Heizelemente aus Siliziumkarbid

Siliciumcarbid (SiC) ist eine extrem harte und kristalline Substanz, die in der Natur nur in sehr geringen Mengen als Moissanit-Edelstein vorkommt. Das meiste SiC wird heute synthetisch in Lichtbogenöfen hergestellt, wobei als Rohstoffe Mischungen aus Quarzsand und Kohlenstoffkoks verwendet werden.

Globar-Heizelemente aus Siliziumkarbid sind für den Einsatz in Hochtemperatur-Elektroöfen und anderen elektrischen Heizgeräten konzipiert, die in der Industrie für magnetische Materialien, Keramik, Glas und Pulvermetallurgie verwendet werden. Sie zeichnen sich durch eine hohe Betriebstemperaturbeständigkeit gegen Korrosion und Oxidation sowie eine lange Lebensdauer bei minimaler Verformung aus und sind einfach zu installieren und zu warten.

Härte

Siliziumkarbid kann hohen Temperaturen standhalten und bleibt dabei mechanisch stabil, was es aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte, Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit zum idealen Material für den Einsatz in Industrieöfen und als Verstärkung in kugelsicheren Westen und Keramikplatten macht.

Industriell hergestelltes Siliciumcarbid kann durch verschiedene Techniken erzeugt werden, darunter Sintern, Reaktionsbindung, Kristallwachstum und chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Siliciumcarbid bietet eine außergewöhnliche Kombination aus geringer Dichte, Steifigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit sowie Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit und hervorragender Wärmeleitfähigkeit; außerdem dient es als hervorragender elektrischer Isolator, der in großem Umfang in Anwendungen wie feuerfesten Materialien, Widerstandsheizsystemen, Flammenzündern und elektronischen Bauteilen eingesetzt wird.

Aufgrund seiner ausgezeichneten Haltbarkeit kann Siliciumcarbid in zahlreichen Anwendungen, einschließlich Sinteröfen, eingesetzt werden. Seine Langlebigkeit kann jedoch durch Oxidation beeinträchtigt werden. Um die Haltbarkeit zu erhöhen, muss es vor der Verwendung einer speziellen Behandlung unterzogen werden, z. B. dem Aufbringen von Molybdändisilizid-Schichten auf die Oberfläche, um die Oberfläche zu vergrößern und die Oxidationsbeständigkeit zu erhöhen, um die Lebensdauer über längere Zeiträume und Temperaturen zu verlängern. Auf diese Weise entstehen langlebigere und zuverlässigere Elemente, die höhere Temperaturen für längere Laufzeiten sowie höhere Temperaturen und längere Zeiträume ohne Probleme aushalten können.

Korrosionsbeständigkeit

Molybdändisilicid (MoSi2) und Siliciumcarbid (SiC) sind aufgrund ihrer hervorragenden Oxidationsbeständigkeit, die es ihnen ermöglicht, schützende Siliciumdioxidschichten gegen schädliche Umwelteinflüsse zu bilden und die Lebensdauer der Heizelemente zu verlängern, sehr gefragte Materialien für die Herstellung von Hochtemperatur-Heizelementen.

Korrosionsbeständigkeit ist ein wesentlicher Bestandteil der Langlebigkeit in industriellen Umgebungen. Ein hohes Maß an Korrosionsbeständigkeit trägt dazu bei, Heizelemente vor Verschleiß zu schützen, der andernfalls zu einem vorzeitigen Versagen aufgrund von Abrieb und Abnutzung führen könnte, und trägt dazu bei, Versprödung oder Versagen zu verhindern und die Nutzungsdauer zu verlängern.

Siliziumkarbid ist eine extrem harte und dichte kristalline Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff. Dieses synthetisch hergestellte Material wird in Anwendungen eingesetzt, die von Schleifpapieren und Schneidwerkzeugen bis hin zu Halbleitersubstraten für Leuchtdioden (LED) reichen. Bei Wärmebehandlungsanwendungen werden häufig Siliciumcarbid-Ofenpaddles oder Wafer-Tray-Träger oder Widerstandsheizelemente für elektrische Öfen verwendet.

