RSiC در مقابل SiSiC در مقابل Si3N4 لوله های محافظت ترموپول SiC متصل: چگونه مواد مناسب را انتخاب کنیم؟

لوله های حفاظت از ترموکوپل اجزای حیاتی در سیستم های اندازه گیری دمای صنعتی با دمای بالا هستند.

از حسگرهای ترموپول در برابر:

• اکسیداسیون در دمای بالا
• گاز های خوردکننده
• مواد ذوب شده
• شوک حرارتی
• آسیب مکانیکی

در میان مواد لوله محافظ سرامیکی، سرامیک مبتنی بر کربید سیلیکون به دلیل عالی بودن آنها به طور گسترده ای استفاده می شود:

• ثبات در دمای بالا
• رسانایی حرارتی
• مقاومت به شوک حرارتی
• مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی

با این حال، همه لوله های محافظ کربید سیلیکون به طور یکسان عمل نمی کنند.

سه ماده ی رایج استفاده شده عبارتند از:

• کربید سیلیکون دوباره کریستالیزه شده (RSiC)
• کربیدهای سیلیکونی با واکنش (SiSiC / RBSC)
• کربید سیلیکون با نیترید سیلیکون (Si3N4-SiC)

هر ماده دارای مزایایی متفاوت از نظر:

• فشرده سازی گاز
• حداکثر دمای کار
• مقاومت به شوک حرارتی
• مقاومت در برابر خوردگی
• قدرت مکانیکی

انتخاب مواد مناسب نیاز به درک شرایط عملیاتی واقعی دارد.

کربید سیلیکون بازکریستالیزه شده با استفاده از ذرات SiC با خلوص بالا بدون هیچ گونه افزودنی یا اتصال دهنده سینتر تولید می شود.

در طول سینتر کردن در حدود:

۲۲۰۰­۲۴۰۰ درجه سانتیگراد

ذرات باریک SiC تحت اتصال تبخیر و تهویه قرار می گیرند و یک ساختار سرامیکی با خالصیت بالا ایجاد می کنند.

ویژگی های معمولی:

RSiC عملکرد پایدار را در دمای تا:

1650°C

برای:

• اجاق های ذوب شیشه
• سوختنگاه های با دمای بالا
• فرآوری فلزات گرانبها
• محیط های گاز دود حاوی گوگرد

چون RSiC شامل:

• خالصیت بالای SiC
• فاز سیلیکون آزاد وجود ندارد
• بدون فاز پیوند فلزی

مقاومت فوق العاده ای نسبت به:

• اتمسفر های اکسید کننده
• ترکیبات گوگرد
• گاز های خوردکننده با دمای بالا

ترکیبی از:

• گسترش حرارتی کم
• رسانایی حرارتی خوب
• ساختار سبک

اجازه می دهد که لوله های RSiC در برابر تغییرات سریع دما مقاومت کنند.

به خاطر ساختار منافذ کنترل شده اش:

• نفوذ گاز وجود دارد
• بسته بندی کامل نمی تواند تضمین شود

بنابراین RSiC برای:

• سیستم های اندازه گیری ضد گاز
• حفاظت از ترموپول فلز گرانبها بدون پوشش

برای ترموپول های Pt-Rh، معمولاً یک لوله داخلی آلومینیوم اضافی مورد نیاز است.

کربید سیلیکون با واکنش پیوند یافته با نفوذ سیلیکون ذوب شده به یک بدن سی سی کربن متخلخل تولید می شود.

سیلیکون با کربن واکنش نشان می دهد تا SiC ثانویه را تشکیل دهد، در حالی که سیلیکون باقی مانده منافذ را پر می کند.

این یک ساختار متراکم با تقریباً صفر پووری ایجاد می کند.

ویژگی های معمولی:

بزرگترین مزیت SiSiC این است:

تقریباً پوراسیون باز صفر

این قانون می گوید:

• مهر و موم گاز عالی
• حفاظت در برابر نفوذ اتمسفر
• اندازه گیری ترموکوپل پایدار

به خصوص برای:

• کوره های اتمسفر
• سیستم های تجزیه و تحلیل گاز
• درمان گرما در فضای کنترل شده

SiSiC ارائه می دهد:

• تراکم بالا
• مقاومت انعطاف پذیری بالا
• دقت ابعاد عالی

قدرت خم شدن معمولی:

۲۶۰ تا ۳۰۰ MPa در دمای اتاق

این باعث می شود آن را برای کاربردهایی که نیاز به دوام مکانیکی دارند مناسب کند.

