Elementi riscaldanti in carburo di silicio

Il carburo di silicio (SiC) è una sostanza estremamente dura e cristallina che si trova in natura solo in quantità molto limitate come la gemma moissanite. La maggior parte del SiC è oggi prodotta sinteticamente attraverso forni elettrici ad arco che utilizzano come materie prime miscele di sabbia silicea e carbon coke.

Gli elementi riscaldanti in carburo di silicio Globar sono progettati per l'uso in forni elettrici ad alta temperatura e altre apparecchiature di riscaldamento elettrico utilizzate nelle industrie dei materiali magnetici, della ceramica, del vetro e della metallurgia delle polveri. Le loro caratteristiche includono l'elevata resistenza alle temperature di esercizio contro la corrosione e l'ossidazione, nonché una lunga durata con deformazioni minime, oltre alla facilità di installazione e manutenzione.

Durezza

Il carburo di silicio è in grado di resistere alle alte temperature pur rimanendo meccanicamente sano, ed è quindi il materiale ideale per l'uso nei forni industriali e come rinforzo nei giubbotti antiproiettile e nelle piastre in ceramica, grazie alla sua eccezionale durezza, forza e resistenza agli shock termici.

Il carburo di silicio prodotto industrialmente può essere creato attraverso varie tecniche, tra cui la sinterizzazione, l'incollaggio per reazione, la crescita di cristalli e la deposizione chimica da vapore (CVD). Il carburo di silicio offre un'eccezionale combinazione di bassa densità, rigidità, durezza e resistenza all'usura, alla corrosione e agli agenti chimici e un'eccellente conducibilità termica; inoltre, è un eccezionale isolante elettrico utilizzato ampiamente in applicazioni come refrattari, sistemi di riscaldamento a resistenza, accenditori di fiamma e componenti elettronici.

Grazie alla sua eccellente durata, il carburo di silicio può essere utilizzato in numerose applicazioni, tra cui i forni di sinterizzazione. Tuttavia, la sua longevità può essere compromessa dall'ossidazione; per aumentarne la durata è necessario sottoporlo a trattamenti speciali prima dell'uso, come l'applicazione di strati di Disiliciuro di Molibdeno sulla superficie per aumentare l'area superficiale e potenziare la sua capacità di resistere all'ossidazione per una maggiore resistenza all'ossidazione da corrosione e una maggiore durata per periodi di tempo e temperature più lunghi. In questo modo si ottengono elementi più duraturi e affidabili, in grado di resistere a temperature più elevate per aumentare i tempi di funzionamento, nonché ad ambienti con temperature più elevate e per periodi più lunghi senza problemi.

Resistenza alla corrosione

Il disiliciuro di molibdeno (MoSi2) e il carburo di silicio (SiC) sono materiali molto ricercati nella produzione di elementi riscaldanti ad alta temperatura, grazie alle loro eccellenti proprietà di resistenza all'ossidazione che consentono di formare strati protettivi di silice contro gli ambienti nocivi e di prolungare la durata di vita degli elementi.

La resistenza alla corrosione è una componente integrante della durata in ambito industriale. Un alto grado di resistenza alla corrosione aiuta a salvaguardare gli elementi riscaldanti dall'usura che potrebbe altrimenti causare guasti prematuri dovuti all'abrasione e all'usura, contribuendo a prevenire la fragilità o i guasti e a prolungare la loro vita utile.

Il carburo di silicio è un composto cristallino estremamente duro e denso di silicio e carbonio. Prodotto sinteticamente, questo materiale trova impiego in applicazioni che vanno dalle carte vetrate e dagli utensili da taglio ai substrati di semiconduttori per i diodi a emissione luminosa (LED). Le applicazioni di trattamento termico utilizzano spesso pale di forni o supporti per wafer in carburo di silicio o elementi riscaldanti a resistenza per forni elettrici.

Il carburo di silicio invecchia in base alla temperatura di esercizio e alla quantità di potenza dissipata; la maggior parte dei produttori fornisce stime basate sulla potenza massima erogata per un periodo prolungato. Anche la formazione di pellicole di silice sulla superficie contribuisce all'invecchiamento, anche se le tecniche di saldatura specializzate che sigillano un elemento con un rivestimento conduttivo possono prevenire questa pellicola che provoca corrosione.

Conduttività termica

La conducibilità termica dei materiali dipende sia dalla loro composizione molecolare sia dalla distanza percorsa dal calore; una maggiore conducibilità termica si ottiene con un numero maggiore di atomi o molecole situati più vicini tra loro in un'area e con distanze di viaggio più brevi tra gli atomi o le molecole che devono spostarsi.

Il carburo di silicio vanta un'elevata conduttività termica, che lo rende un materiale eccellente per gli elementi riscaldanti. In effetti, il carburo di silicio vanta la più alta conduttività tra i materiali ceramici prodotti industrialmente; inoltre, la sua durata supera i due decenni in caso di uso continuo.

Non appena un elemento riscaldante entra in funzione, l'energia elettrica viene trasformata in calore dalla legge di Joule: W = I2R (dove la potenza è espressa in watt, la corrente in ampere e la resistenza è misurata in ohm). Ciò comporta un aumento della temperatura proporzionale alla tensione applicata: quindi un riscaldamento più rapido significa una tensione maggiore!

Tuttavia, è importante tenere presente che la struttura metallurgica degli elementi in carburo di silicio può cambiare nel tempo, il che a sua volta influisce sulla loro durata. L'ossidazione ai confini dei grani dei carburi di silicio può causare l'erosione che porta alla formazione di pellicole di silice che riducono la resistenza e la durata; un altro modo in cui la durata può essere influenzata è la capacità di gestire applicazioni cicliche.

Durata

Il carburo di silicio è un materiale estremamente resistente in grado di sopportare temperature elevate, il che lo rende il materiale ideale per gli elementi riscaldanti ad alta temperatura. Inoltre, questa resistenza contribuisce a prolungarne la durata e a ridurre i costi di manutenzione, due fattori che giocano un ruolo fondamentale quando si considerano l'efficienza e i risparmi a lungo termine delle soluzioni di riscaldamento.

Il carburo di silicio si distingue per la sua eccezionale durata grazie alla sua resistenza all'abrasione e al basso tasso di espansione termica; queste caratteristiche consentono agli elementi in carburo di silicio di sopportare carichi più elevati rispetto alle controparti metalliche anche a temperature elevate.

Il carburo di silicio offre numerosi vantaggi che lo rendono una scelta eccellente per le applicazioni di riscaldamento elettrico, come quelle presenti in forni, fornaci e altri processi industriali ad alta temperatura. Il carburo di silicio si distingue come scelta economica e durevole rispetto al disiliciuro di molibdeno (MoSi2), anch'esso comunemente utilizzato come elemento riscaldante.

Keith Company impiega elementi in carburo di silicone in molti dei suoi forni e fornaci a riscaldamento elettrico per facilitarne il riscaldamento, ad esempio nei forni con requisiti di larghezza o lunghezza che non possono ospitare elementi metallici. Sono in grado di gestire temperature di esercizio e carichi in watt più elevati rispetto a quelli in MoSi2, pur rimanendo facili da sostituire quando sono caldi.