硅碳棒与气体的介质的作用化学分析
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硅碳棒电热元件与气体介质的作用
硅碳棒碳化硅电热元件在高温中与气体介质作用,使元件的组织结构受到破坏,电阻值增长,这种现象被称为元件的老化。
①根据热力学计算,硅碳棒在高温氧化气氛下是很不稳定的,但硅碳棒电热元件能在高温氧化气氛下长期使用,这很大程度上由于形成了二氧化硅保护膜。因此碳化硅电热元件同样以碳化硅的这种性能在高温中工作,通常使用温度为800~1350C.这层Si0,保护膜在使用过程中,在温度变化或机械冲击的情况下,易产生微小裂纹和剥落,就为氧的迅速扩散提供了通道,碳化硅在高温干燥空气中氧化缓慢,电阻逐渐增加,发生以下反应:
SiC+202-SiO,+CO2 (1-1)硅碳棒电热元件在空气中氧化后电阻增加率与其使用温度的高低有关,使用温度愈高氧化愈剧烈,电阻率增加较大。
②水蒸气与碳化硅电热元件的反应
微量蒸汽与碳化硅电热元件的氧化作用就十分明显,在商温下水蒸气与碳化储电热元件的反应相当强烈,反应方程式如下:
SiC+3H.O一Si0:+C0+31l: (1-2)
由于上述原因,硅碳棒电热元件在水燕气中使用时比在空气中使川时电阻
氮气与碳化硅电热元件的反应
当温度高于1400C时,碳化硅电热元件与氮气生成一系列的氮化物,使碳化硅电热元件的电阻显著增加,在氮气中使用应控制使用温度在1350C以下。
④氢气与碳化硅电热元件的反应在温度达到1200C时,氢气与碳化硅电热元件开始反应,其反应方程式:
SiC+2H2- SiH+C (1-3)在氢气中使用碳化硅电热元件,使用温度应控制在1200C.
⑤卤化物与碳化硅电热元件的反应
氯气在500C时与碳化硅电热元件反应,1200C可以将构成元件的Sic成分完全分解。氢氟酸和氟化物在常温下能破坏元件表面的Si0z 保护膜,使碳化硅电热元件的使用寿命缩短。⑥硫与硫化物与碳化硅电热元件的反应
硫磺与硫的氧化物在1300*C与碳化硅电热元件发生反应,将棒体腐蚀,所以在应用中将温度降低到1200C.⑦氨气与与碳化硅电热元件的反应
氨气(NH)在高温下分解成N2和H2,这两种气体都与元件反应,所以在氨气中使用碳化硅电热元件,温度应控制在1200C以下0~1。1.2碳化硅电热元件的用途
电阻加热方式的工业窑炉中所使用的电热材料主要有两种形式:一是电阻合金(如镍铬合金、铁铬铝合金等),高熔点纯金属(如钼、钽、钨等),但是金属元件价格昂贵,且资源稀少。二是非金属电热材料,主要有五种:氧化锆、二硅化钼、铬镧化物、石墨、碳化硅。其中氧化锆作为高温电热元件使用温度可达到2000-2200*C,但是在低于1100C下氧化锆不是一个导体,在1100"C 上才转变为高电阻的导体,超过1500C才会变成一个优良的电热元件。因此使用氧化锆元件需要两套加热系统而使其成本上升问:二硅化钼的使用温度可达1600C以上,但是其制备成本高,而且高温下强度和抗蠕变性较低";铬酸镧在大气中可使用到1900C,但元件中的Cr在高温中容易挥发污染环境和产品";石墨的使用温度可达2500C,但是必须在氮气、氩气等非活性气氛中使用从而限制了其应用范围。与上述电热心件相比,碳化储电热元件具有自己独特的优点:
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