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硅碳棒发热原理



多数硅碳棒使用者,在采购及使用硅碳棒时,只对自己要采购的硅碳棒规格价格以及使用寿命感兴趣,从而对硅碳棒的本身性能及发热原理知之甚少,今天我就从硅碳棒的生产制造到硅碳棒的使用及使用中对硅碳棒的寿命影响,做以说明,以便大家更深入的了解硅碳棒,是大家在日后的使用中,让硅碳棒更好的为大家服务

一.首先我介绍下硅碳棒的性质

硅碳棒是用高纯度绿色六方碳化硅为主要原料,碳化硅有遇热有再次组合结晶的性能特性,硅碳棒生产厂家,按照自己厂子的配比购进碳化硅后,按一定料比加工制作成管状坯体,经2200℃以上高温烧结,是碳化硅再结晶,内部再次呈现网状成品的棒体、硅碳棒的发热原理是通过硅碳棒棒体的碳化硅结晶粒连接从而导通了通过棒体的电流,通过结晶体的电流与导通电流的结晶体的摩擦产生了热量,随着使用时间的增加,内部网状结晶粒结构的减少,导通电流的性能下降,从而发热量也逐步减小,俗称硅碳棒自然老化,若想继续保持硅碳棒表面的热量,就需增加通过棒体的电流量,(就会出现耗能大,供热量小的现象)所以碳化硅的再次结晶的多少直接影响了硅碳棒的使用性能及质量。

有此原理说明硅碳棒棒体在烧制时,温度是关键因素,如果温度过低,生胚硅碳棒管柱体中的碳化硅就不能充分的再次结晶,行内俗称的夹生棒,物理特性和正常棒没什么区别,只是棒体截面有黑状,这样的棒,在使用中,呈现棒体发热不匀,棒体表面亮度有处亮有处暗,引起棒体通过电流不匀,从而影响使用寿命,再则就是温度过高,生产出来的棒,行内俗称过火棒或者说是高温棒,高温棒提前碳化,脆性高硬度相对也大,眼观棒体表面粗糙,是因为生产时炉内温度过高,管状胚体中,细小成分的碳化硅被高温气化蒸发,截面直观的看,好像结晶很好光亮度也好,其不知已经碳化,硅含量已经削弱,使用性能及寿命还不敌低温棒,为什么会这样,得从硅碳棒的导电发热原理说起,,硅碳棒为半导体,硅碳棒为什么能导通电流哪,再次给大家普及硅碳棒的发热原理,电流是通过硅碳棒棒体内的碳化硅结晶粒之间的网状链接导通了通过的电流。

了解了这个,大家就对低温棒和高温棒为什么在硅碳棒行业内被列为次品的原因了(低温棒是硅碳棒棒体内的碳化硅没有充分的再次结晶从而影响了通过棒体的电流,高温棒是硅碳棒棒体内的细小碳化硅被提前气化蒸发,减少了硅碳棒内部的碳化硅再次结晶粒的量从而也影响了通过硅碳棒棒体的电流,

为什说相比之下,高温棒还不如低温棒的使用性能哪,是因为低温棒在使用时遇到棒体自身的高温度时。棒体内没有完全结晶的碳化硅再次结晶,结晶粒再次链接,导通通过的电流,只是会引起棒体局部电流不匀,影响到此相电压电流与它相不符,而高温棒在生产中,提前消耗了碳化硅在棒体内的结晶量,所谓的提前碳化,通俗的讲,提前透支了硅碳棒的使用寿命,

那么这样采购与使用才能是硅碳棒充分的发挥其性能哪,首先的标准生产工艺固然重要,还需客户在使用过程中尽量避免如下原因

使用温度②表面负荷密度③炉内处理物的气氛及材料④炉子运行方式接线方法的不同而有所不同,都有关系

具体说明如下

①硅碳棒温度越高寿命越短。特别是在炉膛温度超过1400C以后(SHSL型,而螺旋棒在1600C),氧化速度加快,硅碳棒的使用寿命变短,所以请尽量不要让硅碳棒表面温度过高,即有必要缩小炉膛温度与硅碳棒温度之差。

②表面负荷密度指棒的发热部单位表面积所允许承载的额定功率。

表面负荷密度=额定功率(W) 1发热部表面积( cm2)

实践证明:负荷密度大则发热体表面温度与炉膛温度之差也大。负荷密度大则棒体表面温度高,电阻增长快,SIC棒的寿命短。因此,硅碳棒表面温度负荷密度、炉内气氛、温度与SIC 棒老化速度成正比,与SIC棒的寿命成反比。

就已经生产时有与硅碳棒内的化硅管状非金属高温电热元件。氧化性气氛中正常使用温度可达1450℃,连续使用可达2000小时左右

二.物理性质

元件质地:硬而脆,耐急冷急热,高温下不易变形,其它物理性能如下:

