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高溫爐發(fā)熱元件的種類及優(yōu)缺點
高溫爐常用的發(fā)熱元件有鉬絲、硅碳棒、硅鉬棒等，那么這三種材料分別用在什么高溫爐上,各自優(yōu)缺點都是什么呢？
鉬絲：鉬是一種容易氧化的金屬,鉬在空氣中加熱2h升到200℃時,仍保持其金屬光澤,但在300℃時則產(chǎn)生鋼灰色,在低溫的氧化膜以藍紫色的MoO3為主,在400℃以上,只能看到黃色的MoO2,在高溫到600℃時,則形成粘附的黑色氧化層.
鉬在空氣中加熱極易形成的氧化物時MoO3,在450℃以上,MoO3的蒸汽壓足以引起氧化膜的揮發(fā),這就是鉬快速被氧化的原因.在300～700℃范圍內(nèi),貼近金屬表面的時穩(wěn)定的MoO2,MoO3的熔點為793℃,MoO2和MoO3形成低共熔物,在770℃熔化.
沒有涂層的鉬在高溫真空中非常穩(wěn)定,在任何溫度時,純氫、氬、氮等氣氛對鉬完全是惰性的.鉬的電阻溫度系數(shù)比一般的金屬大,為α=5.5×10-3.所以鉬絲電爐必須有調(diào)節(jié)范圍很寬的調(diào)壓裝置.一般用感應變壓器或自耦變壓器來調(diào)節(jié).如用自耦變壓器,則每級電壓的變動范圍不應太大.鉬金屬本身具有很好的延展性,可以制作成絲狀、帶狀、或者棒狀.因為鉬的性質(zhì)很脆,不容易加工成螺旋狀.一般鉬絲是聚成一束在爐膛四周豎繞,或搗打在剛玉管里.
主要應用的電阻爐溫度在1800度以內(nèi),并且需要用還原性氣體保護、或者在惰性氣體保護下使用、真空爐內(nèi)使用.
硅碳棒電熱元件是一種以碳化硅為主要原料制成的非金屬電熱元件，具有膨脹系數(shù)小、不易變形、化學穩(wěn)定性強、使用壽命長、安裝維修方便等特點。
硅碳棒具有較大的比電阻，在空氣中通電加熱，發(fā)熱部表面溫度1050±50℃時，電阻率為600-1400Ω-mm2/M.硅碳棒的電阻隨溫度升高而變化，從室溫到800℃。電阻-溫度特征曲線為負值，溫度高于800℃為正值。
硅碳棒表面負荷大小與其使用壽命長短關系很大，因此，在通電加熱時要嚴格控制在允許負荷范圍之內(nèi)，切忌超負荷使用。
硅碳棒發(fā)熱部表面溫度與相應爐溫下，發(fā)熱部單位表面允許負荷如上表。
硅鉬棒：二硅化鉬電熱體時用粉末冶金法經(jīng)擠壓、燒結而成.硅鉬棒有冷端和熱端組成,通過大電流焊接起來,冷端較粗,供導電用,熱端較細,電阻較大,供發(fā)熱用.
二硅化鉬的熔點為2030℃,硅鉬棒電熱體最高工作溫度為1700℃和1800℃兩種類型.因為在加熱時,在二硅化鉬電熱體表面上生成一層氣密的二氧化硅玻璃膜,它具有很強的抗氧化能力,一旦操作過程中保護層破壞,它會自動的重新密封,防止進一步氧化.由于硅鉬棒的抗氧化能力好,在電熱體溫度不變時,電阻為一常量.在同一爐體中新舊硅鉬棒可同時并聯(lián)或串聯(lián)混合使用.二硅化鉬電熱體也可以在非氧化氣氛中使用.
二硅化鉬的電阻率隨溫度的升高幾乎以直線的關系迅速上升,如下圖所示.1800型的電阻系數(shù)比1700型的高4%左右,加熱功率有一定的自然控制,所以在一定的電壓下,功率在低溫時是高的,而隨著溫度的上升,則功率減少.這樣既可以迅速達到所需要的爐溫,又能避免硅鉬棒過熱.
硅鉬棒在室溫時既硬又脆,抗沖擊強度低,抗彎和抗拉強度好.元件在高于1350℃時發(fā)生軟化變形,并有延展性,伸長率5%,冷卻后又恢復脆性.硅鉬棒耐熱沖擊性能良好,把單只電熱體吊掛在空氣中,元件兩端加全工作電壓45秒,元件表面的溫度即可達到1600℃,然后斷電2分15秒冷卻,作為一個周期,這樣反骨觀察電熱體,也就是測試電熱體的抗熱沖擊能力.
二硅化鉬棒的使用
①硅鉬棒適用于氧化氣氛,在爐溫為1500℃時,表面功率約為15 w/cm2.
②硅鉬棒連續(xù)使用,其表面功率比間斷操作高,硅鉬棒的使用壽命比其他非貴重金屬材料做成的電熱體長.
③硅鉬棒不適宜在400～700℃溫度范圍內(nèi)長時間使用,因為在此溫度范圍內(nèi),硅鉬棒將發(fā)生低溫氧化而遭到破壞.
硅鉬棒主要應用在溫度在1700度以內(nèi)的電爐子內(nèi),或者玻璃退火爐里面經(jīng)常使用.爐子內(nèi)部氣氛要為氧化性氣氛,還原性或者惰性氣氛都會降低硅鉬棒的使用壽命.
氧化鋯：
選用溫度在1850度以上,必須為氧化性氣氛的電爐內(nèi)使用.
氧化鋯發(fā)熱體具有高的熔點,在氧化性氣氛中穩(wěn)定性最好,最高使用溫度可達到2400度,是一種優(yōu)良的新型高溫發(fā)熱元件,當使用氧化鋯的電爐時,一定得先使用輔助的加熱元件通電,逐步加熱氧化鋯發(fā)熱體到1000度左右,然后再給氧化鋯發(fā)熱元件通電,氧化鋯電熱原件在溫度升高的過程中,電阻會不斷減小,所以一定要控制好電壓調(diào)節(jié),使用時要注意.
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