Seramik Isıtma Elemanını Anlamak:
Elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürme potansiyeline sahip seramik malzemelere ısıtma elemanları denir. Bu enerji dönüşümü Joule Isıtma adı verilen bir prensiple gerçekleşir.
Seramik ısıtma elemanlarının ev aletleri ve endüstride geniş uygulamaları vardır. Uzun ömürlü, verimli ve yüksek sıcaklıklarda sürdürülebilirdirler.
Isıtma Elemanı Olarak Yaygın Olarak Kullanılan Farklı Seramik Malzemeler:
Bazı seramik malzemeler seramik ısıtma elemanları olarak oldukça uygundur. Seramik ısıtma endüstrisinde en sık kullanılan seramik malzemeler şunlardır.
1.Silisyum Karbür (SiC):
Silisyum karbür, seramik ısıtma elemanı olarak kullanılan önde gelen seramik malzemedir. Çeşitli uygulamalara sahip sert bir bileşik ve kristalin malzemedir.
SiC, 1973K(Kelvin)'e kadar çok yüksek bir sıcaklığa dayanabilir ve bu sıcaklıkta çalışabilir. Silikon ve karbon atomlarına sahiptir. Yüksek termal iletkenliği ve kimyasal direnci nedeniyle popüler bir seramik ısıtma elemanıdır.
SiC seramiklerde, yarı iletkenlerde ve aşındırıcılarda yaygın olarak kullanılır.
Sıcaklık Dönüşüm Formülü:
1. Kelvin'den Santigrat'a: Santigrat (°C) = Kelvin (K)-273.15
2. Santigrat'tan Kelvin'e: Kelvin (K) = Santigrat (°C) + 273.15
Not: Sıfır derece(0)°C) Celsius 273.15 Kelvin'e eşittir.
2.Silisyum Nitrür (Si3N4):
Silisyum Nitrür, ısıtma elemanı üretiminde kullanılan bir diğer yaygın seramik malzemedir. 1673.15K'nin üzerindeki sıcaklıklara dayanabilir.
Yüksek sıcaklık dayanımı, ısıl şok dayanımı, mekanik dayanım, kimyasal dayanım, düşük ısı katsayısı gibi olağanüstü özelliklere sahiptir.
Si3N4, seramik bileşenler, yarı iletkenler ve laboratuvar ekipmanlarının üretiminde kullanılır. Ayrıca metal işleme veya ısıl işlem süreçlerinde de uygulamaları vardır.
3.Alüminyum Oksit(Al2O3):
Alüminyum oksit, halk arasında alümina olarak bilinir. Isıtma elemanlarında kullanılan birincil seramik malzemelerden biridir. Yüksek sıcaklık direnci nedeniyle 1873.15K sıcaklıklarla mücadele edebilir.
Al2O3 ayrıca mükemmel termal iletkenliğe, elektrik yalıtımına ve kimyasal dirence sahiptir. Genellikle endüstriyel fırınlarda, ev aletlerinde ve laboratuvar ekipmanlarında kullanılır.
4.Molibden Disilisit(MoSi2):
MoSi2(molibden disilisit) bir diğer popüler seramik ısıtma elemanıdır. Bu seramik metalin yüksek oksidasyon direnci ve erime noktası vardır. Havada veya oksijende 2173K'ye kadar sıcaklıklar üretebilir.
MoSi2, tasarım teknolojisine bağlı olarak daha yüksek sıcaklıklar üretmek için kullanılabilir. Yüksek sıcaklık fırınlarında kullanılır.
Seramik bileşen oda sıcaklığında hassastır.
5. Pirolitik Bor Nitrür (PBN) Seramikleri：
Pirolitik Bor Nitrür (PBN), yarı iletken, havacılık, laboratuvar ekipmanları ve elektronik endüstrilerinde ısıtma elemanı olarak kullanılan son derece saf bir seramik malzemedir.
PBN çok yönlü bir seramik bileşendir. Yüksek termal iletkenliğe, düşük termal genleşmeye, yüksek kimyasal dirence, yüksek elektriksel izolasyona ve sıcaklık kararlılığına sahiptir. PBN 1873K'ye kadar sıcaklık üretebilir.
6.Pozitif Termal Katsayılı Malzemeler (PTC)
PTC, pozitif sıcaklık katsayısına sahip benzersiz bir seramik malzemedir. PTC'nin elektrik direnci, sıcaklığın artmasıyla artar. Bu istisnai bir durumdur çünkü tipik seramik malzemenin negatif sıcaklık katsayısı (NTC) vardır. Dirençleri, sıcaklık artışıyla azalır.
Yaygın PTC malzemeleri yarı iletken bazlı PTC, metal oksit varistörler (MOV) ve bazı polimerlerdir.
Sıcaklık algılama, devre koruması, motor çalıştırma, kendi kendini düzenleyen ısıtmada yaygın olarak kullanılırlar.yan kanal üfleyici ve sıcaklığa duyarlı anahtarlama.
1273K sıcaklığa kadar materyalist hallerinde kararlı kalırlar.
7.Alüminyum Nitrür (AlN)
Alüminyum Nitrür, ısıtma elemanı olarak kullanılan bir diğer olağanüstü seramik malzemedir. Yüksek termal iletkenliğe, mükemmel elektriksel izolasyona, düşük termal genleşmeye sahiptir ve çoğu kimyasala karşı dirençlidir.
AIN, yarı iletken endüstrisinde, LED aydınlatmada, mikrodalga bileşenlerinde, RF ve ısı emici üretiminde kullanılan popüler bir seramik ısıtma elemanıdır.