导热系数:20大卡/米·小时·度。

线膨胀系数:5×10-6m/℃)。

三.化学性质

硅碳棒有良好的化学稳定性,抗酸能力强。在高温条件下碱性物质对其有侵蚀作用。

硅碳棒元件在1000℃以上长期使用能与氧气和水蒸气发生如下作用:

SiC+2O2→SiO2+CO2 ②SiC+4H2O=SiO2+4H2+CO2

致使元件中SiO2含量逐渐增多,电阻随之缓慢增加,为之老化。如水蒸气过多,会促进SiC氧化,由②式反应产生的H2与空气中的O2结合H2O再反应产生恶性循环。降低元件寿命。氢气(H2)能使元件机械强度降低。氮气(N2)在1200℃以下能防止SiC氧化1350℃以上与SiC发生反应,使SiC分解氯气(Cl2)能使Sic完全分解。

四.硅碳棒的阻抗特性

硅碳棒是一种非金属电热元件,其电阻率的变化随温度的变化而改变,并且电阻率的变化呈非线性.我国传统工艺制造的硅碳棒电阻率随温度变化存在一个800度的拐点.硅碳棒的电阻特性是电阻率在室温时电阻率将很大,随着温度的升高电阻率迅速降低,到800摄氏度时电阻率最低,而后随着温度继续升高,电阻率缓慢升高,并且随温度的升高电阻率升高愈大.硅碳棒的电阻测定是采用专用的电器检测设备测高温电阻的,不做常温测定,如果采用万用表等仪器测量,误差很大,因而硅碳棒在温度较低时(20摄氏度)电阻率数值具有不确定性.碳棒有较大的电阻率,在空气中加热部表面温度1100℃时,电阻率为0.0735-0.6852Ωm/mm2,硅碳棒的电阻随温度升高而呈非线性变化.硅碳棒在通电发热过程中,其电阻率随着温度的不同而呈非线性变化。在室温至800°C(国产硅碳棒),随着温度的升高电阻率迅速减小,在800°C时达到最低值,随着温度进一步升高,其电阻率开始增大,并且增加的幅度愈来愈高。硅碳棒的最高使用温度不能超过1450°C,使用温度超过此值硅碳棒将快速老化,使用寿命将受到严重影响。硅碳棒在使用过程中电阻值将缓慢增大,当其电阻值增大到开始使用时阻值的四倍时,即硅碳棒寿命终结。

四,硅碳棒安装

1、硅碳棒质地硬而脆,受到剧烈震动和撞击容易断裂。因此运输时要格外小心,搬运时要轻拿轻放。

2、硅碳棒发热部的长度应该等于炉膛的宽度。如果发热部伸入炉墙内,容易烧损炉墙。

3、硅碳棒冷端部的长度应该等于炉墙厚度加上冷端伸出炉墙的长度。一般冷端部伸出长度为50150mm,以便冷却冷端部及连接卡具。

4、穿硅碳棒的炉子的内径应是冷端部外径的1.41.6倍,炉孔过小或孔内填充物塞得过紧,高温时会阻碍硅碳棒自由伸缩而导致断棒。安装时,应该使硅碳棒能够自由转动360度。

5、硅碳棒与被加热物及炉墙的距离应大于或等于发热部直径的3倍。硅碳棒与硅碳棒之间的中心距应不小于其发热部直径的4倍。

6、硅碳棒冷端部与主电路用铝辫或铝箔连接。冷端部的夹具要卡紧。

7、新建炉或长时间不使用的电炉在使用前要进行烘炉,应采用旧棒或其它热源烘炉。

8、硅碳棒存放时要防止受潮。因为受潮后容易使冷端部铝层分解、脱落,导致冷端部与卡具接触电阻增大,而且硅碳棒通电后容易崩裂。

9、硅碳棒在使用前要进行配阻。先阻值相同或接近的硅碳棒连接在一起。

10、为硅碳棒配备调压装置。送电初期电压为其正常工作电压的一半,稳定一段时间以后再逐渐提高电压。这样硅碳棒就不会因为急剧升温而导致断裂。

11、硅碳棒连续使用寿命长;间断使用寿命短。

12、硅碳棒使用时要选择合理的表面负荷密度和使用温度。使用温度应不大于1650;在有害气体环境中使用更要防止硅碳棒与有害气体发生化学反应。

13、更换硅碳棒时,应选用和炉内运行的硅碳棒的电阻相接近的硅碳棒,必要时更换整炉硅碳棒,这样有利于提高硅碳棒的使用寿命,卸不来的硅碳棒,如果电阻值合适,还可以在电炉运行中后期换上使用。

14、防止硅碳棒溅上熔融金属,溅上熔融金属容易导致断棒。

15、防止碱、碱土金属和碱性氧化物腐蚀硅碳棒。

16、经常观察电流表、电压表及温度表的读数是否正常;冷端部夹具是否松运、氧化发黑或打火;硅碳棒是否断裂;硅碳棒发热部红热是否均匀

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