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碳化硅电热元件,俗称硅碳棒。纯净的碳化硅是电绝缘体,但是不纯净的碳化硅的电阻率会因为内部含有杂质而大幅度降低。作为硅碳棒材料碳化硅是较为常用的,主要用于中高温工业电炉或者实验室电炉内部硅碳棒。

硅碳棒的主要原料是高纯度的SiC,经过2200 ℃高温再结晶制成的非金属发热体,使用温度最高可达到1350℃。它的电阻率随着使用温度和时间而变化。需要注意的一点是:普通碳化硅在经过特殊处理之后,其使用温度会得到一个提升,最高可达1600-1650 ℃,有2000个小时的正常连续使用寿命。硅碳棒的主要优点表现在:第一,较强的热辐射能力,对温度的控制有较高的精确性。第二,在工业应用上,加工形状多种多样,常见的形状有棒状、板状、条状和U形四种。由该材料制备的硅碳棒结构的使用方法包括并联、串联和混联。第三,有较高的性价比,常用作中高温工业电炉以及实验电炉的电热硅碳棒。

但是硅碳棒在使用时,以下几个方面的因素会对其使用寿命产生一定的影响:第一,碳化硅棒体的使用温度;第二,棒体表面的负荷以及炉内的气氛;第三,根据使用方式的不同分为间歇性使用或者连续性使用,都会对其造成影响。温度的过高或者使用方式的不同,均会对碳化硅硅碳棒在更高温度领域的应用产生一定的制约作用。

铬酸斓发热材料
铬酸铜(LaCr03)是一种新型的熔点可达到2490 ℃的高温电炉用加热硅碳棒材料。空气中最高的使用温度为1900 ℃ ,稳定炉内温度可达到1800 ℃。铬酸铜发热体一般的设计形状主要为等直径型、哑铃型和螺纹型,其中应用最广泛的是等直径型。以铬酸铜材料作为发热体的高温电炉可用于众多领域。例如,精密陶瓷烧结会用到以该材料为硅碳棒的电炉。

铬酸铜发热体主要的优点表现在:第一,能够在大气气氛环境中使用温度达到1900 ℃。第二,能够在氧化环境下连续使用3000小时以上。第三,可以作为多种形式电炉的硅碳棒;第四,用铬酸铜硅碳棒制备的电炉炉温能够得到精确的控制,控制精度可在1 ℃以内。

但是该种发热材料同样有一些缺点:第一,在高温环境下,与碱性金属发生反应,某种程度上会破坏铬酸铜材料本身的组织结构,导致无法继续使用;第二,在高温条件下,由于铬酸铜发热体与具有还原性气体如HZ, CO等接触会使金属La3+还原成La从而破坏硅碳棒,所以,在高温条件下是不能与还原性气体相接触的。第三,铬酸铜材料合成工艺和烧结工艺的匹配还存在问题,在密度和热膨胀性两方面的控制上还存在不足,影响了该材料的使用,需要进一步的研究。

氧化错发热体材料
氧化错硅碳棒作为目前国内外使用温度最高的硅碳棒,其可在氧化气氛下使用温度高达20002200 ℃的超高温度。氧化错发热体材料的优点有:第一,高熔点(2700 ℃;第二,在氧化气氛中材料性能稳定;第三,在一定的温度范围内可由绝缘体转变为导电体;第四,可间歇或连续使用。高温下可以连续使用时间可达1000小时,室温到高温2000 ℃范围内间歇使用次数可以达到几百次。因此,氧化错作为一种具有多种优良性能的新型高温发热材料在用作超高温电炉硅碳棒上被广泛地使用。
氧化错硅碳棒通常制作形状有棒状、管状和U型三种。作为硅碳棒时,不能进行单独加热,需要添加保护材料和引入辅助加热装置。由于其有热膨胀曲线复杂、耐热冲性差等较为明显的缺点,所以氧化错材料的发展应用在很大程度上受到了限制。

二硅化钥发热材料
二硅化钥硅碳棒俗称“硅钥棒”,是在一种可以在高温下条件下适用于多种气氛的电阻硅碳棒。主要的应用领域有冶金工业、玻璃、陶瓷、半导体材料和电子电工等工业领域和实验室设备。在国内,影响二硅化钥发热元在电炉中的使用以及导致它应用范围受到限制的主要原因在于:第一,较低的抗弯强度和较差的塑性,加工制作成的硅碳棒的形状简单;第二,室温条件下脆性较高,低温条件下易发生氧化而高温条件下强度较低且容易发生蠕变。目前,二硅化钥发热体材料的改性的技术关键是二硅化钥粉体的制备技术,优化硅碳棒的成形工艺,可以通过合金化和复合化的途径实现。http://www.guitanbang.net.cn/
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