碳化硅SiC电热元件俗称硅碳棒,是以高纯度的绿色SiC为主要原料,经2 200℃ 高温再结晶制成的非金属发热体,使用温度为1 350℃,其电阻随使用温度和时间而变化。它具有碳化硅制品的一系列物理化学特性,可显示出无机高温结构材料的一系列优越性能[6,7]。普通SiC发热体的使用温度为1 400℃左右,采用高温均热烧结、表面喷涂陶瓷、添加特殊物质以及冷端在熔融硅中浸渍处理等技术而特制的碳化硅发热体的使用温度可提高1 600~1 650℃(见表3),在氩气气氛中甚至可高达1 800℃[8]。正常连续使用寿命一般在2 000h以上,还具有直接使用商业电源的电阻性能[9]。此外,有专利报道[10],通过向碳化硅中加入粘合剂,所述粘合剂为纤维素类物质,粘合剂占碳化硅重量的0.8~1.2%,采用了连续高温烧成的工艺,获得了碳化硅发热部各项性能指标均达到碳化硅行业标准,电阻值偏差缩小,红热均匀度偏差缩小,烧成成品率提高,成产周期缩短,耗能大大降低的碳化硅电热元件。SiC电热元件的主要优点是热辐射能力强,可控制温度;在工业应用上,通常加工成棒状、条状、板状和 U形等,使用方法简单,可并联、串联、混联使用,可水平或竖直安装;性价比较高;是中高温工业电炉和实验电炉最常用的电热元件[11,12]。被广泛的应用于陶瓷、玻璃、耐火材料等高温工业领域。
碳化硅粉易升华分解,一般碳化硅陶瓷都是用粉末冶金法制备。 二硅化钼:具有金属与陶瓷的双重特性,是一种性能优异的高温材料。极好的 高温抗氧化性,抗氧化温度高达1600℃以上。主要应用作发热元件、集成电路、高温抗氧化涂层及高温结构材料。MoSi2发热元件是在高温下工作的电阻发热元件,通常称作“硅钼棒”。是一种可用于多种气氛的高温发热元件,尤其适用于氧化性气氛,其使用温度已经达到1 850℃[21]。主要用于冶金化工、玻璃、陶瓷、电子电工、半导体材料等工业领域以及实验室的重要设备。最早的二硅化钼发热元件是由瑞典Kanthal公司于1 947年研制发明的,并于20世纪90年代初将二硅化钼发热体的实用温度提高到了1 850℃,即Kanthal Super 1900型发热元件,而且外观平直,抗弯强度高达450MPa[21,22]。而国内现有的二硅化钼发热元件的抗弯强度约为150MPa,且塑性差,不能做成形状复杂的发热体,阻碍了其在电炉中的应用。所以,国产二硅化钼发热元件与与瑞典 KANTHAL的Super 系列MoSi2 发热元件相比,在大型尺寸和复杂形状发热元件的制备、发热元件的抗弯强度、使用温度和使用寿命等方面还存在着较大差距[23]。主要存在的问题是二硅化钼的室温脆性、低温氧化以及高温强度低和易高温蠕变等,常常使其应用范围受到限制,在一些特殊环境下使用时难以正常服役。而且国产MoSi2发热元件在国际市场的价格仅仅是KANTHAL Super系列的1/10。所以,改进国产MoSi2 粉体的制备技术,优化MoSi2 发热元件的成形工艺和冷热端的扩散接合工艺. 目前,对二硅化钼发热体材料的改性主要是通过合金化和复合化的途径实现的。合金化MoSi2基高温结构材料主要是通过合金化Al、Re、Nb、Co、W、B等实现的。
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