Placa de calentamiento resistente a altas temperaturasGeneralmente se refiere a la temperatura de trabajo enPor encima de 300 ° C, incluso hasta1800°CElemento de calefacción o sustrato de equipo. Su selección de materiales es una ingeniería de sistemas, que requiere una consideración integral de varios factores.

I. comunesPlaca de calentamiento resistente a altas temperaturasClasificación de materiales

Podemos entenderlo desde dos niveles:Material del elemento de calefacciónYMaterial del sustrato / placa portadoraAmbos requieren resistencia a altas temperaturas, pero el enfoque es diferente.

(1) material del elemento de calefacción (parte que realmente produce calor)

Este tipo de materiales determinan la temperatura límite y la eficiencia de conversión eléctrica - térmica de la placa de calentamiento.

　　Alambre de Resistencia (para placas de calentamiento a baja y media temperatura, "< 600 ° c)

　　Materiales comunes:Aleación de níquel - cromo (como cr20ni80), aleación de hierro - cromo - aluminio (como cr25al5).

　　Características:La tecnología es madura y el costo es bajo. El alambre de níquel - cromo tiene una buena resistencia a la oxidación y una larga vida útil; El alambre de hierro, cromo y aluminio tiene una buena resistencia a alta temperatura, pero es fácil de crujiente a alta temperatura. Se utiliza principalmente en pequeñas placas de calefacción de laboratorio o equipos de secado industrial.

　　Barras de carbono de silicio (temperatura de funcionamiento: 600 ° C - 1600 ° c)

　　Material:Carburo de silicio (sic).

　　Características:A alta temperatura, la resistencia es un coeficiente de temperatura positivo y tiene una función de protección automática de restricción de flujo. La resistencia al frío y al calor es mejor, pero a altas temperaturas se oxidará gradualmente y se adelgazará, y finalmente se romperá. Adecuado para hornos maver, hornos eléctricos experimentales, etc.

　　Barra de silicio y molibdeno (temperatura de trabajo: 700 ° C - 1800 ° c)

　　Material:Disulfide de molibdeno (mosič).

　　Características:Es el actualUno de los calentadores de alta temperatura más convencionales. por encima de 400 ° C se formará una película de pasivación densa de vidrio de cuarzo (sio2), que evita una mayor oxidación y tiene una buena resistencia a la oxidación. Es crujiente a temperatura ambiente y es necesario evitar colisiones. Se utiliza comúnmente en hornos de sinterización de alta temperatura, hornos de crecimiento de cristales, etc.

　　Calentadores metálicos como molibdeno, Tantalio y tungsteno (temperatura de trabajo: > 1500 ° c)

　　Material:Metal o aleación pura.

　　Características:El punto de fusión es alto y se puede lograr un calentamiento a temperatura ultra alta (hasta más de 2000 ° c) en vacío o en una atmósfera inerte. Pero sonMuy fácil de oxidarDebe usarse en una atmósfera protectora o en un vacío. Es costoso y difícil de procesar. Se utiliza en metalurgia especial, hornos monocristalinos semiconductores y otros campos.

　　Calentadores no metálicos

　　Grafito:Buena conductividad eléctrica, se puede utilizar como emisor de calor (~ 2500 ° c) en vacío o atmósfera inerte, pero es fácil oxidarse a altas temperaturas y necesita protección.

　　Fibra de carbono / fieltro de carbono:Los nuevos materiales se calientan rápidamente y tienen una buena resistencia a altas temperaturas, pero también tienen miedo a la oxidación.

(2) material del sustrato / placa portadora (parte que lleva el calentador y entra en contacto con el objeto calentado)

Este tipo de materiales deben tener una excelente resistencia a altas temperaturas, conductividad térmica y resistencia mecánica.

　　Placa de mica (temperatura de funcionamiento: = 500 ° C - 800 ° c)

　　Características:Hecho de mica natural o sintética, tiene buena conductividad térmica, buena flexibilidad y bajo costo. Es el más comúnTemperatura media y bajaEl material del sustrato de la placa de calefacción se utiliza ampliamente en electrodomésticos (calentadores eléctricos, hornos), almohadillas de calefacción industrial, etc.

　　Placa cerámica (temperatura de funcionamiento: cientos de ° C a > 1600 ° c)

　　Tipos comunes:

　　Cerámica de alúmina (al o):Sustrato de alta temperatura de uso común, con un contenido del 95% al 99%. El aislamiento, la conductividad térmica y la resistencia mecánica son buenos, y el costo es moderado. Adecuado para la mayoría de las ocasiones de calefacción industrial.

　　Cerámica de nitruro de aluminio (aln):Propiedades térmicasBien(muy por encima de la alúmina), el coeficiente de expansión térmica coincide con el chip de silicio y es el material ideal para el embalaje electrónico y el sustrato de disipación de calor, pero成本高昂.

　　Carburo de silicio (sic):Alta dureza, buena conductividad térmica, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, pero gran fragilidad, dificultad de procesamiento, alto costo. Para condiciones de trabajo.

　　Características:Resistencia a altas temperaturas, aislamiento y buena estabilidad química. síalta temperaturaEl sustrato de la placa de calentamiento.

　　Sustrato metálico (temperatura de funcionamiento: = 500 ° c)

　　Materiales comunes:Aleación de aluminio, acero inoxidable.

　　Características:Conductividad térmicaBuenaFácil de mecanizar e instalar. Pero generalmente no está aislado y necesita ser aislado de los calentadores (como los cables de resistencia). Se utiliza comúnmente en ocasiones que requieren transferencia rápida de calor y resistencia mecánica, como la capa inferior de un sustrato cerámico recubierto de cobre (dbc).

