Σωλήνες προστασίας θερμοστοιχείων RSiC έναντι SiSiC έναντι Si₃N₄: Πώς να επιλέξετε το σωστό υλικό;

Οι σωλήνες προστασίας θερμοσύνδεσης αποτελούν κρίσιμα συστατικά στα συστήματα μέτρησης υψηλής θερμοκρασίας.

Προστατεύουν τους αισθητήρες θερμοσύνδεσης από:

• Οξείδωση υψηλής θερμοκρασίας
• Διαβρωτικά αέρια
• Λυτεμένα υλικά
• Θερμικό σοκ
• Μηχανικές ζημιές

Μεταξύ των υλικών κεραμικών σωλήνων προστασίας, οι κεραμικές ύλες με βάση το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της εξαιρετικής τους ποιότητας:

• Σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες
• Θερμική αγωγιμότητα
• Αντίσταση σε θερμικά σοκ
• Αντοχή σε χημική διάβρωση

Εντούτοις, δεν λειτουργούν όλοι οι σωλήνες προστασίας από καρβίδιο του πυριτίου με τον ίδιο τρόπο.

Τρία κοινά χρησιμοποιούμενα υλικά περιλαμβάνουν:

• Επανακρυσταλλωμένο Καρβίδιο Σιλικού (RSiC)
• Καρβιδίου του πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση (SiSiC / RBSC)
• Καρβίδιο του πυριτίου συνδεδεμένο με νιτρικό πυριτίου (Si3N4-SiC)

Κάθε υλικό έχει διαφορετικά πλεονεκτήματα όσον αφορά:

• Σφραγισμός αερίων
• Μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας
• Αντίσταση σε θερμικά σοκ
• Αντίσταση στη διάβρωση
• Μηχανική αντοχή

Η επιλογή του σωστού υλικού απαιτεί κατανόηση των πραγματικών συνθηκών λειτουργίας.

Το επανακρυσταλλωμένο καρβίδιο του πυριτίου παράγεται με τη χρήση σωματιδίων SiC υψηλής καθαρότητας χωρίς πρόσθετα ή συνδετικά.

Κατά τη συγκόλληση σε θερμοκρασία περίπου:

2200~2400°C

Τα λεπτά σωματίδια SiC υποβάλλονται σε σύνδεση με εξάτμιση-συσσωμάτωση, δημιουργώντας μια κεραμική δομή υψηλής καθαρότητας.

Τυπικές ιδιότητες:

Το RSiC διατηρεί σταθερή απόδοση σε θερμοκρασίες έως και:

1650°C

Είναι κατάλληλο για:

• Φούρνοι τήξης γυαλιού
• Μηχανές και συσκευές για την κατασκευή ηλεκτρικών συσκευών
• Επεξεργασία πολύτιμων μετάλλων
• Περιβάλλοντα καπνιστικών αερίων που περιέχουν θείο

Επειδή το RSiC περιέχει:

• Υψηλή καθαρότητα SiC
• Χωρίς ελεύθερη φάση πυριτίου
• Χωρίς μεταλλική φάση σύνδεσης

παρέχει εξαιρετική αντοχή σε:

• Οξειδωτικές ατμόσφαιρες
• Συνθέσεις θείου
• Υψηλής θερμοκρασίας διαβρωτικά αέρια

Ο συνδυασμός:

• Χαμηλή θερμική διαστολή
• Καλή θερμική αγωγικότητα
• Ελαφριά δομή

Επιτρέπει στους σωλήνες RSiC να αντέχουν σε γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας.

Λόγω της ελεγχόμενης πορώδους δομής του:

• Η διαπερατότητα του αερίου υπάρχει
• Η πλήρης σφράγιση δεν μπορεί να εγγυηθεί

Συνεπώς, το RSiC δεν συνιστάται για:

• Συστήματα μέτρησης στεγανότητας αερίου
• Προστασία θερμοσύνδεσης πολύτιμων μετάλλων χωρίς επικάλυψη

Για τα θερμοσύνδετα Pt-Rh, απαιτείται συνήθως ένας πρόσθετος εσωτερικός σωλήνας αλουμινίου.

Το καρβίδιο του πυριτίου που συνδέεται με αντίδραση κατασκευάζεται διεισδύοντας λιωμένο πυρίτιο σε ένα πορώδες σώμα SiC-ανθρακούχου.

Το πυρίτιο αντιδρά με τον άνθρακα για να σχηματίσει δευτερογενές SiC, ενώ το υπόλοιπο πυρίτιο γεμίζει τους πόρους.

Αυτό δημιουργεί μια πυκνή δομή με σχεδόν μηδενική πορώστεια.

Τυπικές ιδιότητες:

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του SiSiC είναι:

Σχεδόν μηδενική ανοικτή πορώσεια

Αυτό προβλέπει:

• Εξαιρετική σφράγιση αερίων
• Προστασία κατά της διείσδυσης στην ατμόσφαιρα
• Μέτρηση σταθερού θερμοσύνδεσμου

Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για:

• Φούρνοι ατμόσφαιρας
• Συστήματα ανάλυσης αερίων
• Ελεγχόμενη θερμική επεξεργασία ατμόσφαιρας

Το SiSiC παρέχει:

• Υψηλή πυκνότητα
• Υψηλή αντοχή στην κάμψη
• Εξαιρετική ακρίβεια διαστάσεων

Τυπική κάμψη:

260~300 MPa σε θερμοκρασία δωματίου

Αυτό το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν μηχανική αντοχή.

Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα βελτιώνει:

• Απόδοση μεταφοράς θερμότητας
• Ταχύτητα απόκρισης θερμοκρασίας
• Ακριβότητα μέτρησης

Οι κύριοι περιορισμοί είναι:

Επειδή η δομή περιέχει ελεύθερο πυρίτιο:

• Η μέγιστη θερμοκρασία είναι περιορισμένη
• Η αντοχή στην οξείδωση είναι μικρότερη από την RSiC
• Ορισμένα περιβάλλοντα λιωμένου μετάλλου μπορεί να επιτεθούν στη φάση του πυριτίου

Συνεπώς, το SiSiC γενικά δεν συνιστάται για συνεχή λειτουργία ανωτέρω:

1400°C

Το καρβίδιο του πυριτίου που συνδέεται με νιτρίδιο του πυριτίου παράγεται από την αντίδραση της σκόνης του πυριτίου με άζωτο κατά τη διάρκεια της συντρίψεως.

Η φάση Si3N4 σχηματίζει το δίκτυο σύνδεσης μεταξύ των κόκκων SiC.

Τυπικές ιδιότητες:

Το υλικό έχει εξαιρετικές επιδόσεις κάτω από:

• Γρήγορη θέρμανση
• Γρήγορη ψύξη
• Συχνός κύκλος του φούρνου

Χρησιμοποιείται ευρέως σε:

• Κούφοι με διαλείμματα
• Φούρνοι θερμικής επεξεργασίας
• Συστήματα πυρκαγιάς από κεραμικά

Η φάση σύνδεσης με νιτρίδιο του πυριτίου παρέχει:

• Χαμηλή συρρίκνωση
• Σταθερή δομή
• Καλή ακρίβεια κατασκευής

Σε σύγκριση με υλικά υψηλής καθαρότητας RSiC ή πυκνούς SiC:

Το Si3N4-SiC παρέχει:

• Λιγότερο κόστος παραγωγής
• Δυνατότητα μεγάλου μεγέθους
• Καλό συνολικό ισοζύγιο επιδόσεων

Σε σύγκριση με το SiSiC:

• Η στεγανότητα του αερίου είναι χαμηλότερη.

Σε σύγκριση με το RSiC:

• Η μέγιστη θερμοκρασία είναι χαμηλότερη.

Δεν συνιστάται για:

• Σημαντικά αλκαλικά περιβάλλοντα
• Έκθεση σε λιωμένο αλάτι
• Εξαιρετικά διαβρωτικές ατμόσφαιρες

✓ θερμοκρασία άνω των 1500°C

✓ Η αντοχή στην οξείδωση είναι κρίσιμη

✓ Υπάρχουν αέρια που περιέχουν θείο

✓ Απαιτείται αντοχή σε θερμικά σοκ

Τυπικές εφαρμογές:

• Φούρνοι τήξης γυαλιού
• Εγκαταστάσεις καύσης
• Χημικά συστήματα υψηλής θερμοκρασίας

✓ Η στεγανότητα των αερίων είναι η προτεραιότητα

✓ Η προστασία του θερμοσύνδεσμου απαιτεί σφράγιση

✓ Είναι σημαντικό να ελέγχεται η ατμόσφαιρα

Τυπικές εφαρμογές:

• Φούρνοι ατμόσφαιρας
• Εξοπλισμός ανάλυσης αερίων
• Συστήματα θερμικής επεξεργασίας

✓ Συχνός θερμικός κύκλος

✓ Η αποδοτικότητα του κόστους είναι σημαντική

✓ Απαιτούνται σωλήνες μεγάλης διαμέτρου

Τυπικές εφαρμογές:

• Κεραμικά φούρνα
• Μετρητές και συσκευές
• Εξοπλισμός θερμικής επεξεργασίας

Δεν υπάρχει ένα μόνο υλικό σωλήνα προστασίας θερμοσύνδεσης καρβιδίου πυριτίου.

Η βέλτιστη επιλογή εξαρτάται από το περιβάλλον λειτουργίας:

• Το RSiC παρέχει την υψηλότερη ικανότητα θερμοκρασίας και αντοχή στη διάβρωση.
• Το SiSiC παρέχει την καλύτερη στεγανότητα αερίων και μηχανική αντοχή.
• Το SiC συνδεδεμένο με Si3N4 παρέχει εξαιρετική αντοχή σε θερμικά σοκ και αποδοτικότητα κόστους.

Για την αξιόπιστη προστασία του θερμοσύνδεσμου, οι μηχανικοί θα πρέπει να αξιολογούν:

• Θερμοκρασία λειτουργίας
• Ατμόσφαιρα του φούρνου
• Απαιτήσεις διαπερατότητας αερίων
• Συχνότητα θερμικού κύκλου
• Συνθήκες διάβρωσης

Η επιλογή του σωστού υλικού SiC μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του θερμοσύνδεσμου, την ακρίβεια της μέτρησης και την αξιοπιστία της λειτουργίας του φούρνου.

• Τύποι προστασίας θερμοσύνδεσης από επανακρυσταλλωμένο καρβίδιο του πυριτίου (RSiC)
• Προστατευτικοί σωλήνες από καρβίδιο του πυριτίου (SiSiC) συνδεδεμένοι με αντίδραση
• Σωλήνες καρβιδίου του πυριτίου συνδεδεμένοι με νιτρικό πυρίτιο
• Συστατικά χωρίς πίεση συσσωματωμένου καρβιδίου του πυριτίου (SSiC)