Tubo protettivo a termocoppia NBSiC
Il carburo di silicio legato con nitruro di silicio (Si₃N₄‑legato SiC) è un materiale poroso che offre un'eccezionale resistenza agli shock termici, rendendolo particolarmente adatto per applicazioni che comportano frequenti cicli di avvio/spegnimento del forno e rapide fluttuazioni di temperatura. La sua temperatura massima di servizio continuo è di 1.450 °C e fornisce una soluzione economicamente vantaggiosa per un'ampia gamma di forni per trattamento termico a temperature medio-alte.
Il materiale viene prodotto mescolando granuli di carburo di silicio con polvere di silicio metallico, che viene poi formata, essiccata e deparaffinata. Il corpo verde viene sinterizzato in un'atmosfera di azoto di elevata purezza a 1400–1500 °C. Durante questo processo, le particelle di SiC agiscono come uno scheletro, mentre il silicio metallico reagisce in situ con l'azoto per formare Si₃N₄ come fase di legame. Questa fase di nitruro incapsula saldamente e collega i grani di SiC, creando una struttura tubolare integrale. Il processo è caratterizzato da un ritiro molto basso, da un'elevata precisione dimensionale e da un'ottima resa produttiva. I tubi risultanti presentano una porosità moderata, un'eccezionale resistenza agli shock termici e sono particolarmente adatti per la produzione in grandi volumi di guaine di protezione per termocoppie.
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Materiale | SiC legato a Si₃N₄ |
| Purezza del SiC | 73% – 75% |
| Temperatura massima di servizio | 1450°C |
| Densità apparente (g/cm³) | 2,70 – 2,80 |
| Porosità apparente | 8% – 28% |
| Resistenza alla flessione a temperatura ambiente (MPa) | 25-160 |
| Resistenza alla flessione a 1400 °C (MPa) | 20 – 140 |
| Modulo elastico (GPa) | 220 – 240 |
| Conduttività termica a 1000 °C (W/m·K) | 19 – 20 |
| Coefficiente di dilatazione termica (*10⁻⁶/°C) | 4.5 – 5.1 |
| Resistenza agli shock termici | Da eccellente a eccezionale |
| Gamma di diametri esterni standard | Φ20 – 90 mm (sistema metrico) |
| Gamma di diametri interni standard | Φ8 – 70 mm (sistema metrico) |
| Intervallo di lunghezza standard | Fino a 1100 – 1600 mm |
| Resistenza alla corrosione acida/alcalina | Moderare; non resistente ai sali fusi fortemente ossidanti o agli alcali forti |
| Grado di tenuta al gas | Superficie densa/porosa; richiede un rivestimento interno in allumina per applicazioni a tenuta di gas |
| Vantaggio chiave | Resistenza ai cicli termici migliore della categoria, elevata redditività e ampia disponibilità di grandi diametri |
| Applicazioni consigliate | Forni per trattamento termico con frequenti variazioni di temperatura, forni intermittenti, forni di sinterizzazione di grandi dimensioni, ambienti moderatamente corrosivi |
| Limitazione d'uso | Per condizioni altamente corrosive, si consiglia un tubo a doppia parete; da non utilizzare in bagni alcalini forti o zinco/piombo fuso |
I tubi di protezione SiC legati con Si₃N₄ sono ampiamente utilizzati nei processi industriali che richiedono robuste prestazioni di shock termico, come nei forni di tipo batch, linee di ricottura continua, apparecchiature di sinterizzazione su larga scala e forni per ceramica. Vengono utilizzati anche nel trattamento termico dei metalli, nella fonderia e in altre applicazioni a temperature medio-alte in cui costi e durata sono considerazioni chiave. Tuttavia, per atmosfere contenenti alcali forti, sali fusi aggressivi o zinco/piombo fuso, è necessario applicare schemi di protezione alternativi (ad esempio, design a doppia parete con rivestimenti in allumina) per garantire una durata di servizio affidabile.
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