Электротермические материалы могут преобразовывать электрическую энергию в тепловую и используются для производства нагревательных элементов сопротивления, которые широко применяются в промышленном и гражданском оборудовании. В области высокотемпературной обработки операции в экстремальных условиях работы постоянно увеличиваются, что делает выбор электротермических материалов критически важным. Эта статья углубляется в основные аспекты кремниевых углеродных стержней: их типы, свойства, материалы, используемые в их производстве, преимущества применения и анализ применения.
1. Типы и характеристики электротермических материалов
Электротермические материалы можно грубо разделить на два типа: металлические и неметаллические.
Металлические электротермические материалы в основном включают никелевые сплавы (такие как никель-хромовая проволока Ni-Cr) и железные сплавы (такие как железо-хром-алюминиевая проволока Fe-Cr-Al).
Неметаллические электротермические материалы включают кремниевые углеродные стержни, кремний-молибденовые стержни, PTC электротермические элементы, MoSi2 и т.д.
· Металлические электротермические материалы
Поскольку металлические электротермические материалы обладают хорошей теплопроводностью и электропроводностью, и их легко формовать, они широко используются в качестве нагревательных элементов для электрических печей в традиционных отраслях и бытовых приборах.
Никель-хромовые сплавы имеют максимальную температуру нагрева 1150°C, а железо-хромовые сплавы 1400°C. Как правило, когда рабочая температура превышает 1000°C, возникают проблемы, такие как испарение, деформация и даже плавление.
Кроме того, скорость окисления металлических нагревательных элементов относительно высока, и трудно обеспечить стабильность и долгосрочную эффективность при непрерывном использовании. Более того, сопротивление металлических нагревательных элементов увеличивается при высоких температурах, что снижает теплопроводность при высоких температурах.
· Неметаллические электротермические материалы
Неметаллические электротермические материалы обладают характеристиками высокой термостойкости, хорошей термической стабильности, коррозионной стойкости, стойкости к окислению, высокой скоростью преобразования электрической энергии в тепловую и отличными механическими свойствами.
Таким образом, неметаллические электротермические материалы более стабильны, чем металлические материалы в экстремальных высокотемпературных и коррозионных промышленных средах, находя широкое применение в электрических печах и экспериментальных электрических печах в высокотемпературных отраслях, а также в аэрокосмической, биомедицинской, автомобильной и других областях.
2. Углеродные кремниевые материалы и преимущества кремниевых карбидных стержней
Карбид кремния (SiC) — это новый неорганический неметаллический материал, получаемый путем плавления кварцевого песка и углеродсодержащих сырьевых материалов при высокой температуре. Искусственно синтезированный карбид кремния был случайно обнаружен американским ученым Эдисоном в 1891 году во время эксперимента.
Карбид кремния имеет много преимуществ, включая высокую твердость, высокую теплопроводность, высокую химическую стабильность, высокую термическую стабильность и полупроводниковые свойства. Он широко используется в различных областях, таких как электронные устройства, абразивы и режущие инструменты, огнеупорные материалы, аэрокосмическая, автомобильная промышленность и другое оборудование.
Углеродные кремниевые стержни изготавливаются из высокочистого зеленого гексагонального карбида кремния в качестве основного сырья, которое точно формулируется и обрабатывается в желаемую форму, затем обжигается при температуре 2200°C, чтобы сформировать стержнеобразный или трубчатый неметаллический высокотемпературный электрический нагревательный элемент.
Точка плавления кремниевых карбидных стержней очень высокая, рабочая температура в окислительной среде может достигать 1450°C, и они могут работать непрерывно и стабильно в течение 2000 часов.
Помимо характеристик высокой температурной стабильности и сильной устойчивости к окислению, стержни из карбида кремния также обладают преимуществами высокой износостойкости, отличной коррозионной стойкости, быстрого нагрева и легкости установки и использования.
Кроме того, при определенных температурах удельное сопротивление стержней из карбида кремния значительно уменьшается с увеличением температуры, что обеспечивает более эффективную теплопроводность, чем металлические компоненты при высоких температурах.
Помимо того, что стержни из карбида кремния служат основным электрическим нагревательным элементом для туннельных печей, роликовых печей, стеклоплавильных печей, вакуумных печей и других различных нагревательных устройств, они также могут работать с передовыми автоматизированными электронными системами управления для достижения точного поддержания постоянной температуры и выполнения криволинейной автоматической регулировки температуры в соответствии с конкретными требованиями производственного процесса.
3. Анализ применения стержней из карбида кремния
Хотя стержни из карбида кремния имеют много преимуществ, которых нет у металлических электрических нагревательных элементов, их использование ограничено из-за более высокой цены по сравнению с металлическими термоэлектрическими материалами, которые обычно используются при температуре ниже 1000°C. Стержни из карбида кремния чаще используются в экстремальных рабочих условиях, где металлические термоэлектрические материалы не подходят.
Применение стержней из карбида кремния
· Промышленное печное оборудование: Стержни из карбида кремния могут использоваться в качестве нагревательных элементов, очагов и литейных форм для различных электрических печей в таких отраслях, как металлургия и производство.
· Электронная промышленность: Во время процесса термообработки материалов, таких как полупроводники, стержни из карбида кремния могут обеспечивать точно контролируемую высокотемпературную среду для удовлетворения строгих технических требований.
· Подготовка магнитных материалов: Стержни из карбида кремния часто используются для спекания и отжига магнитных материалов, при этом их чрезвычайно высокая температурная стабильность обеспечивает производительность и качество магнитных материалов.
· Керамическая и стекольная промышленность: стержни из карбида кремния могут эффективно поддерживать постоянную высокую температуру, необходимую во время подготовки, обеспечивая равномерный нагрев заготовки, что улучшает качество продукта.
· Научные исследования: Стержни из карбида кремния хорошо подходят для экспериментальных сред, требующих строгого контроля изменений температуры.
Кроме того, стержни из карбида кремния показали большой потенциал в применении в таких областях, как медицина, пищевая промышленность, экологический мониторинг, благодаря своим отличным характеристикам в химических, механических, оптических и других свойствах.
4. Резюме
В высокотемпературных промышленных процессах непрерывная работа печей особенно зависит от долговечных материалов, чтобы минимизировать время простоя и максимизировать возврат инвестиций. Поэтому термоэлектрические материалы должны быть высокоспециализированными и иметь отличные характеристики, чтобы соответствовать различным типам печей. Стержни из карбида кремния являются идеальным выбором для высокотемпературных термоэлектрических материалов. С непрерывным ростом мировой экономики и развитием процесса индустриализации рынок применения стержней из карбида кремния стабильно расширяется.
