Elektrotermal malzemeler, elektrik enerjisini termal enerjiye dönüştürebilir ve dirençli ısıtma elemanları üretmek için kullanılır, bu elemanlar endüstriyel ve sivil ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır. Yüksek sıcaklık işlemleri alanında, aşırı çalışma koşulları altında operasyonlar sürekli artmakta ve elektrotermal malzemelerin seçimi kritik hale gelmektedir. Bu makale, silisyum karbon çubuklarının temel yönlerini, türlerini, özelliklerini, üretiminde kullanılan malzemeleri, uygulama faydalarını ve uygulama analizini incelemektedir.
1. Elektrotermal Malzemelerin Türleri ve Özellikleri
Elektrotermal malzemeler kabaca iki türe ayrılabilir: metal ve metal olmayan.
Metal elektrotermal malzemeler esas olarak nikel bazlı alaşımlar (örneğin nikel-krom tel Ni-Cr) ve demir bazlı alaşımlar (örneğin demir-krom-alüminyum tel Fe-Cr-Al) içerir.
Metal olmayan elektrotermal malzemeler arasında silisyum karbon çubukları, silisyum-molibden çubukları, PTC elektrotermal elemanlar, MoSi2 vb. bulunur.
· Metal elektrotermal malzemeler
Metal elektrotermal malzemeler, iyi termal iletkenlik ve elektrik iletkenliğine sahip oldukları ve şekillendirilmesi kolay oldukları için geleneksel endüstrilerde ve ev aletlerinde elektrikli fırınlar için ısıtma elemanları olarak yaygın bir şekilde kullanılır.
Nikel-krom alaşımlarının maksimum ısıtma sıcaklığı 1150°C, demir-krom alaşımlarının ise 1400°C'dir. Genellikle, çalışma sıcaklığı 1000°C'yi aştığında, buharlaşma, deformasyon ve hatta erime gibi sorunlar ortaya çıkacaktır.
Ayrıca, metal ısıtma elemanlarının oksidasyon hızı nispeten hızlıdır ve sürekli kullanımda kararlılığı ve uzun vadeli etkinliği sağlamak zordur. Dahası, metal ısıtma elemanlarının direnç oranı yüksek sıcaklıklarda artacak ve bu da yüksek sıcaklıklarda termal iletkenliği azaltacaktır.
· Metal olmayan elektrotermal malzemeler
Metal olmayan elektrotermal malzemeler, yüksek sıcaklık direnci, iyi termal kararlılık, korozyon direnci, oksidasyon direnci, yüksek elektrik ısı dönüşüm oranı ve mükemmel mekanik özellikler gibi özelliklere sahiptir.
Bu nedenle, metal olmayan elektrotermal malzemeler, aşırı yüksek sıcaklık ve korozif endüstriyel ortamlarda metal malzemelere göre daha kararlıdır ve yüksek sıcaklık endüstrilerinde elektrikli fırınlar ve deneysel elektrikli fırınlarda, ayrıca havacılık, biyomedikal, otomotiv ve diğer alanlarda geniş uygulama alanı bulmaktadır.
2. Karbon Silikon Malzemeler ve Silisyum Karbür Çubuklarının Avantajları
Silisyum karbür (SiC), silis kumu ve karbon içeren hammaddelerin yüksek sıcaklıkta eritilmesiyle üretilen yeni bir inorganik metal olmayan malzemedir. Yapay olarak sentezlenen silisyum karbür, Amerikalı bilim insanı Edison tarafından 1891'de bir deney sırasında tesadüfen keşfedilmiştir.
Silisyum karbür, yüksek sertlik, yüksek termal iletkenlik, yüksek kimyasal kararlılık, yüksek termal kararlılık ve yarı iletken özellikler gibi birçok avantaja sahiptir. Elektronik cihazlar, aşındırıcılar ve kesici aletler, refrakter malzemeler, havacılık, otomotiv endüstrisi ve diğer ekipmanlar gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Karbon silikon çubukları, ana hammadde olarak yüksek saflıkta yeşil altıgen silisyum karbürden yapılır, istenen şekle hassas bir şekilde formüle edilir ve işlenir, ardından 2200°C sıcaklıkta pişirilerek çubuk şeklinde veya tüp şeklinde metal olmayan yüksek sıcaklık elektrikli ısıtma bileşeni oluşturulur.
