Les matériaux électrothermiques peuvent convertir l'énergie électrique en énergie thermique et sont utilisés pour fabriquer des éléments chauffants résistifs, largement utilisés dans les équipements industriels et civils. Dans le domaine du traitement à haute température, les opérations dans des conditions de travail extrêmes augmentent constamment, rendant la sélection des matériaux électrothermiques critique. Cet article explore les aspects de base des tiges en carbone silicium : leurs types, propriétés, matériaux utilisés dans leur fabrication, avantages d'application et analyse d'application.
1. Types et caractéristiques des matériaux électrothermiques
Les matériaux électrothermiques peuvent être grossièrement divisés en deux types : métal et non-métal.
Les matériaux électrothermiques métalliques incluent principalement les alliages à base de nickel (tels que le fil de nickel-chrome Ni-Cr) et les alliages à base de fer (tels que le fil de fer-chrome-aluminium Fe-Cr-Al).
Les matériaux électrothermiques non métalliques incluent les tiges en carbone silicium, les tiges en molybdène-silicium, les éléments électrothermiques PTC, MoSi2, etc.
· Matériaux électrothermiques métalliques
Étant donné que les matériaux électrothermiques métalliques ont une bonne conductivité thermique et électrique, et sont faciles à mouler, ils sont largement utilisés comme éléments chauffants pour les fours électriques dans les industries traditionnelles et les appareils ménagers.
Les alliages de nickel-chrome ont une température de chauffage maximale de 1150°C, et les alliages de fer-chrome 1400°C. Généralement, lorsque la température de fonctionnement dépasse 1000°C, il y aura des problèmes tels que la volatilisation, la déformation, et même la fusion.
De plus, le taux d'oxydation des éléments chauffants métalliques est relativement rapide, et il est difficile d'assurer la stabilité et l'efficacité à long terme en utilisation continue. De plus, le taux de résistance des éléments chauffants métalliques augmentera à haute température, ce qui réduit la conductivité thermique à haute température.
· Matériaux électrothermiques non métalliques
Les matériaux électrothermiques non métalliques ont les caractéristiques de résistance à haute température, bonne stabilité thermique, résistance à la corrosion, résistance à l'oxydation, taux de conversion électrique élevé et excellentes propriétés mécaniques.
Par conséquent, les matériaux électrothermiques non métalliques sont plus stables que les matériaux métalliques dans des environnements industriels à haute température et corrosifs extrêmes, voyant de larges applications dans les fours électriques et les fours électriques expérimentaux dans les industries à haute température ainsi que dans l'aérospatiale, la biomédecine, l'automobile et d'autres domaines.
2. Matériaux en carbone silicium et avantages des tiges en carbure de silicium
Le carbure de silicium (SiC) est un nouveau matériau inorganique non métallique produit par la fusion de sable de silice et de matières premières contenant du carbone à haute température. Le carbure de silicium synthétique a été découvert accidentellement par le scientifique américain Edison en 1891 lors d'une expérience.
Le carbure de silicium présente de nombreux avantages, notamment une dureté élevée, une conductivité thermique élevée, une stabilité chimique élevée, une stabilité thermique élevée et des propriétés semi-conductrices. Il a été largement utilisé dans divers domaines tels que les dispositifs électroniques, les abrasifs et outils de coupe, les matériaux réfractaires, l'aérospatiale, l'industrie automobile et d'autres équipements.
Les tiges en carbone silicium sont fabriquées à partir de carbure de silicium hexagonal vert de haute pureté comme matière première principale, qui est précisément formulée et transformée en la forme souhaitée, puis cuite à une température de 2200°C pour former un composant électrique chauffant non métallique en forme de tige ou de tube.
Le point de fusion des tiges en carbure de silicium est très élevé, avec une température de fonctionnement dans un environnement oxydant pouvant atteindre 1 450°C, et elles peuvent fonctionner de manière continue et stable pendant 2000 heures.
En plus des caractéristiques de stabilité à haute température et de forte résistance à l'oxydation, les tiges en carbure de silicium présentent également les avantages d'une haute résistance à l'usure, d'une excellente résistance à la corrosion, d'un chauffage rapide et d'une installation et d'une utilisation faciles.
De plus, à certaines températures, la résistivité des tiges en carbure de silicium diminue considérablement avec une augmentation de la température, offrant ainsi une conductivité thermique plus efficace que les composants métalliques à haute température.
En plus de servir de composant chauffant électrique central pour les fours tunnels, les fours à rouleaux, les fours de fusion de verre, les fours à vide et d'autres divers dispositifs de chauffage, les tiges en carbure de silicium peuvent également fonctionner avec des systèmes de contrôle électronique automatisés avancés pour réaliser un contrôle précis de la température constante, et effectuer un ajustement automatique de la température de type courbe selon les exigences spécifiques du processus de production.
3. Analyse des applications des tiges en carbure de silicium
Bien que les tiges en carbure de silicium aient de nombreux avantages que les éléments chauffants métalliques n'ont pas, leur utilisation est limitée en raison de leur prix plus élevé que les matériaux thermoélectriques métalliques qui sont généralement utilisés lorsque la température de fonctionnement est inférieure à 1000°C. Les tiges en carbure de silicium sont plus couramment utilisées dans des environnements de travail extrêmes où les matériaux thermoélectriques métalliques ne peuvent pas convenir.
Applications des tiges en carbure de silicium
· Équipement de four industriel : Les tiges en carbure de silicium peuvent être utilisées comme éléments chauffants, foyers et moules de coulée pour divers fours électriques dans des industries telles que la métallurgie et la fabrication.
· L'industrie électronique: Lors du processus de traitement thermique de matériaux tels que les semi-conducteurs, les tiges en carbure de silicium peuvent fournir un environnement à haute température précisément contrôlé pour répondre à des exigences techniques strictes.
· Préparation de matériaux magnétiques : Les tiges en carbure de silicium sont souvent utilisées pour le frittage et le recuit des matériaux magnétiques, leur stabilité à des températures extrêmement élevées garantissant la performance et la qualité des matériaux magnétiques.
· L'industrie de la céramique et du verre : les tiges en carbure de silicium peuvent maintenir efficacement la température élevée constante requise lors de la préparation, assurant un chauffage uniforme de l'ébauche, améliorant ainsi la qualité du produit.
· Recherche scientifique : Les tiges en carbure de silicium conviennent bien aux environnements expérimentaux qui nécessitent un contrôle rigoureux des variations de température.
De plus, les tiges en carbure de silicium ont montré un grand potentiel dans les applications dans des domaines tels que la médecine, l'alimentation, la surveillance environnementale en raison de leurs excellentes performances chimiques, mécaniques, optiques et autres.
4. Résumé
Dans les processus industriels à haute température, le fonctionnement continu des fours dépend particulièrement de matériaux à longue durée de vie pour minimiser les temps d'arrêt et maximiser le retour sur investissement. Par conséquent, les matériaux thermoélectriques doivent être hautement spécialisés et avoir d'excellentes performances pour correspondre à divers types de fours. Les tiges en carbure de silicium sont donc le choix idéal pour les matériaux thermoélectriques à haute température. Avec la croissance continue de l'économie mondiale et l'avancement du processus d'industrialisation, le marché d'application des tiges en carbure de silicium se développe régulièrement.
