RSiC vs SiSiC vs Si3N4 結合 SiC 熱対保護チューブ:適切な材料をどのように選ぶか?

熱対保護管は高温産業用温度測定システムの重要な部品です.

熱対センサーは

• 高温酸化
• 腐食性ガス
• 溶けた材料
• 熱ショック
• メカニカルダメージ

セラミック保護管材料の中で,シリコンカービッドベースのセラミックは,その優れた性能のために広く使用されています.

• 高温安定性
• 熱伝導性
• 熱ショック耐性
• 化学腐食耐性

しかし,すべてのシリコンカービッド保護管は同じ性能ではありません.

一般的に用いられる材料は以下の3つです.

• 再結晶化シリコンカービッド (RSiC)
• 反応結合シリコンカービッド (SiSiC/RBSC)
• シリコンナイトライド結合シリコンカービッド (Si3N4-SiC)

各材料は以下の点で異なる利点があります.

• ガスの密度
• 最大使用温度
• 熱ショック耐性
• 耐腐食性
• 機械的強度

適切な材料を選択するには 実際の操作条件を理解する必要があります

再結晶化シリコンカービードは,シンタリング添加物や結合剤なしで高純度SiC粒子を用いて製造される.

シンテリング中に,約:

2200〜2400°C

微細なSiC粒子は蒸発コンデンサス結合を経て 高純度セラミック構造を形成する.

典型的な特性:

RSiCは以下の温度で安定した性能を維持する.

1650°C

適用されるのは:

• ガラスの溶融炉
• 高温燃焼炉
• 金属加工
• 硫黄を含む煙草ガス環境

RSiCには以下が含まれています

• 高度のSiC純度
• 自由シリコン相がない
• 金属結合段階がない

優れた耐性がある

• 酸化する大気
• 硫黄化合物
• 高温腐食性ガス

次の組み合わせ:

• 低熱膨張
• 熱伝導性が良さ
• 軽量構造

RSiCチューブが急速な温度変化に耐えられるようにします

制御された毛孔構造のため

• ガスの透透性がある
• 完全密封は保証できない

したがって,RSiCは以下では推奨されません.

• ガス密度測定システム
• カーナーなしの貴金属熱電偶保護

Pt-Rh熱対では,通常,アルミニウム内管を追加する必要があります.

反応結合シリコンカービードは,溶けたシリコンを孔状のSiC炭素体に浸透させることで製造される.

シリコンは炭素と反応して二次シリコンを形成し,残ったシリコンは毛穴を埋めます

密集した構造を作り出し 毛孔がほぼゼロになります

典型的な特性:

SiSiCの最大の利点は

ほぼゼロのオープンポロ性

この規定は次のとおりです.

• 優れたガス密封
• 大気への侵入防止
• 安定した熱対測定

特に適しているのは:

• 大気炉
• ガス分析システム
• 制御された大気熱処理

SiSiC は以下のようなものを提供します

• 高密度
• 高屈強度
• 卓越した寸法精度

典型的な屈曲強度:

260~300 MPa 室温で

機械的な耐久性を要求する用途に適しています

高熱伝導性が向上します

• 熱伝達効率
• 温度応答速度
• 測定精度

主な制限は

構造には自由のシリコンが含まれているからです

• 最大温度は制限されています
• 酸化抵抗は RSiC より低い
• 溶けた金属環境がシリコン相を攻撃する

したがって,SiSiCは通常以下のような連続操作では推奨されません.

1400°C

シリコンナイトリド結合シリコンカービードは,シリコン粉末をシントリング中に窒素と反応させることで生成される.

Si3N4相はSiC粒間の結合ネットワークを形成する.

典型的な特性:

この材料は下記の条件で 非常に良い性能を持っています:

• 速熱
• 速冷
• 常連のオーブンサイクル

広く使用されているのは:

• 断続型炉
• 熱処理炉
• 陶器製の火付けシステム

シリコンナイトリド結合相は,次のものを提供する.

• 低収縮
• 安定した構造
• 優れた製造精度

高純度RSiCまたは密度のSiC材料と比較して:

Si3N4-SiCは以下を提供する.

• 生産コストの低下
• 大規模な能力
• 全体的な業績バランスが良い

SiSiCと比較して:

• ガスの密度が低い

RSiCと比較して:

• 最大温度能力が低い

下記では推奨されません.

• 強いアルカリ性環境
• 溶けた塩への曝露
• 極めて腐食性の高い大気

✓温度が1500°Cを超えると

✓ 酸化抵抗性が非常に重要です

✓ 硫黄 を 含ん だ ガス が 存在 し て い ます

✓ 熱ショック耐性が必要

典型的な用途:

• ガラスの溶融炉
• 燃焼炉
• 高温化学システム

✓ ガスの密度は優先事項です

✓ 熱電偶の保護には 密封が必要です

✓ 大気の制御が重要です

典型的な用途:

• 大気炉
• ガス分析装置
• 熱処理システム

✓ 熱循環が頻繁に起こります

✓ 費用効率が重要

✓ 大径のチューブが必要

典型的な用途:

• 陶器用オーブン
• 断続炉
• 熱処理装置

シリコンカービッド熱対保護管の材料は 唯一 ベストではない.

最適な選択は,操作環境に依存します.

• RSiCは最高温度耐性と耐腐蝕性を備えています
• SiSiCはガス密度と機械強度が最高です
• Si3N4結合のSiCは熱ショック耐性とコスト効率が優れている.

信頼性の高い熱電偶保護のために,エンジニアは以下を評価する必要があります.

• 動作温度
• オーブンの空気
• ガス透透性要件
• 熱循環頻度
• 腐食状態

適切なSiC材料を選択すると,熱電偶の寿命,測定精度,炉の動作信頼性が著しく向上します.

• 再結晶化シリコンカービッド (RSiC) の熱対保護管
• 反応結合シリコンカービッド (SiSiC) の保護管
• シリコンナイトリド結合シリコンカービッドチューブ
• 圧力をかけないシリコンカービッド (SSiC) 部品