رسانایی حرارتی بالا بهبود می یابد:

• بهره وری انتقال گرما
• سرعت پاسخ دمای
• دقت اندازه گیری

محدودیت اصلی این است:

چون ساختار حاوی سیلیکون آزاد است:

• حداکثر دما محدود است
• مقاومت اکسیداسیون کمتر از RSiC است
• برخی از محیط های فلز ذوب شده ممکن است به مرحله سیلیکون حمله کنند

بنابراین، SiSiC به طور کلی برای کار مداوم در بالا توصیه نمی شود:

1400 درجه سانتیگراد

کربید سیلیکون متصل به نیترید سیلیکون با واکنش پودر سیلیکون با نیتروژن در طول سینتر شدن تولید می شود.

فاز Si3N4 شبکه پیوند بین دانه های SiC را تشکیل می دهد.

ویژگی های معمولی:

اين ماده تحت موارد زير عملکرد فوق العاده خوبي دارد:

• گرم کردن سریع
• خنک شدن سریع
• چرخه های مکرر کوره

به طور گسترده ای در:

• کوره های متناوب
• کوره های درمان گرما
• سیستم های آتش سوزی سرامیکی

فاز اتصال نیترید سیلیکون فراهم می کند:

• کاهش کم
• ساختار پایدار
• دقت تولید خوب

در مقایسه با مواد RSiC با خلوص بالا یا مواد SiC متراکم:

Si3N4-SiC فراهم می کند:

• هزینه تولید پایین تر
• قابلیت اندازه بزرگ
• تعادل عملکرد کلی خوب

در مقایسه با SiSiC:

• فشرده سازی گاز کمتر است

در مقایسه با RSiC:

• حداکثر دمای قابل تحمل کمتر است

توصیه نمی شود برای:

• محیط های قلیایی قوی
• قرار گرفتن در معرض نمک ذوب شده
• اتمسفر های بسیار خوردنی

✓ دمای بالاتر از 1500 درجه سانتیگراد

✓ مقاومت به اکسیداسیون بسیار مهم است

✓ وجود گازهای حاوی گوگرد

✓ مقاومت در برابر شوک حرارتی لازم است

کاربردهای معمول:

• اجاق های ذوب شیشه
• سوختنگاه ها
• سیستم های شیمیایی با دمای بالا

✓ سخت گیری گاز اولویت دارد

✓ محافظت از ترموپول نیاز به مهر و موم دارد

✓ کنترل اتمسفر مهم است

کاربردهای معمول:

• کوره های اتمسفر
• تجهیزات تجزیه و تحلیل گاز
• سیستم های تصفیه گرما

✓ چرخه های گرمایی مکرر رخ می دهد

✓ کارایی هزینه مهم است

✓ نیاز به لوله های قطر بزرگ

کاربردهای معمول:

• کوره های سرامیکی
• کوره های متناوب
• تجهیزات درمان گرما

هیچ ماده ای از لوله های محافظ ترموکوپل کربید سیلیکون وجود ندارد.

انتخاب بهینه بستگی به محیط عملیاتی دارد:

• RSiC بالاترین قابلیت دمایی و مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کند.
• SiSiC بهترین فشرده سازی گاز و قدرت مکانیکی را فراهم می کند.
• Si3N4-binded SiC مقاومت بسیار عالی در برابر شوک حرارتی و بهره وری هزینه را فراهم می کند.

برای حفاظت قابل اعتماد ترموکوپل، مهندسان باید:

• دمای کار
• جو کوره
• الزامات نفوذ گاز
• فرکانس چرخه حرارتی
• شرایط خوردگی

انتخاب مواد مناسب SiC می تواند به طور قابل توجهی طول عمر ترموکوپل، دقت اندازه گیری و قابلیت اطمینان عملکرد کوره را بهبود بخشد.

• لوله های محافظت ترموکوپل کربید سیلیکون (RSiC) دوباره بلور شده
• لوله های حفاظتی کربید سیلیکون (SiSiC) که با واکنش پیوند خورده اند
• لوله های کربید سیلیکون با نیترید سیلیکون
• اجزای کربید سیلیکون سینتر شده بدون فشار (SSiC)