Hiểu về thanh gia nhiệt bằng gốm:
Vật liệu gốm có khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt được gọi là các bộ phận gia nhiệt. Sự chuyển đổi năng lượng này xảy ra theo nguyên lý gọi là Nhiệt Joule.
Các bộ phận gia nhiệt bằng gốm có ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng và công nghiệp. Chúng bền lâu, hiệu quả và bền vững ở nhiệt độ cao.
Các loại vật liệu gốm khác nhau thường được sử dụng làm bộ phận gia nhiệt:
Một số vật liệu gốm rất phù hợp làm bộ phận gia nhiệt bằng gốm. Sau đây là những vật liệu gốm được sử dụng phổ biến nhất trong ngành gia nhiệt bằng gốm.
1. Cacbua silic (SiC):
Silicon carbide là vật liệu gốm hàng đầu được sử dụng làm bộ phận gia nhiệt bằng gốm. Đây là hợp chất cứng và vật liệu tinh thể có nhiều ứng dụng khác nhau.
SiC có thể chịu được và hoạt động ở nhiệt độ rất cao lên đến 1973K(Kelvin). Nó có các nguyên tử silicon và carbon. Đây là một bộ phận gia nhiệt bằng gốm phổ biến do có độ dẫn nhiệt cao và khả năng chống hóa chất.
SiC được sử dụng rộng rãi trong gốm sứ, chất bán dẫn và chất mài mòn.
Công thức chuyển đổi nhiệt độ:
1.Kelvin sang Celsius: Celsius (°C)= Kelvin (K)-273,15
2. Độ C sang độ Kelvin: Kelvin (K) = độ C (°C) + 273,15
Lưu ý: Không độ(0°C) Độ C bằng 273,15 độ Kelvin.
2.Silic Nitride (Si3N4):
Silicon Nitride là một vật liệu gốm phổ biến khác được sử dụng trong sản xuất bộ phận gia nhiệt. Nó có thể chịu được nhiệt độ trên 1673,15K.
Nó có những đặc tính đặc biệt như khả năng chịu nhiệt độ cao, chống sốc nhiệt, độ bền cơ học, khả năng chịu hóa chất và hệ số nhiệt thấp.
Si3N4 được sử dụng trong sản xuất linh kiện gốm, chất bán dẫn và thiết bị phòng thí nghiệm. Nó cũng có ứng dụng trong quá trình gia công kim loại hoặc xử lý nhiệt.
3. Nhôm oxit (Al2O3):
Nhôm oxit thường được gọi là alumina. Đây là một trong những vật liệu gốm chính được sử dụng trong các bộ phận gia nhiệt. Nó có thể chịu được nhiệt độ 1873,15K nhờ khả năng chịu nhiệt độ cao.
Al2O3 cũng có tính dẫn nhiệt, cách điện và kháng hóa chất tuyệt vời. Nó thường được sử dụng trong lò công nghiệp, thiết bị gia dụng và thiết bị phòng thí nghiệm.
4.Chất diệt Molypden (MoSi2):
MoSi2 (molypden disilicide) là một bộ phận gia nhiệt bằng gốm phổ biến khác. Kim loại gốm này có khả năng chống oxy hóa và điểm nóng chảy cao. Nó có thể tạo ra nhiệt độ lên tới 2173K trong không khí hoặc oxy.
MoSi2 có thể được sử dụng để tạo ra nhiệt độ cao hơn tùy thuộc vào công nghệ thiết kế. Nó được sử dụng trong lò nung nhiệt độ cao.
Thành phần gốm dễ bị tổn thương ở nhiệt độ phòng.
5. Gốm Bo Nitride nhiệt phân (PBN):
Bo Nitride nhiệt phân (PBN) là vật liệu gốm cực kỳ tinh khiết được sử dụng làm bộ phận gia nhiệt trong ngành bán dẫn, hàng không vũ trụ, thiết bị phòng thí nghiệm và điện tử.
PBN là một thành phần gốm đa năng. Nó có độ dẫn nhiệt cao, độ giãn nở nhiệt thấp, khả năng chống hóa chất cao, cách điện cao và ổn định nhiệt độ. PBN có thể tạo ra nhiệt độ lên tới 1873K.
6.Vật liệu hệ số nhiệt dương (PTC)
PTC là vật liệu gốm độc đáo có hệ số nhiệt độ dương. Điện trở của PTC tăng theo nhiệt độ tăng. Điều này là ngoại lệ vì vật liệu gốm thông thường có hệ số nhiệt độ âm (NTC). Điện trở của chúng giảm theo nhiệt độ tăng.
Các vật liệu PTC phổ biến là PTC gốc bán dẫn, varistor oxit kim loại (MOV) và một số loại polyme.
Chúng được sử dụng rộng rãi trong cảm biến nhiệt độ, bảo vệ mạch, khởi động động cơ, tự điều chỉnh nhiệt độ,quạt thổi kênh bên và chuyển mạch nhạy cảm với nhiệt độ.
Chúng vẫn ổn định ở trạng thái vật chất của chúng ở nhiệt độ lên tới 1273K.
7. Nhôm Nitride (AlN)
Nhôm Nitride là một vật liệu gốm đặc biệt khác được sử dụng làm bộ phận gia nhiệt. Nó có độ dẫn nhiệt cao, cách điện tuyệt vời, giãn nở nhiệt thấp và chống lại hầu hết các hóa chất.
AIN là một bộ phận gia nhiệt bằng gốm phổ biến được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn, đèn LED, linh kiện vi sóng, RF và sản xuất tản nhiệt.
Nhôm Nitride có thể tạo ra nhiệt độ lên tới 873K.
