Понимание керамического нагревательного элемента:
Керамические материалы, которые имеют потенциал для преобразования электрической энергии в тепловую, известны как нагревательные элементы. Это преобразование энергии происходит по принципу, называемому Джоулевым нагревом.
Керамические нагревательные элементы широко применяются в бытовой технике и промышленности. Они долговечны, эффективны и устойчивы к высоким температурам.
Различные керамические материалы, обычно используемые в качестве нагревательных элементов:
Некоторые керамические материалы хорошо подходят для использования в качестве керамических нагревательных элементов. Ниже приведены наиболее часто используемые керамические материалы в керамической нагревательной промышленности.
1. Карбид кремния (SiC):
Карбид кремния является ведущим керамическим материалом, используемым в качестве керамического нагревательного элемента. Это твердое соединение и кристаллический материал, который имеет различные применения.
SiC может выдерживать и работать при очень высокой температуре до 1973К (Кельвин). Он имеет атомы кремния и углерода. Это популярный керамический нагревательный элемент из-за высокой теплопроводности и химической стойкости.
SiC широко используется в керамике, полупроводниках и абразивах.
Формула преобразования температуры:
1.Кельвин в градусы Цельсия: Цельсий (°C)= Кельвин (K)-273,15
2. Цельсий в Кельвин: Кельвин (К) = Цельсий (°C) + 273,15
Примечание: Ноль градусов (0°С) Градус Цельсия равен 273,15 Кельвина.
2.Нитрид кремния (Si3N4):
Нитрид кремния — еще один распространенный керамический материал, используемый в производстве нагревательных элементов. Он может выдерживать температуры свыше 1673,15 К.
Он обладает исключительными свойствами, такими как устойчивость к высоким температурам, стойкость к тепловому удару, механическая прочность, химическая стойкость и низкий термический коэффициент.
Si3N4 используется в производстве керамических компонентов, полупроводников и лабораторного оборудования. Он также применяется в процессах металлообработки или термообработки.
3.Оксид алюминия (Al2O3):
Оксид алюминия широко известен как глинозем. Это один из основных керамических материалов, используемых в нагревательных элементах. Он может выдерживать температуру 1873,15 К благодаря своей стойкости к высоким температурам.
Al2O3 также обладает превосходной теплопроводностью, электроизоляцией и химической стойкостью. Он широко используется в промышленных печах, бытовых приборах и лабораторном оборудовании.
4.Дисилицид молибдена (MoSi2):
MoSi2 (дисилицид молибдена) — еще один популярный керамический нагревательный элемент. Этот керамический металл имеет высокую стойкость к окислению и температуру плавления. Он может создавать температуру до 2173К на воздухе или кислороде.
MoSi2 может быть использован для получения более высоких температур в зависимости от технологии проектирования. Используется в высокотемпературных печах.
Керамический компонент уязвим при комнатной температуре.
5. Керамика из пиролитического нитрида бора (PBN)：
Пиролитический нитрид бора (PBN) — чрезвычайно чистый керамический материал, используемый в качестве нагревательного элемента в полупроводниковой, аэрокосмической, лабораторной и электронной промышленности.
PBN — универсальный керамический компонент. Он обладает высокой теплопроводностью, низким тепловым расширением, высокой химической стойкостью, высокой электроизоляцией и температурной стабильностью. PBN может генерировать температуры до 1873К.
6.Материалы с положительным термическим коэффициентом (PTC)
PTC — уникальный керамический материал с положительным температурным коэффициентом. Электрическое сопротивление PTC увеличивается с ростом температуры. Это исключение, поскольку типичный керамический материал имеет отрицательный температурный коэффициент (NTC). Их сопротивление уменьшается с ростом температуры.
Распространенными материалами PTC являются PTC на основе полупроводников, металлооксидные варисторы (MOV) и некоторые полимеры.
Они широко используются для измерения температуры, защиты цепей, запуска двигателей, саморегулирующегося отопления,воздуходувка с боковым каналом и переключение, чувствительное к температуре.
Они остаются стабильными в своем материалистическом состоянии до температуры 1273К.
7.Нитрид алюминия (AlN)
Нитрид алюминия — еще один исключительный керамический материал, используемый в качестве нагревательного элемента. Он обладает высокой теплопроводностью, превосходной электроизоляцией, низким тепловым расширением и устойчив к большинству химикатов.
