones a base de hierro (como el alambre de hierro-cromo-aluminio Fe-Cr-Al).
Los materiales electrotermales no metálicos incluyen varillas de carburo de silicio, varillas de silicio-molibdeno, elementos electrotermales PTC, MoSi2, etc.
· Materiales electrotermales metálicos
Dado que los materiales electrotermales metálicos tienen buena conductividad térmica y eléctrica, y son fáciles de moldear, se utilizan ampliamente como elementos calefactores para el horno eléctrico en industrias tradicionales y electrodomésticos.
Las aleaciones de níquel-cromo tienen una temperatura máxima de calentamiento de 1150°C, y las aleaciones de hierro-cromo 1400°C. Generalmente, cuando la temperatura de operación excede los 1000°C, habrá problemas como volatilización, deformación e incluso fusión.
Además, la tasa de oxidación de los elementos calefactores metálicos es relativamente rápida, y es difícil asegurar la estabilidad y efectividad a largo plazo en uso continuo. Además, la tasa de resistencia de los elementos calefactores metálicos aumentará a altas temperaturas, lo que reduce la conductividad térmica a altas temperaturas.
· Materiales electrotermales no metálicos
Los materiales electrotermales no metálicos tienen las características de resistencia a altas temperaturas, buena estabilidad térmica, resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación, alta tasa de conversión de calor eléctrico y excelentes propiedades mecánicas.
Por lo tanto, los materiales electrotermales no metálicos son más estables que los materiales metálicos en entornos industriales extremos de alta temperatura y corrosivos, viendo amplias aplicaciones en hornos eléctricos y hornos eléctricos experimentales en industrias de alta temperatura, así como en aeroespacial, biomedicina, automotriz y otros campos.
2. Materiales de Carbón de Silicio y Ventajas de las Varillas de Carburo de Silicio
El carburo de silicio (SiC) es un nuevo material inorgánico no metálico producido por la fusión de arena de sílice y materias primas que contienen carbono a alta temperatura. El carburo de silicio sintetizado artificialmente fue descubierto accidentalmente por el científico estadounidense Edison en 1891 durante un experimento.
El carburo de silicio tiene muchas ventajas, incluyendo alta dureza, alta conductividad térmica, alta estabilidad química, alta estabilidad térmica y propiedades semiconductoras. Ha sido ampliamente utilizado en varios campos como dispositivos electrónicos, abrasivos y herramientas de corte, materiales refractarios, aeroespacial, industria automotriz y otros equipos.
Las varillas de carburo de silicio están hechas de carburo de silicio hexagonal verde de alta pureza como materia prima principal, que se formula y procesa con precisión en la forma deseada, luego se cuece a una temperatura de 2200°C para formar un componente de calefacción eléctrica de alta temperatura no metálico en forma de varilla o tubo.
El punto de fusión de las varillas de carburo de silicio es muy alto, con la temperatura de trabajo en un ambiente oxidante capaz de alcanzar los 1,450°C, y puede operar de manera continua y estable durante 2000 horas.
Además de las características de alta estabilidad a altas temperaturas y fuerte resistencia a la oxidación, las varillas de carburo de silicio también tienen las ventajas de alta resistencia al desgaste, excelente resistencia a la corrosión, calentamiento rápido y fácil instalación y uso.
Además, a ciertas temperaturas, la resistividad de las varillas de carburo de silicio disminuye significativamente con un aumento en la temperatura, proporcionando así una conductividad térmica más eficiente que los componentes metálicos a altas temperaturas.
Además de servir como el componente central de calefacción eléctrica para hornos de túnel, hornos de rodillos, hornos de fusión de vidrio, hornos de vacío y otros diversos dispositivos de calefacción, las varillas de carburo de silicio también pueden trabajar con sistemas electrónicos de control automatizado avanzados para lograr un control preciso de temperatura constante y realizar un ajuste automático de temperatura tipo curva según los requisitos específicos del proceso de producción.
3. Análisis de Aplicación de las Varillas de Carburo de Silicio
Aunque las varillas de carburo de silicio tienen muchas ventajas que los elementos de calefacción eléctrica de metal no tienen, su uso está limitado debido a su precio más alto que los materiales termoeléctricos de metal, que generalmente se utilizan cuando la temperatura de operación está por debajo de 1000°C. Las varillas de carburo de silicio se utilizan más comúnmente en entornos de trabajo extremos donde los materiales termoeléctricos de metal no pueden calificar.
Aplicaciones de las Varillas de Carburo de Silicio
· Equipo de Hornos Industriales: Las varillas de carburo de silicio pueden usarse como elementos calefactores, hogares y moldes de fundición para varios hornos eléctricos en industrias como la metalurgia y la manufactura.
· La industria electrónica: Durante el proceso de tratamiento térmico de materiales como semiconductores, las varillas de carburo de silicio pueden proporcionar un entorno de alta temperatura controlado con precisión para cumplir con requisitos técnicos estrictos.
· Preparación de materiales magnéticos: Las varillas de carburo de silicio se utilizan a menudo para la sinterización y el recocido de materiales magnéticos, con su estabilidad a temperaturas extremadamente altas asegurando el rendimiento y la calidad de los materiales magnéticos.
· La industria de fabricación de cerámica y vidrio: las varillas de carburo de silicio pueden mantener efectivamente la alta temperatura constante requerida durante la preparación, asegurando un calentamiento uniforme del blanco, mejorando así la calidad del producto.
· Investigación científica: Las varillas de carburo de silicio son muy adecuadas para entornos experimentales que requieren un control riguroso de los cambios de temperatura.
Además, las varillas de carburo de silicio han mostrado un gran potencial en aplicaciones en campos como la medicina, la alimentación, el monitoreo ambiental debido a su excelente rendimiento en propiedades químicas, mecánicas, ópticas y otras.
4. Resumen
En los procesos industriales de alta temperatura, el funcionamiento continuo de los hornos depende particularmente de materiales de larga duración para minimizar el tiempo de inactividad y maximizar el retorno de la inversión. Por lo tanto, los materiales termoeléctricos deben ser altamente especializados y tener un rendimiento excelente para adaptarse a varios tipos de hornos. Las varillas de carburo de silicio son, por lo tanto, la opción ideal para materiales termoeléctricos de alta temperatura. Con el crecimiento continuo de la economía global y el avance del proceso de industrialización, el mercado de aplicación de las varillas de carburo de silicio se está expandiendo constantemente.
