Éléments chauffants en carbure de silicium

Le carbure de silicium (SiC) est une substance extrêmement dure et cristalline que l'on ne trouve à l'état naturel qu'en quantités très limitées, comme la pierre précieuse moissanite. La plupart des carbures de silicium sont aujourd'hui produits synthétiquement dans des fours à arc électrique utilisant des mélanges de sable siliceux et de coke de carbone comme matières premières.

Les éléments chauffants en carbure de silicium de Globar sont conçus pour être utilisés dans les fours électriques à haute température et autres équipements de chauffage électrique utilisés par les industries des matériaux magnétiques, de la céramique, du verre et de la métallurgie des poudres. Ils se caractérisent par leur résistance à la corrosion et à l'oxydation à des températures de fonctionnement élevées ainsi que par leur longue durée de vie avec une déformation minimale, tout en étant faciles à installer et à entretenir.

Dureté

Le carbure de silicium peut supporter des températures élevées tout en restant mécaniquement sain, ce qui en fait le matériau idéal pour les fours industriels et le renforcement des gilets pare-balles et des plaques de céramique, en raison de sa dureté, de sa solidité et de sa résistance aux chocs thermiques exceptionnelles.

Le carbure de silicium produit industriellement peut être créé par diverses techniques, notamment le frittage, la liaison par réaction, la croissance cristalline et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Le carbure de silicium offre une combinaison exceptionnelle de faible densité, de rigidité, de dureté et de résistance à l'usure, ainsi que de résistance à la corrosion et aux produits chimiques, et une excellente conductivité thermique. En outre, il constitue un isolant électrique exceptionnel, largement utilisé dans des applications telles que les réfractaires, les systèmes de chauffage par résistance, les allumeurs de flamme et les composants électroniques.

En raison de son excellente durabilité, le carbure de silicium peut être utilisé dans de nombreuses applications, notamment dans les fours de frittage. Toutefois, sa longévité peut être affectée par l'oxydation ; pour augmenter cette longévité, il doit d'abord être conditionné par des traitements spéciaux avant d'être utilisé, comme l'application de couches de disiliciure de molybdène sur sa surface pour augmenter la surface et renforcer sa capacité à résister à l'oxydation pour une meilleure résistance à la corrosion et à l'oxydation pour une durée de vie plus longue sur des périodes de temps et à des températures plus élevées. Cela permet de créer des éléments plus durables et plus fiables, capables de résister à des températures plus élevées pour des durées de fonctionnement plus longues, ainsi qu'à des environnements à température plus élevée et à des périodes plus longues sans problème.

Résistance à la corrosion

Le disilicide de molybdène (MoSi2) et le carbure de silicium (SiC) sont des matériaux très recherchés pour la production d'éléments chauffants à haute température, en raison de leurs excellentes propriétés de résistance à l'oxydation qui leur permettent de former des couches de silice protectrices contre les environnements nocifs et d'allonger la durée de vie des éléments.

La résistance à la corrosion fait partie intégrante de la durabilité dans les environnements industriels. Un degré élevé de résistance à la corrosion contribue à protéger les éléments chauffants contre l'usure qui pourrait autrement provoquer une défaillance prématurée due à l'abrasion et à l'usure, ce qui permet d'éviter la fragilité ou la défaillance et de prolonger leur durée de vie utile.

Le carbure de silicium est un composé cristallin extrêmement dur et dense de silicium et de carbone. Produit synthétiquement, ce matériau est utilisé dans des applications allant des papiers de verre et des outils de coupe aux substrats semi-conducteurs pour les diodes électroluminescentes (DEL). Les applications de traitement thermique utilisent souvent des pales de four en carbure de silicium, des supports de plateaux de gaufrettes ou des éléments chauffants à résistance pour les fours électriques.

Le carbure de silicium vieillit en fonction de sa température de fonctionnement et de la quantité d'énergie dissipée, la plupart des fabricants fournissant des estimations basées sur la puissance maximale de sortie sur une période prolongée. La formation de films de silice à sa surface contribue également à son vieillissement, bien que les techniques de soudage spécialisées qui scellent un élément avec un revêtement conducteur puissent empêcher la formation de ce film corrosif.

Conductivité thermique

La conductivité thermique des matériaux dépend à la fois de leur composition moléculaire et de la distance parcourue par la chaleur. La conductivité thermique est d'autant plus grande qu'il y a d'atomes ou de molécules plus proches les uns des autres dans une zone et que les distances entre les atomes ou les molécules sont plus courtes, ce qui oblige ces derniers à se déplacer.

Le carbure de silicium présente une conductivité thermique élevée, ce qui en fait un excellent choix de matériau pour les éléments chauffants. En effet, le carbure de silicium possède la conductivité la plus élevée parmi les matériaux céramiques fabriqués industriellement ; en outre, sa durée de vie dépasse deux décennies en utilisation continue.

Dès qu'un élément chauffant commence à fonctionner, l'énergie électrique est transformée en chaleur par la loi de Joule : W = I2R (où la puissance est exprimée en watts, le courant en ampères et la résistance en ohms). Il en résulte une augmentation de la température proportionnelle à la tension appliquée - un chauffage plus rapide signifie donc une tension plus élevée !

Mais il est important de garder à l'esprit que la structure métallurgique des éléments en carbure de silicium peut changer au fil du temps, ce qui a une incidence sur leur durabilité. L'oxydation aux joints de grains des carbures de silicium peut provoquer une érosion qui conduit à la formation d'un film de silice qui réduit la résistance tout en raccourcissant la durée de vie ; une autre façon dont la durabilité peut être affectée est sa capacité à gérer des applications cycliques.

Durabilité

Le carbure de silicium est un matériau extrêmement résistant, capable de supporter des températures élevées, ce qui en fait le matériau idéal pour les éléments chauffants à haute température. En outre, cette durabilité permet de prolonger sa durée de vie et de réduire les coûts de maintenance, deux facteurs qui jouent un rôle crucial dans l'efficacité et les économies d'une solution de chauffage à long terme.

Le carbure de silicium se distingue par sa durabilité exceptionnelle grâce à sa résistance à l'abrasion et à son faible taux de dilatation thermique ; ces caractéristiques permettent aux éléments en carbure de silicium de supporter des charges plus élevées que leurs homologues métalliques, même à des températures élevées.

Le carbure de silicium présente de nombreux avantages qui en font un excellent choix pour les applications de chauffage électrique telles que celles que l'on trouve dans les fours et autres processus industriels à haute température. Le carbure de silicium est un choix économique et durable par rapport au disiliciure de molybdène (MoSi2), qui est également couramment utilisé comme élément chauffant.

Keith Company utilise des éléments en carbure de silicone dans un grand nombre de ses fours et étuves électriques pour faciliter le chauffage, par exemple dans les fours de grande largeur ou de grande longueur qui ne peuvent pas accueillir d'éléments métalliques. Ils sont capables de supporter des températures de fonctionnement et des charges en watts plus élevées que les éléments en MoSi2, tout en restant faciles à remplacer lorsqu'ils sont chauds.