AIN — популярный керамический нагревательный элемент, используемый в полупроводниковой промышленности, светодиодном освещении, СВЧ-компонентах, ВЧ-устройствах и производстве радиаторов.
Нитрид алюминия может генерировать температуру до 873К.
Свойства хорошего керамического нагревательного элемента:
Почти все проводящие материалы создают тепло, когда через них проходит электричество. Однако не все керамические материалы пригодны для использования в качестве нагревательного элемента. Керамические материалы должны обладать некоторыми особыми свойствами, чтобы их можно было считать нагревательными элементами, такими как:
Электрическое сопротивление:
Материалы должны иметь высокое электрическое сопротивление, чтобы считаться нагревательными элементами. Сверхпроводники имеют низкое сопротивление. Они не подходят в качестве нагревательных элементов из-за низкого значения сопротивления и высокой проводимости.
Хотя керамический нагревательный элемент должен иметь высокое сопротивление, его сопротивление не должно быть таким же высоким, как у изоляторов. Изоляторы не могут проводить электричество, но нагревательному элементу нужен характер пропускания электричества.
Стойкость к окислению:
Обычно тепло ускоряет окисление керамических материалов. Окисление снижает эффективность нагревательных элементов. Оно также сокращает их срок службы.
Сплав смешивается с нагревательными элементами для защиты от окисления. Оксид кремния (SiO2) и оксид алюминия (AI2O3) являются распространенными антиокислительными материалами, используемыми для создания защитных накипи на керамических нагревательных элементах.
Температурный коэффициент сопротивления:
Сопротивления материалов изменяются с ростом температуры. Сопротивление проводящего материала увеличивается с температурой.
Материалы, обладающие высоким температурным коэффициентом сопротивления, сталкиваются с быстрым ростом удельного сопротивления с повышением температуры.
Хорошие керамические нагревательные элементы должны иметь низкий температурный коэффициент сопротивления.
Механические свойства:
Идеальный нагревательный элемент должен обладать некоторыми механическими свойствами. Одним из основных механических качеств нагревательных элементов является пластичность. Пластичность позволяет нагревательным элементам втягиваться в провода. Они легко формуются, не нарушая их прочности на растяжение для этого свойства.
Устойчивость к деформации является еще одной обязательной механической характеристикой керамических нагревательных элементов. Подходящий керамический нагревательный элемент может поддерживать свое фактическое состояние при высоких температурах для этой механической устойчивости.
Напротив, твердые материалы могут быть повреждены при высоких температурах, поэтому они не подходят в качестве нагревательных элементов.
Температура плавления:
Температура плавления относится к температуре, при которой твердое соединение превращается в жидкость. Рабочая температура нагревательных элементов существенно зависит от температуры плавления. Хороший керамический нагревательный элемент имеет высокое значение температуры плавления.
Они могут создавать высокие температуры без деформации благодаря высокой температуре плавления.
Преимущества и недостатки керамических нагревательных элементов:
Керамические нагревательные элементы имеют ряд преимуществ и недостатков, таких как:
Преимущества
- Эффективность: Керамические нагревательные элементы очень эффективны. Они могут генерировать огромное количество тепла, не меняя своего физического и материального состояния. Они также генерируют больше тепла на ватт благодаря высокому значению сопротивления, чем традиционные металлические элементы.
- Портативность: Керамические обогреватели портативны благодаря своему малому весу. Они идеально подходят для обогрева небольшого офиса и комнаты.
- Безопасность: Все керамические обогреватели безопасны в использовании.
Недостатки
- Медленный нагрев: Керамическим нагревателям требуется больше времени для достижения заданной температуры.
- Шум: Керамические обогреватели немного шумнее остальных.
Часто задаваемые вопросы
Какой материал можно использовать в качестве нагревательного элемента?
В качестве нагревательных элементов используются карбид кремния, нитрид кремния, оксид алюминия, никель-хром, молибден-хром-алюминий и дисилицид молибдена.
Почему керамические обогреватели лучше?
Керамические обогреватели могут быстро генерировать тепло и дольше сохранять тепло после выключения. Они высокоэффективны и эффективны для небольших помещений.
Заключение: Керамические нагревательные элементы необходимы для промышленного применения и бытовых приборов. Их надежная способность генерировать тепло делает их ценным материалом для современной индустрии нагревательных элементов.
Керамические нагревательные элементы эффективны, портативны и безопасны в использовании. Дальнейший прогресс в материаловедении поднимет керамические нагревательные элементы на новую высоту.