Os materiais eletrotérmicos podem converter energia elétrica em energia térmica e são usados para fabricar elementos de aquecimento por resistência, que são amplamente utilizados em equipamentos industriais e civis. No campo do processamento em alta temperatura, as operações sob condições de trabalho extremas aumentam constantemente, tornando a seleção de materiais eletrotérmicos crítica. Este artigo explora os aspectos básicos das varetas de carbono de silício: seus tipos, propriedades, materiais usados em sua fabricação, benefícios de aplicação e análise de aplicação.
1. Tipos e Características dos Materiais Eletrotérmicos
Os materiais eletrotérmicos podem ser divididos em dois tipos: metálicos e não metálicos.
Materiais eletrotérmicos metálicos incluem principalmente ligas à base de níquel (como fio de níquel-cromo Ni-Cr) e ligas à base de ferro (como fio de ferro-cromo-alumínio Fe-Cr-Al).
Materiais eletrotérmicos não metálicos incluem varetas de carbono de silício, varetas de silício-molibdênio, elementos eletrotérmicos PTC, MoSi2, etc.
· Materiais eletrotérmicos metálicos
Como os materiais eletrotérmicos metálicos têm boa condutividade térmica e elétrica, e são fáceis de moldar, são amplamente utilizados como elementos de aquecimento para fornos elétricos em indústrias tradicionais e eletrodomésticos.
Ligas de níquel-cromo têm uma temperatura máxima de aquecimento de 1150°C, e ligas de ferro-cromo 1400°C. Geralmente, quando a temperatura de operação excede 1000°C, haverá problemas como volatilização, deformação e até fusão.
Além disso, a taxa de oxidação dos elementos de aquecimento metálicos é relativamente rápida, e é difícil garantir estabilidade e eficácia a longo prazo em uso contínuo. Além disso, a taxa de resistência dos elementos de aquecimento metálicos aumentará em altas temperaturas, o que reduz a condutividade térmica em altas temperaturas.
· Materiais eletrotérmicos não metálicos
Os materiais eletrotérmicos não metálicos têm as características de resistência a altas temperaturas, boa estabilidade térmica, resistência à corrosão, resistência à oxidação, alta taxa de conversão de calor elétrico e excelentes propriedades mecânicas.
Portanto, os materiais eletrotérmicos não metálicos são mais estáveis do que os materiais metálicos em ambientes industriais de alta temperatura e corrosivos extremos, vendo ampla aplicação em fornos elétricos e fornos elétricos experimentais em indústrias de alta temperatura, bem como em aeroespacial, biomedicina, automotivo e outros campos.
2. Materiais de Carbono de Silício e Vantagens das Varetas de Carbeto de Silício
O carbeto de silício (SiC) é um novo material inorgânico não metálico produzido pela fusão de areia de sílica e matérias-primas contendo carbono a alta temperatura. O carbeto de silício sintetizado artificialmente foi descoberto acidentalmente pelo cientista americano Edison em 1891 durante um experimento.
O carbeto de silício tem muitas vantagens, incluindo alta dureza, alta condutividade térmica, alta estabilidade química, alta estabilidade térmica e propriedades semicondutoras. Tem sido amplamente utilizado em vários campos, como dispositivos eletrônicos, abrasivos e ferramentas de corte, materiais refratários, aeroespacial, indústria automotiva e outros equipamentos.
As varetas de carbono de silício são feitas de carbeto de silício hexagonal verde de alta pureza como matéria-prima principal, que é precisamente formulada e processada na forma desejada, depois queimada a uma temperatura de 2200°C para formar um componente de aquecimento elétrico de alta temperatura não metálico em forma de vareta ou tubo.
O ponto de fusão das varetas de carbeto de silício é muito alto, com a temperatura de trabalho em um ambiente oxidante podendo atingir 1.450°C, e pode operar de forma contínua e estável por 2000 horas.
Além das características de estabilidade em alta temperatura e forte resistência à oxidação, as varetas de carboneto de silício também têm as vantagens de alta resistência ao desgaste, excelente resistência à corrosão, aquecimento rápido e fácil instalação e uso.
Além disso, a certas temperaturas, a resistividade das varetas de carboneto de silício diminui significativamente com o aumento da temperatura, proporcionando assim uma condutividade térmica mais eficiente do que os componentes metálicos em altas temperaturas.
Além de servir como o componente central de aquecimento elétrico para fornos de túnel, fornos de rolos, fornos de fusão de vidro, fornos a vácuo e outros vários dispositivos de aquecimento, as varetas de carbono de silício também podem trabalhar com sistemas eletrônicos de controle automatizado avançados para alcançar controle de temperatura constante preciso e realizar ajuste automático de temperatura em curva de acordo com requisitos específicos do processo de produção.
3. Análise de Aplicação de Varetas de Carboneto de Silício
Embora as varetas de carbono de silício tenham muitas vantagens que os elementos de aquecimento elétrico de metal não têm, seu uso é limitado devido ao seu preço mais alto do que os materiais termoelétricos de metal, que geralmente são usados quando a temperatura de operação está abaixo de 1000°C. As varetas de carboneto de silício são mais comumente usadas em ambientes de trabalho extremos onde os materiais termoelétricos de metal não podem qualificar.
Aplicações de Varetas de Carboneto de Silício
· Equipamento de Forno Industrial: As varetas de carboneto de silício podem ser usadas como elementos de aquecimento, fornalhas e moldes de fundição para vários fornos elétricos em indústrias como metalurgia e manufatura.
· A indústria eletrônica: Durante o processo de tratamento térmico de materiais como semicondutores, as varetas de carboneto de silício podem fornecer um ambiente de alta temperatura precisamente controlado para atender a requisitos técnicos rigorosos.
· Preparação de materiais magnéticos: As varetas de carboneto de silício são frequentemente usadas para sinterização e recozimento de materiais magnéticos, com sua estabilidade de temperatura extremamente alta garantindo o desempenho e a qualidade dos materiais magnéticos.
· A indústria de fabricação de cerâmica e vidro: As varetas de carboneto de silício podem efetivamente manter a alta temperatura constante necessária durante a preparação, garantindo aquecimento uniforme do blank, melhorando assim a qualidade do produto.
· Pesquisa científica: As varetas de carboneto de silício são bem adequadas para ambientes experimentais que exigem controle rigoroso das mudanças de temperatura.
Além disso, as varetas de carboneto de silício têm mostrado grande potencial em aplicações em campos como medicina, alimentos, monitoramento ambiental devido ao seu excelente desempenho em propriedades químicas, mecânicas, ópticas e outras.
4. Resumo
Em processos industriais de alta temperatura, a operação contínua de fornos depende particularmente de materiais de longa vida para minimizar o tempo de inatividade e maximizar o retorno sobre o investimento. Portanto, os materiais termoelétricos precisam ser altamente especializados e ter desempenho excelente para corresponder a vários tipos de fornos. As varetas de carboneto de silício são, portanto, a escolha ideal para materiais termoelétricos de alta temperatura. Com o crescimento contínuo da economia global e o avanço do processo de industrialização, o mercado de aplicação de varetas de carbono de silício está se expandindo constantemente.