Tính chất của một thanh gia nhiệt bằng gốm tốt:
Hầu như tất cả các vật liệu dẫn điện đều tạo ra nhiệt khi điện chạy qua chúng. Tuy nhiên, không phải tất cả các vật liệu gốm đều có thể sử dụng làm bộ phận gia nhiệt. Các vật liệu gốm phải có một số tính chất cụ thể để được coi là bộ phận gia nhiệt như:
Điện trở:
Vật liệu phải có điện trở cao mới được coi là thành phần gia nhiệt. Siêu dẫn có điện trở thấp. Chúng không thích hợp làm thành phần gia nhiệt vì giá trị điện trở thấp và độ dẫn điện cao.
Mặc dù bộ phận gia nhiệt bằng gốm phải có điện trở cao, nhưng điện trở của nó không được cao như chất cách điện. Chất cách điện không thể truyền điện, nhưng bộ phận gia nhiệt cần có đặc tính truyền điện.
Khả năng chống oxy hóa:
Thông thường, nhiệt làm tăng tốc quá trình oxy hóa của vật liệu gốm. Quá trình oxy hóa làm giảm hiệu quả của các bộ phận gia nhiệt. Nó cũng làm giảm tuổi thọ của chúng.
Một hợp kim được trộn với các bộ phận gia nhiệt để chống oxy hóa. Silicon oxide (SiO2) và nhôm oxide (AI2O3) là những vật liệu chống oxy hóa phổ biến được sử dụng để tạo ra các lớp bảo vệ trên các bộ phận gia nhiệt bằng gốm.
Hệ số nhiệt độ của điện trở:
Điện trở của vật liệu thay đổi theo nhiệt độ. Điện trở của vật liệu dẫn điện tăng theo nhiệt độ.
Vật liệu có hệ số điện trở nhiệt độ cao sẽ gặp phải tình trạng điện trở suất tăng nhanh khi nhiệt độ tăng.
Các thanh gia nhiệt bằng gốm tốt phải có hệ số điện trở nhiệt độ thấp.
Tính chất cơ học:
Một bộ phận gia nhiệt hoàn hảo phải có một số tính chất cơ học. Một trong những tính chất cơ học chính của bộ phận gia nhiệt là độ dẻo. Độ dẻo cho phép các bộ phận gia nhiệt kéo vào dây. Chúng dễ dàng được định hình mà không làm ảnh hưởng đến độ bền kéo của chúng đối với tính chất này.
Khả năng chống biến dạng là một đặc tính cơ học khác phải có của các bộ phận gia nhiệt bằng gốm. Một bộ phận gia nhiệt bằng gốm phù hợp có thể duy trì trạng thái thực tế của nó ở nhiệt độ cao cho khả năng chống biến dạng cơ học này.
Ngược lại, vật liệu cứng có thể bị hư hỏng ở nhiệt độ cao. Vì vậy, chúng không thích hợp làm bộ phận gia nhiệt.
Điểm nóng chảy:
Điểm nóng chảy được đề cập đến nhiệt độ mà hợp chất rắn chuyển thành chất lỏng. Nhiệt độ hoạt động của các bộ phận gia nhiệt phụ thuộc đáng kể vào điểm nóng chảy. Một bộ phận gia nhiệt bằng gốm tốt có giá trị điểm nóng chảy cao.
Chúng có thể tạo ra nhiệt độ cao mà không bị biến dạng do có điểm nóng chảy cao.
Ưu điểm và nhược điểm của thanh gia nhiệt bằng gốm:
Thanh gia nhiệt bằng gốm có một số ưu điểm và nhược điểm như sau:
Thuận lợi
- Hiệu quả: Các bộ phận gia nhiệt bằng gốm có hiệu suất cao. Chúng có thể tạo ra nhiệt lượng lớn mà không làm thay đổi trạng thái vật lý và vật chất của chúng. Chúng cũng tạo ra nhiều nhiệt hơn trên mỗi watt do có giá trị điện trở cao hơn so với các thành phần kim loại truyền thống.
- Tính di động: Máy sưởi gốm có thể di chuyển được vì trọng lượng nhẹ. Chúng lý tưởng để sưởi ấm một văn phòng và phòng nhỏ.
- Sự an toàn: Tất cả các máy sưởi gốm đều an toàn khi sử dụng.
Nhược điểm
- Làm nóng chậm: Máy sưởi gốm mất nhiều thời gian hơn để đạt được nhiệt độ mong muốn.
- Tiếng ồn: Máy sưởi gốm có tiếng ồn hơn một chút so với các loại khác.
Câu hỏi thường gặp
Vật liệu nào có thể được sử dụng làm bộ phận gia nhiệt?
Silic cacbua, Silic nitrua, Nhôm oxit (Alumina), niken-crom, molypden-crom-nhôm và molypden disilicide được sử dụng làm bộ phận gia nhiệt.
Tại sao máy sưởi gốm lại tốt hơn?
Máy sưởi gốm có thể tạo nhiệt nhanh và giữ nhiệt lâu hơn sau khi tắt. Chúng có hiệu suất cao và hiệu quả cho không gian nhỏ.
Phần kết luận: Các bộ phận gia nhiệt bằng gốm là thiết yếu cho các ứng dụng công nghiệp và thiết bị gia dụng. Khả năng tạo nhiệt đáng tin cậy của chúng làm cho chúng trở thành vật liệu có giá trị cho ngành công nghiệp bộ phận gia nhiệt hiện đại.
Các bộ phận gia nhiệt bằng gốm hiệu quả, di động và an toàn khi sử dụng. Sự tiến bộ hơn nữa trong khoa học vật liệu sẽ đưa các bộ phận gia nhiệt bằng gốm lên một tầm cao mới.