Silisyum karbür çubuklarının erime noktası çok yüksektir, oksitleyici bir ortamda çalışma sıcaklığı 1.450°C'ye ulaşabilir ve 2000 saat boyunca sürekli ve kararlı bir şekilde çalışabilir.
Yüksek sıcaklık kararlılığı ve güçlü oksidasyon direnci özelliklerine ek olarak, silisyum karbür çubuklar yüksek aşınma direnci, mükemmel korozyon direnci, hızlı ısınma ve kolay kurulum ve kullanım avantajlarına da sahiptir.
Ayrıca, belirli sıcaklıklarda, silisyum karbür çubukların dirençliliği sıcaklık arttıkça önemli ölçüde azalır, böylece yüksek sıcaklıklarda metal bileşenlerden daha verimli termal iletkenlik sağlar.
Tünel fırınları, silindir fırınları, cam eritme fırınları, vakum fırınları ve diğer çeşitli ısıtma cihazları için çekirdek elektrikli ısıtma bileşeni olarak hizmet etmenin yanı sıra, silisyum karbür çubuklar, gelişmiş otomatik elektronik kontrol sistemleriyle birlikte çalışarak hassas sabit sıcaklık kontrolü sağlayabilir ve belirli üretim süreci gereksinimlerine göre eğri tipi otomatik sıcaklık ayarlaması yapabilir.
3. Silisyum Karbür Çubukların Uygulama Analizi
Silisyum karbür çubuklar, metal elektrikli ısıtma elemanlarının sahip olmadığı birçok avantaja sahip olmasına rağmen, fiyatlarının metal termoelektrik malzemelere göre daha yüksek olması nedeniyle kullanımları sınırlıdır. Metal termoelektrik malzemeler genellikle 1000°C'nin altındaki çalışma sıcaklıklarında kullanılır. Silisyum karbür çubuklar, metal termoelektrik malzemelerin uygun olmadığı aşırı çalışma ortamlarında daha yaygın olarak kullanılır.
Silisyum Karbür Çubukların Uygulamaları
· Endüstriyel Fırın Ekipmanları: Silisyum karbür çubuklar, metalurji ve imalat gibi endüstrilerde çeşitli elektrikli fırınlar için ısıtma elemanları, ocaklar ve döküm kalıpları olarak kullanılabilir.
· Elektronik endüstrisi: Yarı iletkenler gibi malzemelerin ısıl işlem sürecinde, silisyum karbür çubuklar, katı teknik gereksinimleri karşılamak için hassas bir şekilde kontrol edilen yüksek sıcaklık ortamı sağlayabilir.
· Manyetik malzemelerin hazırlanması: Silisyum karbür çubuklar, manyetik malzemelerin sinterlenmesi ve tavlanması için sıklıkla kullanılır ve son derece yüksek sıcaklık kararlılıkları, manyetik malzemelerin performansını ve kalitesini garanti eder.
· Seramik ve cam üretim endüstrisi: silisyum karbür çubuklar, hazırlık sırasında gerekli olan sabit yüksek sıcaklığı etkili bir şekilde koruyabilir, böylece boşluğun eşit şekilde ısınmasını sağlayarak ürün kalitesini artırır.
· Bilimsel araştırma: Silisyum karbür çubuklar, sıcaklık değişikliklerinin titizlikle kontrol edilmesi gereken deneysel ortamlar için uygundur.
Ayrıca, silisyum karbür çubuklar, kimyasal, mekanik, optik ve diğer özelliklerdeki mükemmel performansları nedeniyle tıp, gıda, çevre izleme gibi alanlarda büyük potansiyel göstermiştir.
4. Özet
Yüksek sıcaklık endüstriyel süreçlerinde, fırınların sürekli çalışması, duruş süresini en aza indirmek ve yatırım getirisini maksimize etmek için uzun ömürlü malzemelere özellikle bağımlıdır. Bu nedenle, termoelektrik malzemeler son derece uzmanlaşmış olmalı ve çeşitli fırın türlerine uyacak mükemmel performansa sahip olmalıdır. Silisyum karbür çubuklar bu nedenle yüksek sıcaklık termoelektrik malzemeleri için ideal bir seçimdir. Küresel ekonominin sürekli büyümesi ve sanayileşme sürecinin ilerlemesiyle birlikte, silisyum karbür çubukların uygulama pazarı istikrarlı bir şekilde genişlemektedir.
