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加热元件常用材料

加热元件材料属性将选择范围缩小到几种材料。最常见的材料是镍铬合金、铁铬铝合金、硅化钼和碳化硅。这些材料可以在高温下工作,因为它们具有抗高温氧化的能力。另一组由石墨、钼、钨和钽组成。这些材料在高温下被氧化,通常用于真空或无氧炉中。


镍铬(Ni-Cr)合金


由于其延展性、高电阻率和抗氧化性,即使在高温下,这种材料也是使用最广泛的加热元件材料之一。镍铬合金最常见的成分是80/20或80%镍和20%铬。其他成分取决于制造商。由于其高延展性,当用作加热元件时,它通常被拉成一根线。显示此特性的常见应用是热线泡沫切割机。镍铬丝的最高加热温度约为1100至1200°C。


Fe-Cr-Al合金


这种铁素体Fe-Cr-Al合金的化学成分通常为20%-24%的铬,4-6%的铝和多余的铁。与镍铬合金相比,铁铬铝合金加热器具有灵活性和重量轻的特点。它们还可以生产比镍铬线更高的温度,约1300至1400°C。由于铁是基底金属,这种合金的价格波动小于镍铬合金,镍铬合金主要由镍组成。使用Fe-Cr-Al合金的缺点是其强度在较高温度下会降低。

铁铬铝合金可以通过一种称为粉末冶金的工艺制成更好的合金。在此过程中,铸锭变成粉末并压缩到模具中。然后在温度受控的气氛中进行烧结或热压(热等静压),以在不完全熔化粉末金属的情况下产生冶金结合。将分散体添加到合金混合物中以增强材料的机械性能,从而在较高温度下提供额外的强度和韧性。


二硅化钼(MoSi2)


二硅化钼是一种耐火金属陶瓷(陶瓷-金属复合材料),主要用作发热元件材料。由于其高熔点和良好的耐腐蚀性,是一种理想的高温炉材料。硅化钼加热元件是通过机械合金化、燃烧合成、冲击合成和热等静压等各种能源密集型工艺生产的。

加热器可达到1900°C的加热温度。使用硅化钼的缺点是其韧性低,在环境条件下具有高温蠕变。它在室温下易碎,需要非常小心地处理。在约1000°C的脆-韧性转变温度下可获得较高的韧性。另一方面,较高的蠕变率将导致加热元件在高温下容易变形。最常见的MoSi2元件类型是双柄发夹式设计,通常悬挂在熔炉顶部,位于熔炉壁周围。其他形状通常与陶瓷绝缘成型器结合使用,以提供机械支撑和绝缘,作为集成封装。


碳化硅(SIC)


这是一种陶瓷,通过在2100°C以上的温度下对SiC晶粒进行再结晶或反应粘合而成。SiC加热元件是一种多孔体(通常为8-25%),其中炉内气氛可以通过材料的横截面进行反应。整个加热元件可能会逐渐氧化,这将导致元件的电阻特性随时间增加(通常称为“老化”)。通常需要一个可变电压电源,通过逐渐保持元件所需的功率输出,在元件的使用寿命期间增加元件的电压。这种老化最终会限制加热元件的寿命和性能。

碳化硅具有许多特性,适合制造适用于极高工作温度的加热元件。这种陶瓷没有液相。这意味着元件在任何温度下都不会因蠕变而下垂或变形,且炉内无需支撑。碳化硅在约2700°C的温度下直接升华。此外,它对大多数工艺流体具有化学惰性,具有高硬度和低热膨胀系数。SiC加热器可达到约1600至1700°C的加热温度。


石墨


石墨是一种由碳组成的矿物,其中的原子呈六角形排列。这种矿物,也是它的合成形式,是一种良好的导热体和导电体。石墨可在2000°C以上的温度下产生热量


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