I materiali elettrotermici possono convertire l'energia elettrica in energia termica e sono utilizzati per produrre elementi riscaldanti a resistenza, ampiamente utilizzati in apparecchiature industriali e civili. Nel campo della lavorazione ad alta temperatura, le operazioni in condizioni di lavoro estreme aumentano costantemente, rendendo critica la selezione dei materiali elettrotermici. Questo articolo approfondisce gli aspetti di base delle barre di carburo di silicio: i loro tipi, proprietà, materiali utilizzati nella loro fabbricazione, benefici applicativi e analisi applicativa.
1. Tipi e Caratteristiche dei Materiali Elettrotermici
I materiali elettrotermici possono essere grossolanamente divisi in due tipi: metallici e non metallici.
I materiali elettrotermici metallici includono principalmente leghe a base di nichel (come il filo di nichel-cromo Ni-Cr) e leghe a base di ferro (come il filo di ferro-cromo-alluminio Fe-Cr-Al).
I materiali elettrotermici non metallici includono barre di carbonio di silicio, barre di silicio-molibdeno, elementi elettrotermici PTC, MoSi2, ecc.
· Materiali elettrotermici metallici
Poiché i materiali elettrotermici metallici hanno una buona conducibilità termica ed elettrica e sono facili da modellare, sono ampiamente utilizzati come elementi riscaldanti per il forno elettrico nelle industrie tradizionali e negli elettrodomestici.
Le leghe di nichel-cromo hanno una temperatura massima di riscaldamento di 1150°C e le leghe di ferro-cromo 1400°C. Generalmente, quando la temperatura operativa supera i 1000°C, ci saranno problemi come volatilizzazione, deformazione e persino fusione.
Inoltre, la velocità di ossidazione degli elementi riscaldanti metallici è relativamente veloce ed è difficile garantire stabilità ed efficacia a lungo termine nell'uso continuo. Inoltre, la resistenza degli elementi riscaldanti metallici aumenterà ad alte temperature, il che riduce la conducibilità termica ad alte temperature.
· Materiali elettrotermici non metallici
I materiali elettrotermici non metallici hanno le caratteristiche di resistenza alle alte temperature, buona stabilità termica, resistenza alla corrosione, resistenza all'ossidazione, alto tasso di conversione elettrica e ottime proprietà meccaniche.
Pertanto, i materiali elettrotermici non metallici sono più stabili dei materiali metallici in ambienti industriali estremamente ad alta temperatura e corrosivi, vedendo ampie applicazioni in forni elettrici e forni elettrici sperimentali nelle industrie ad alta temperatura, nonché in aerospaziale, biomedicina, automobilistico e altri campi.
2. Materiali di Carbonio di Silicio e Vantaggi delle Barre di Carburo di Silicio
Il carburo di silicio (SiC) è un nuovo materiale inorganico non metallico prodotto dalla fusione di sabbia silicea e materie prime contenenti carbonio ad alta temperatura. Il carburo di silicio sintetizzato artificialmente è stato scoperto accidentalmente dallo scienziato americano Edison nel 1891 durante un esperimento.
Il carburo di silicio ha molti vantaggi, tra cui alta durezza, alta conducibilità termica, alta stabilità chimica, alta stabilità termica e proprietà semiconduttrici. È stato ampiamente utilizzato in vari campi come dispositivi elettronici, abrasivi e utensili da taglio, materiali refrattari, aerospaziale, industria automobilistica e altre attrezzature.
Le barre di carbonio di silicio sono realizzate con carburo di silicio esagonale verde ad alta purezza come materia prima principale, che viene formulata e lavorata con precisione nella forma desiderata, quindi cotta a una temperatura di 2200°C per formare un componente elettrico riscaldante ad alta temperatura non metallico a forma di barra o tubo.
Il punto di fusione delle barre di carburo di silicio è molto alto, con la temperatura di lavoro in un ambiente ossidante in grado di raggiungere i 1.450°C, e può operare in modo continuo e stabile per 2000 ore.
Oltre alle caratteristiche di stabilità ad alta temperatura e forte resistenza all'ossidazione, le barre di carburo di silicio hanno anche i vantaggi di alta resistenza all'usura, eccellente resistenza alla corrosione, riscaldamento rapido e facile installazione e utilizzo.
Inoltre, a determinate temperature, la resistività delle barre di carburo di silicio diminuisce significativamente con un aumento della temperatura, fornendo così una conduttività termica più efficiente rispetto ai componenti metallici ad alte temperature.
Oltre a servire come componente centrale di riscaldamento elettrico per forni a tunnel, forni a rulli, forni per la fusione del vetro, forni a vuoto e altri vari dispositivi di riscaldamento, le barre di carburo di silicio possono anche lavorare con avanzati sistemi di controllo elettronico automatizzati per ottenere un controllo preciso della temperatura costante e eseguire regolazioni automatiche della temperatura di tipo curvilineo secondo i requisiti specifici del processo di produzione.
3. Analisi delle Applicazioni delle Barre di Carburo di Silicio
Sebbene le barre di carburo di silicio abbiano molti vantaggi che gli elementi riscaldanti elettrici in metallo non hanno, il loro utilizzo è limitato a causa del loro prezzo più elevato rispetto ai materiali termoelettrici metallici, generalmente utilizzati quando la temperatura operativa è inferiore a 1000°C. Le barre di carburo di silicio sono più comunemente utilizzate in ambienti di lavoro estremi dove i materiali termoelettrici metallici non possono qualificarsi.
Applicazioni delle Barre di Carburo di Silicio
· Apparecchiature per Forni Industriali: Le barre di carburo di silicio possono essere utilizzate come elementi riscaldanti, focolari e stampi di colata per vari forni elettrici in industrie come la metallurgia e la manifattura.
· L'industria elettronica: Durante il processo di trattamento termico di materiali come i semiconduttori, le barre di carburo di silicio possono fornire un ambiente ad alta temperatura controllato con precisione per soddisfare requisiti tecnici rigorosi.
· Preparazione di materiali magnetici: Le barre di carburo di silicio sono spesso utilizzate per la sinterizzazione e il ricottura di materiali magnetici, con la loro stabilità estremamente alta alla temperatura che garantisce le prestazioni e la qualità dei materiali magnetici.
· L'industria della ceramica e del vetro: le barre di carburo di silicio possono mantenere efficacemente la temperatura costante richiesta durante la preparazione, garantendo un riscaldamento uniforme del grezzo, migliorando così la qualità del prodotto.
· Ricerca scientifica: Le barre di carburo di silicio sono ben adatte per ambienti sperimentali che richiedono un controllo rigoroso delle variazioni di temperatura.
Inoltre, le barre di carburo di silicio hanno mostrato un grande potenziale nelle applicazioni in campi come la medicina, l'alimentazione, il monitoraggio ambientale grazie alle loro eccellenti prestazioni in proprietà chimiche, meccaniche, ottiche e altre.
4. Sommario
Nei processi industriali ad alta temperatura, il funzionamento continuo dei forni dipende particolarmente da materiali di lunga durata per minimizzare i tempi di fermo e massimizzare il ritorno sull'investimento. Pertanto, i materiali termoelettrici devono essere altamente specializzati e avere prestazioni eccellenti per adattarsi a vari tipi di forni. Le barre di carburo di silicio sono quindi la scelta ideale per materiali termoelettrici ad alta temperatura. Con la crescita continua dell'economia globale e l'avanzamento del processo di industrializzazione, il mercato applicativo delle barre di carburo di silicio si sta espandendo costantemente.