Alüminyum Nitrür 873 K'ye kadar sıcaklık üretebilir.
İyi Bir Seramik Isıtma Elemanının Özellikleri:
Neredeyse tüm iletken malzemeler, içlerinden elektrik geçtiğinde ısı üretir. Ancak, tüm seramik malzemeler ısıtma elemanı olarak kullanılamaz. Seramik malzemelerin ısıtma elemanı olarak kabul edilebilmeleri için bazı özel özelliklere sahip olmaları gerekir, örneğin:
Elektriksel Direnç:
Malzemelerin ısıtma elemanı olarak kabul edilebilmesi için yüksek elektrik direncine sahip olması gerekir. Süperiletkenlerin direnci düşüktür. Düşük direnç değerleri ve yüksek iletkenlikleri nedeniyle ısıtma elemanı olarak uygun değildirler.
Seramik ısıtma elemanının direnci yüksek olsa da, yalıtkanlar gibi direnci yüksek olmamalıdır. Yalıtkanlar elektriği geçiremezler, ancak ısıtma elemanının elektrik geçiren bir karaktere ihtiyacı vardır.
Oksidasyon Direnci:
Tipik olarak, ısı seramik malzemelerin oksidasyonunu hızlandırır. Oksidasyon ısıtma elemanlarının verimliliğini azaltır. Ayrıca ömürlerini de azaltır.
Isıtma elemanlarına oksidasyona karşı direnç sağlamak için bir alaşım karıştırılır. Silisyum oksit (SiO2) ve alüminyum oksit (AI2O3), seramik ısıtma elemanlarında koruyucu tortular oluşturmak için kullanılan yaygın anti-oksidasyon malzemeleridir.
Sıcaklık Direnç Katsayısı:
Malzemelerin dirençleri sıcaklık artışıyla değişir. İletken bir malzemenin direnci sıcaklıkla artar.
Yüksek sıcaklık direnç katsayısına sahip malzemeler, sıcaklık artışıyla birlikte özdirençlerinde hızlı bir artışla karşılaşırlar.
İyi seramik ısıtma elemanlarının düşük sıcaklık direnç katsayısına sahip olması gerekir.
Mekanik Özellikler:
Mükemmel bir ısıtma elemanının bazı mekanik özelliklere sahip olması gerekir. Isıtma elemanlarının en önemli mekanik niteliklerinden biri sünekliktir. Süneklik, ısıtma elemanlarının tellerin içine çekilmesini sağlar. Bu özellik nedeniyle çekme mukavemetlerini bozmadan kolayca şekillendirilebilirler.
Deformasyona karşı direnç, seramik ısıtma elemanlarının bir diğer olmazsa olmaz mekanik özelliğidir. Uygun bir seramik ısıtma elemanı, bu mekanik direnç için yüksek sıcaklıklarda gerçek durumunu koruyabilir.
Aksine, sert malzemeler yüksek sıcaklıklarda hasar görebilir. Bu nedenle ısıtma elemanı olarak uygun değildirler.
Erime Noktası:
Erime noktası, katı bir bileşiğin sıvıya dönüştüğü sıcaklığa denir. Isıtma elemanlarının çalışma sıcaklığı, erime noktasına önemli ölçüde bağlıdır. İyi bir seramik ısıtma elemanının erime noktası değeri yüksektir.
Yüksek erime noktasına sahip oldukları için deformasyona uğramadan yüksek sıcaklıklar üretebilirler.
Seramik Isıtma Elemanlarının Avantajları ve Dezavantajları:
Seramik ısıtma elemanlarının bazı avantaj ve dezavantajları vardır, bunlar şunlardır:
Avantajları
- Yeterlik: Seramik ısıtma elemanları oldukça verimlidir. Fiziksel ve materyalistik durumlarını değiştirmeden büyük miktarda ısı üretebilirler. Ayrıca yüksek direnç değerleri nedeniyle geleneksel metal elemanlara göre watt başına daha fazla ısı üretirler.
- Taşınabilirlik: Seramik ısıtıcılar hafif olmaları nedeniyle taşınabilirdir. Küçük bir ofis ve odayı ısıtmak için idealdirler.
- Emniyet: Tüm seramik ısıtıcılar güvenle kullanılabilir.
Dezavantajları
- Yavaş Isıtma: Seramik ısıtıcıların hedeflenen sıcaklığa ulaşması daha uzun zaman alır.
- Gürültü: Seramik ısıtıcılar diğerlerine göre biraz daha gürültülüdür.
SSS
Isıtma elemanı olarak hangi malzeme kullanılabilir?
Isıtma elemanı olarak silisyum karbür, silisyum nitrür, alüminyum oksit (alümina), nikel-krom, molibden-krom-alüminyum ve molibden disilisid kullanılır.
Seramik ısıtıcılar neden daha iyidir?
Seramik ısıtıcılar ısıyı hızlı bir şekilde üretebilir ve kapatıldıktan sonra ısıyı daha uzun süre koruyabilir. Küçük alanlar için oldukça verimli ve etkilidirler.
Çözüm: Seramik ısıtma elemanları endüstriyel uygulamalar ve ev aletleri için olmazsa olmazdır. Güvenilir ısı üretme kabiliyetleri onları modern ısıtma elemanları endüstrisi için değerli bir malzeme haline getirir.
Seramik ısıtma elemanları verimli, taşınabilir ve kullanımı güvenlidir. Malzeme bilimindeki daha fazla ilerleme seramik ısıtma elemanlarını yeni bir seviyeye taşıyacaktır.