Material elektrotermal dapat mengubah energi listrik menjadi energi termal dan digunakan untuk membuat elemen pemanas resistansi, yang banyak digunakan dalam peralatan industri dan sipil. Dalam bidang pemrosesan suhu tinggi, operasi di bawah kondisi kerja ekstrem terus meningkat, membuat pemilihan material elektrotermal menjadi penting. Artikel ini membahas aspek dasar batang silikon karbon: jenisnya, sifatnya, bahan yang digunakan dalam pembuatannya, manfaat aplikasi, dan analisis aplikasi.
1. Jenis dan Karakteristik Material Elektrotermal
Material elektrotermal dapat dibagi secara kasar menjadi dua jenis: logam dan non-logam.
Material elektrotermal logam terutama meliputi paduan berbasis nikel (seperti kawat nikel-kromium Ni-Cr) dan paduan berbasis besi (seperti kawat besi-kromium-aluminium Fe-Cr-Al).
Material elektrotermal non-logam meliputi batang silikon karbon, batang silikon-molibdenum, elemen elektrotermal PTC, MoSi2, dll.
· Material elektrotermal logam
Karena material elektrotermal logam memiliki konduktivitas termal dan konduktivitas listrik yang baik, dan mudah dibentuk, banyak digunakan sebagai elemen pemanas untuk tungku listrik dalam industri tradisional dan peralatan rumah tangga.
Paduan nikel-kromium memiliki suhu pemanasan maksimum 1150°C, dan paduan besi-kromium 1400°C. Umumnya, ketika suhu operasi melebihi 1000°C, akan ada masalah seperti penguapan, deformasi, dan bahkan peleburan.
Selain itu, laju oksidasi elemen pemanas logam relatif cepat, dan sulit untuk memastikan stabilitas dan efektivitas jangka panjang dalam penggunaan terus-menerus. Selain itu, laju resistansi elemen pemanas logam akan meningkat pada suhu tinggi, yang mengurangi konduktivitas termal pada suhu tinggi.
· Material elektrotermal non-logam
Material elektrotermal non-logam memiliki karakteristik ketahanan suhu tinggi, stabilitas termal yang baik, ketahanan korosi, ketahanan oksidasi, tingkat konversi panas listrik yang tinggi, dan sifat mekanik yang sangat baik.
Oleh karena itu, material elektrotermal non-logam lebih stabil daripada material logam dalam lingkungan industri yang sangat tinggi suhu dan korosif, melihat aplikasi luas dalam tungku listrik dan tungku listrik eksperimental di industri suhu tinggi serta dalam dirgantara, biomedis, otomotif, dan bidang lainnya.
2. Bahan Karbon Silikon dan Keunggulan Batang Silikon Karbida
Silikon karbida (SiC) adalah bahan anorganik non-logam baru yang diproduksi dengan melebur pasir silika dan bahan baku yang mengandung karbon pada suhu tinggi. Silikon karbida yang disintesis secara buatan ditemukan secara tidak sengaja oleh ilmuwan Amerika Edison pada tahun 1891 selama percobaan.
Silikon karbida memiliki banyak keunggulan, termasuk kekerasan tinggi, konduktivitas termal tinggi, stabilitas kimia tinggi, stabilitas termal tinggi, dan sifat semikonduktor. Ini telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti perangkat elektronik, abrasif dan alat pemotong, bahan tahan api, dirgantara, industri otomotif, dan peralatan lainnya.
Batang karbon silikon terbuat dari silikon karbida heksagonal hijau berkualitas tinggi sebagai bahan baku utama, yang diformulasikan dan diproses dengan tepat ke dalam bentuk yang diinginkan, kemudian dibakar pada suhu 2200°C untuk membentuk komponen pemanas listrik suhu tinggi berbentuk batang atau tabung non-logam.
Titik lebur batang silikon karbida sangat tinggi, dengan suhu kerja dalam lingkungan oksidasi dapat mencapai 1.450°C, dan dapat beroperasi secara terus-menerus dan stabil selama 2000 jam.
Selain karakteristik stabilitas suhu tinggi dan ketahanan oksidasi yang kuat, batang silikon karbida juga memiliki keunggulan ketahanan aus yang tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik, pemanasan cepat, dan pemasangan serta penggunaan yang mudah.
Selain itu, pada suhu tertentu, resistivitas batang silikon karbida menurun secara signifikan dengan peningkatan suhu, sehingga memberikan konduktivitas termal yang lebih efisien daripada komponen logam pada suhu tinggi.
Selain berfungsi sebagai komponen pemanas listrik inti untuk kiln terowongan, kiln rol, tungku peleburan kaca, tungku vakum, dan berbagai perangkat pemanas lainnya, batang silikon karbida juga dapat bekerja dengan sistem kontrol elektronik otomatis canggih untuk mencapai kontrol suhu konstan yang tepat, dan melakukan penyesuaian suhu otomatis tipe kurva sesuai dengan persyaratan proses produksi tertentu.
3. Analisis Aplikasi Batang Silikon Karbida
Meskipun batang silikon karbida memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki elemen pemanas listrik logam, penggunaannya terbatas karena harganya yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan termoelektrik logam yang umumnya digunakan ketika suhu operasi di bawah 1000°C. Batang silikon karbida lebih umum digunakan dalam lingkungan kerja ekstrem di mana bahan termoelektrik logam tidak memenuhi syarat.
Aplikasi Batang Silikon Karbida
· Peralatan Tungku Industri: Batang silikon karbida dapat digunakan sebagai elemen pemanas, perapian, dan cetakan pengecoran untuk berbagai tungku listrik dalam industri seperti metalurgi dan manufaktur.
· Industri elektronik: Selama proses perlakuan panas bahan seperti semikonduktor, batang silikon karbida dapat menyediakan lingkungan suhu tinggi yang dikendalikan secara tepat untuk memenuhi persyaratan teknis yang ketat.
· Persiapan bahan magnetik: Batang silikon karbida sering digunakan untuk sintering dan anil bahan magnetik, dengan stabilitas suhu tinggi yang sangat baik memastikan kinerja dan kualitas bahan magnetik.
· Industri manufaktur keramik dan kaca: batang silikon karbida dapat secara efektif mempertahankan suhu tinggi konstan yang diperlukan selama persiapan, memastikan pemanasan yang seragam dari benda kerja, sehingga meningkatkan kualitas produk.
· Penelitian ilmiah: Batang silikon karbida sangat cocok untuk lingkungan eksperimental yang memerlukan kontrol ketat terhadap perubahan suhu.
Lebih lanjut, batang silikon karbida telah menunjukkan potensi besar dalam aplikasi di bidang seperti kedokteran, makanan, pemantauan lingkungan karena kinerjanya yang sangat baik dalam sifat kimia, mekanik, optik, dan lainnya.
4. Ringkasan
Dalam proses industri suhu tinggi, operasi berkelanjutan dari tungku sangat bergantung pada bahan yang tahan lama untuk meminimalkan waktu henti dan memaksimalkan pengembalian investasi. Oleh karena itu, bahan termoelektrik perlu sangat khusus dan memiliki kinerja yang sangat baik untuk menyesuaikan dengan berbagai jenis tungku. Batang silikon karbida oleh karena itu adalah pilihan ideal untuk bahan termoelektrik suhu tinggi. Dengan pertumbuhan ekonomi global yang berkelanjutan dan kemajuan proses industrialisasi, pasar aplikasi batang silikon karbida terus berkembang.