　　Material compuesto

　　Por ejemplo:La placa compuesta "mica + cerámica" está diseñada para combinar las ventajas de ambos para un rango de temperatura específico.

II. base de selección y proceso de toma de decisiones

Al elegir el material de la placa de calentamiento resistente a altas temperaturas, se deben considerar sistemáticamente los siguientes factores y ordenarlos por prioridad:

　　1. Temperatura máxima de trabajo (factor principal)

Esta es la restricción más dura. Se debe garantizar la temperatura de uso a largo plazo del material seleccionadoPor encimaSu temperatura máxima de proceso, con un cierto margen de Seguridad (generalmente se recomienda un margen ≥ 50 ° C - 100 ° c).

　　< 300°C:Se puede elegir una placa de mica ordinaria o un sustrato metálico.

　　300°C - 800°C:Se prefiere una placa de mica de alto rendimiento o una placa cerámica de alúmina al 95%.

　　800°C - 1200°C:Se debe seleccionar la placa cerámica de alúmina como sustrato, y el calentador puede elegir la barra de carbono de silicio.

　　> 1200 ° C:Se debe seleccionar un sustrato de alúmina o cerámica (como sic), una barra de silicio y molibdeno caliente. Si es superior a 1500 ° c, se debe considerar mosi¿ o el calentador metálico + vacío / atmósfera protectora.

　　2. Ambiente atmosférico (extremadamente crítico)

El rendimiento de los materiales en diferentes atmósferas es muy diferente.

　　Atmósfera oxidativa (aire):La gran mayoría de los metales se oxidarán y fallarán, por lo que es necesario elegir materiales cerámicos o aleaciones especiales (como inconel). Las barras de silicio y molibdeno tienen excelentes propiedades en este entorno.

　　Atmósfera reductora (h, co):Muchos óxidos se reducen, lo que hace que el material falle o contamine la pieza de trabajo. En este momento, es necesario seleccionar grafito, molibdeno, tungsteno y otros materiales, o aplicar una capa protectora en la superficie.

　　Entorno de vacío:Se evita el problema de la oxidación, pero se debe considerar la tasa de evaporación y la radiación térmica del material. Los metales y el grafito son opciones comunes.

　　Atmósfera corrosiva (niebla de ácido, álcali, sal):Es necesario seleccionar materiales químicamente inertes, como cerámica de alúmina de alta pureza, platino o recubrimiento especial.

　　3. Densidad de potencia y distribución térmica

　　Densidad de Potencia (w / CM m2):Potencia térmica por unidad de superficie. Cuanto mayor sea la densidad de potencia, mayor será el requisito para la conductividad térmica y la resistencia al impacto térmico del material. Los sustratos cerámicos suelen soportar una mayor densidad de potencia que las placas de mica.

　　Uniformidad de la distribución térmica:Si se necesita un calentamiento uniforme, la conductividad térmica del sustrato es crucial. Los sustratos metálicos y la cerámica de nitruro de aluminio tienen ventajas en este sentido. La forma en que se organizan los emisores de calor también afecta directamente la distribución del calor.

　　4. Requisitos de aislamiento

Si la placa de calentamiento necesita llevar un circuito de calefacción eléctrica o aislarse del objeto conductor calentado, entonces el sustratoAislamiento eléctricoEs necesario. La mica y la cerámica son excelentes aislantes, mientras que los sustratos metálicos no tienen esta característica.

　　5. Resistencia mecánica y resistencia al choque térmico

　　Resistencia mecánica:Se refiere a la capacidad del material para resistir fuerzas externas (como vibraciones e impactos). Los metales y algunas cerámicas (como el sic) tienen una mayor resistencia.

　　Resistencia al choque térmico:Se refiere a la capacidad del material para resistir el agrietamiento bajo cambios drásticos de temperatura. Esto depende del coeficiente de expansión térmica y la conductividad térmica del material. Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica del vidrio de cuarzo es extremadamente bajo y la resistencia al choque térmico; Y el vidrio es muy pobre. Las barras de silicio y molibdeno son frágiles a temperatura ambiente y deben manipularse con especial Cuidado.

　　6. Presupuesto de costos

El costo es una consideración realista. De bajo a alto, es aproximadamente:Placa de mica < sustrato metálico < cerámica de alúmina < cerámica de nitruro de aluminio ¿ sic < emisor de calor Mosi mo / tungsteno. es necesario encontrar el mejor equilibrio entre el rendimiento y el costo.

Diagrama de flujo de resumen y selección

　　Ideas centrales:Primero establezca la temperatura, luego mire el medio ambiente, tenga en cuenta el rendimiento y, finalmente, sopese el costo.

　　Aclarar los parámetros del proceso:¿Temperatura máxima? ¿Ambiente? ¿(aire / vacío / h? ¿) se necesita aislamiento? ¿Densidad de Potencia requerida?

　　Detección de fiebre:De acuerdo con la temperatura y la atmósfera, se determinan los tipos de calentadores disponibles (como barras de silicio y molibdeno, cables de resistencia, etc.).

　　Seleccione el sustrato:De acuerdo con la temperatura, la atmósfera, la conducción térmica y las necesidades de aislamiento, se seleccionan los sustratos correspondientes (como mica, cerámica de alúmina).

　　Evaluación integral:Evaluar la resistencia mecánica, la vida útil, el apoyo del proveedor y otros factores.

　　Tomar decisiones:Opción elegida siempre que se cumplan todos los requisitos técnicos.

A través de este análisis y selección sistemáticos, se puede garantizar encontrar soluciones confiables, eficientes y económicas para placas de calentamiento resistentes a altas temperaturas para su aplicación.