合肥庐江县城池工业炉厂
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关键词:硅碳棒,高温,电阻,Si02,温度,老化,炉温,表面负荷,烧结,SiC,气氛炉,炉壁,电炉,氮化硅,电压,炉底,炉顶

硅碳棒的使用
  硅碳棒在高温下使用时,由于缓慢氧化使电阻增大。一般认为,其寿命是指电阻增大到约为安装时 电阻值的4倍所经历的时间。硅碳棒的氧化反应按下式进行:
  SiC+2〇2→Si02+C02
  高温时反应加快,促使电阻增大。刚开始使用时,元件的表面很快生成SiO2覆盖层.Si02保护膜生成后,氧化逐渐减慢,然后SiO2的数量增多及其在转化温度附近破裂,都能使电阻剧烈增加,终于达到了变压器的电压补偿极限(电压补偿约2倍),以致不能继续使用。
  硅碳棒在使用过程中,其电阻值是随着使用时间的增加而增加,这种现象称之为老化。棒的老化应视为正常现象。棒老化后会使炉温达不到要求,但可适当提高电压或改变原来的接法,而使炉温得到补偿。
  硅碳棒的使用寿命的长短与炉内温度、气氛、表面负荷、接线方式等有着极为重要的关系。
  1、使用温度使用温度愈高,老化(电阻增加)愈快。若炉温高于1400℃,寿命显著下降。但在炉温1000℃以下时,则使用寿命可长达5000h之久。
  硅碳棒最好连续使用,不要间歇使用。连续使用能延长棒的使用寿命,在使用过程中,棒体表面生成的SiO2薄膜,使氧化作用减弱。间歇使用时,由于SiO2在270℃左右发生a方石英=β方石英的可逆晶型转变,伴随发生异常的体积膨胀收缩,可导致Si02保护膜的开裂和破坏,加速硅碳棒的氧化作用和老化过程。因此,在炉温和表面负荷相同的条件下,间歇使用的硅碳棒的寿命,远低于连续使用。所以,为了提高硅碳棒的使用寿命,如电炉仅在白天使用,夜间炉温最好不要下降到500℃以下。
硅碳棒使用时的电阻增加情况
图 硅碳棒使用时的电阻增加情况
 1—连续使用  2—间歇使用 
  一般硅碳棒的寿命不很长,约为1500h。如在硅碳棒的表面喷涂保护涂层,可使其寿命提高到lOOOOh以上。保护涂层为钛酸盐化合物,涂后经高温烧结,钛酸盐扩散到SiC晶格中,使SiC分子全被钛酸盐化合物包围,从而防止SiC的高温氧化.在1400℃下使用1000h后,一般硅碳棒的电阻增加93%.而喷涂钛酸盐保护层的硅碳棒,其电阻仅相应增加13.5%。
  2、炉内气氛炉内气氛对硅碳棒的使用寿命有重大的影响,因此,对控制气氛的种类和最高使用温度都应有所限制。
  在氧化性气氛中,且表面温度又在1650℃以下时,硅碳棒是稳定的。若气氛中含有水汽,则1000℃〜1200℃是氧化明显加快的不稳定区。
  有时还用一氧化碳作为电炉的保护气氛,虽然CO与SiC不会直接发生化学反应,但在700℃时CO可发生如下反应,造成碳素沉积:
  2CO→C+ C02
  碳素沉积在硅碳棒的表面上或炉壁上,可引起电流短路。在使用碳氢化合物气体作保护气体或工艺过程气体时,可因热解产生碳素沉积,也可发生同样现象。在这种情况下,电炉使用一定时间后,如每100h必须向炉内送入空气,使沉积的炭素完全掉,以避免硅碳棒的过早损坏。
  3、表面负荷:硅碳棒的表面负荷与炉内温度、元件表面温度之间的关系。表面负荷愈大,则炉内温度与元件表面温度之间的温差越大,元件的寿命越短。硅碳棒的表面负荷推荐使用数值。在一般空气中使用与在氢气这类有害气体中使用时,两者的表面负荷是不 一祥的。在有害气体中使用时必须降低其表面负荷。
  硅碳棒在空气环境中使用,其工作寿命比在封闭条件下使用的寿命能延长一倍左右。
  硅碳棒在日常使用中必须注意下列事项:
  1、在高温使用时不能加入潮湿工件,加料时不要触及棒体,防止振动、冲击或引起电弧。
  2、严防碱、碱土金属、石棉、硼化合物及其他低熔物污染棒体。
  3、在还原性气氛中使用,其寿命比在空气中要低。如含有硫化物,在1300℃以下就有不良作用,因此,只能在1200℃以下使用。 
  4、在引入氢气的条件下使用,比在空气中电阻增加为快,且棒体变脆。因此,最高使用温度应在1300℃以下,并应适当降低其表面负荷。
  5、在含CO控制气氛的炉膛内使用时,由于碳的游离,有时会造成元件的短路,因此,每经一定时间应敞开炉门,使碳燃烧挥发。
  6、硅碳棒用于粉末冶金烧结炉时,往往因其制件混合料中加入硫、硬脂酸锌、铜和其他辅助材料, 在一定温度条件下挥发出较多的络合物集聚在棒体上,严重影响硅碳棒的正常工作。因此,每隔2d〜3d要进行一次低温空烧,即在<780℃温度下,在空气环境中进行燃烧,以排除络合物。
  7、不活性的氮气对硅碳棒有保护作用,电阻增加比在空气中少。但是在1400℃以上使用时,由于生成氮化硅而局部起泡,因此,要防止局部过热。
  8、在使用过程中,要遵守电炉使用升温规范, 严格控制元件的表面负荷,切忌超温、超负荷运行。
  9、硅碳棒经高温使用后便失去韧性,炉体的振动以及棒体急冷时的热冲击都会引起折断,因此,严防骤升高温或停电急冷。
  10、使用大的表面负荷时,由于产生脉动热应力的结果,将会引起棒体中心部分温度升高,加快老化速度。
  11、元件在开始使用时,电阻值变化较快,连续进行60h〜80h后,阻值增加约20%,并趋向稳定。 后期阻值增大较慢,因此,必须根据电阻增长情况适当提升电压。棒体电阻值大约可以增加到第1次使用的3〜4倍。采用调压变压器时,其调压范围应比额定值大50%。
  12、—般情况下,硅碳棒全负荷时的端电压不超过150V。为了避免炉底元件的过热,当有条件时棒体电压可比炉顶的低10V〜12V。

硅碳棒的使用

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