Die Alterung von Siliziumkarbid hängt von der Betriebstemperatur und der über das Element abgeleiteten Leistung ab, wobei die meisten Hersteller Schätzungen auf der Grundlage der maximalen Leistungsabgabe über einen längeren Zeitraum abgeben. Die Bildung von Siliziumdioxidschichten auf der Oberfläche trägt ebenfalls zur Alterung bei, obwohl spezielle Schweißtechniken, die ein Element mit einer leitfähigen Beschichtung abdichten, diese korrosionsfördernde Schicht verhindern können.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit von Materialien hängt sowohl von ihrer molekularen Zusammensetzung als auch von der zurückgelegten Strecke ab, über die sich die Wärme ausbreitet, wobei eine höhere Wärmeleitfähigkeit erreicht wird, wenn mehr Atome oder Moleküle in einem Bereich näher beieinander liegen und die Wege zwischen den Atomen oder Molekülen kürzer sind, so dass sie sich bewegen müssen.

Siliziumkarbid verfügt über eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was es zu einem hervorragenden Material für Heizelemente macht. Siliziumkarbid hat die höchste Leitfähigkeit unter den industriell hergestellten keramischen Werkstoffen; außerdem beträgt seine Lebensdauer im Dauereinsatz mehr als zwei Jahrzehnte.

Sobald ein Heizelement in Betrieb genommen wird, wird die elektrische Energie nach dem Joule'schen Gesetz in Wärme umgewandelt: W = I2R (wobei die Leistung in Watt, der Strom in Ampere und der Widerstand in Ohm gemessen wird). Dies führt zu einem Temperaturanstieg, der proportional zur angelegten Spannung ist - schnellere Erwärmung bedeutet also höhere Spannung!

Es ist jedoch zu bedenken, dass sich die metallurgische Struktur von Siliziumkarbid-Elementen im Laufe der Zeit verändern kann, was sich wiederum auf ihre Haltbarkeit auswirkt. Die Oxidation an den Korngrenzen von Siliziumkarbiden kann zu Erosion führen, die eine Siliziumdioxidschicht bildet, die die Widerstandsfähigkeit verringert und die Lebensdauer verkürzt; eine andere Art der Beeinträchtigung der Haltbarkeit ist ihre Fähigkeit, zyklische Anwendungen zu bewältigen.

Dauerhaftigkeit

Siliziumkarbid ist ein extrem widerstandsfähiges Material, das hohen Temperaturen standhalten kann und somit das ideale Material für Hochtemperatur-Heizelemente ist. Darüber hinaus trägt diese Beständigkeit zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Senkung der Wartungskosten bei - beides Faktoren, die bei der Betrachtung der langfristigen Effizienz und der Einsparungen von Heizlösungen eine entscheidende Rolle spielen.

Siliziumkarbid zeichnet sich durch seine außergewöhnliche Langlebigkeit aus, da es sowohl abriebfest ist als auch eine geringe Wärmeausdehnung aufweist. Diese Eigenschaften ermöglichen es Siliziumkarbid-Elementen, auch bei höheren Temperaturen höheren Belastungen standzuhalten als metallische Gegenstücke.

Siliziumkarbid bietet viele Vorteile, die es zu einer ausgezeichneten Wahl für elektrische Heizanwendungen machen, wie sie in Öfen und anderen industriellen Hochtemperaturprozessen vorkommen. Im Vergleich zu Molybdändisilicid (MoSi2), das ebenfalls häufig als Heizelement verwendet wird, ist Siliciumcarbid eine wirtschaftliche und langlebige Wahl.

Die Keith Company verwendet Siliziumkarbid-Elemente in vielen ihrer elektrisch beheizten Öfen und Brennöfen, die sich leicht beheizen lassen, z. B. in Öfen mit großen oder langen Breiten, die keine Metallelemente aufnehmen können. Sie sind in der Lage, höhere Betriebstemperaturen und Wattbelastungen als MoSi2-Elemente zu bewältigen und lassen sich im heißen Zustand leicht austauschen.