المنت سرامیکی | المنت حرارتی | هیترهای سرامیکی | المنت

المنت سرامیکی بر اساس اصل گرمایش با مقاومت الکتریکی عمل می کند که می توان به عنوان گرمای تولید شده توسط ماده ای با مقاومت الکتریکی بالا به عنوان جریانی که از المنت عبور کرده، تعریف شود.

زمانی که جریانی از المنت گرمایشی از سرامیک می گذرد، این ماده در برابر جریان الکتریسیته مقاومت بالایی دارد و گرما نیز تولید می کند.

گروه های اصلی المنت سرامیکی

با توجه به اینکه تعداد زیادی از المنت های گرمایشی سرامیکی در دسترس طراحان کوره وجود دارد، هیترهای سرامیکی به طور کل به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

میله های سرامیکی
کلاف ها و سیم های یک آلیاژ تعبیه شده در صفحه ای از عایق سرامیکی

در ساده ترین سطح، این انواع اِلمنت حرارتی سرامیکی بر اساس یک اصل عمل می کنند.

آشنایی با انواع اِلمِنت های سرامیکی

اِلمِنت سرامیکی تخت
اِلمِنت سرامیکی گرد ( استوانه ای )
اِلمِنت سرامیکی وکیوم
اِلمِنت سرامیکی تابشی
و غیره

ویژگی های اصلی یک المنت سرامیکی خوب

ضریب مقاومت الکتریکی
مقاوم در برابر اکسیداسیون
ضریب مقاومت دما
انعطاف پذیر
مقاوم در برابر تغییر شکل
نقطه ذوب

در ادامه به طور اختصاصی همه ی موارد بالا به طور کامل شرح داده می شود.

ضریب مقاومت الکتریکی چیست؟

ضریب مقاومت الکتریکی ماده توانایی آن را برای تولید گرما متناسب با مقدار جریانی که از آن عبور می کند، تعیین می کند. بنابراین خروجی حرارتی اِلمِنت های سرامیکی با بار الکتریکی و خواص مقاومتی ذاتی آن تعیین می شود.

در بهترین شرایط، المنت در برابر جریان الکتریکی مقاومت می کند و گرما تولید می کند که به سمت بیرون به داخل محفظه عملیات حرارتی انتقال می دهد.

مهمترین مزیت این کار در مقایسه با احتراق افزایش کارایی بسیار زیاد است، بدلیل اینکه 100٪ برق ارائه شده به المنت از نظر تئوری به گرما تبدیل می شود.

کاربرد مقاومت الکتریکی المنت های حرارتی سرامیکی

مواد تشکیل دهنده المنت گرمایشی سِرامیکی معمولی، کاربید سیلیکون با خلوص بالا (SiC) است که می تواند در میله ها، المنت های تخت چند پایه و برش مارپیچ استفاده شود.

طول و قطر این المنت را می توان با توجه به نوع و مکان استفاده تغییر داد، در حالی که پایداری حرارتی فوق العاده این نوع اِلمِنت همیشه استحکام خود را حفظ می کند.

این کار نصب المنت را ساده می کند و خطر را کاهش می دهد که گرمای تولید شده از طریق کوره پخش شود و به تجهیزات حساس آسیب برساند.

اِلمِنت های سِرامیکی کاربید سیلیکون دارای راندمان الکتریکی بهبود یافته ای هستند و صد در صد تمام برق عرضه شده را به گرما با افت کم عمق از نظر بارگذاری وات تبدیل می کنند.

مقاوم در برابر اکسیداسیون

گرما می تواند باعث اکسیداسیون در مواد شود و یک ماده گرم کننده را از بین ببرد و کارایی آن را کاهش دهد.

اکسیداسیون بر طول عمر المنت های حرارتی تأثیر می گذارد. از این رو، یک المنت گرمایشی باید در برابر اکسیداسیون مقاوم باشد.

برای محافظت از المنت حرارتی سرامیکی از اثرات نامطلوب اکسیداسیون، می توانید آن ها را با اکسید سیلیکون یا اکسید آلومینیوم بپوشانید.

ضریب مقاومت دما

معمولاً با افزایش دما المنت های حرارتی سرامیکی مقاومت بالایی از خود نشان می دهند، دارای ضریب مقاومت در دمای بالا هستند.

المنت های سرامیکی باید دارای ضریب مقاومت در دمای پایین نیز باشند.

در مواردی که میزان تغییر مقاومت را می توان پیش بینی کرد، یک ضریب مقاومت در دمای بالا ایده آل است.

این به این دلیل است که افزایش سریع مقاومت، قدرت بیشتری را به مواد گرمایشی می رساند.

انعطاف پذیر

المنت گرمایشی سرامیکی باید انعطاف پذیر باشد تا بتواند به راحتی به سیم کشیده شوند و بدون تغییر در کارایی به شکل های مختلف دستکاری شود.

مقاوم در برابر تغییر شکل

توقعی که می توان از یک اِلِمِنت گرمایشی سرامیکی خوب داشت این است که بتواند تغییر شکل را در دماهای بسیار بالا تحمل کند.

نقطه ذوب

این نوع المنت می تواند مقدار زیادی گرما را بدون تغییر حالت خود تولید کند.

یکی از مزایای المنت های حرارتی سرامیکی نسبت به المنت های حرارتی فلزی این است که اولی نقطه ذوب بالایی دارد.

متریال های اصلی المنت سرامیکی

برخی از مواد سرامیکی برای ساخت المنت حرارتی مناسب هستند.

عناصر حرارتی ساخته شده از این مواد را المنت گرمایش سرامیکی می نامند. در ادامه با مواد تشکیل دهنده المنت سرامیکی آشنا می شوید:

کاربید سیلیکون (SiC)

کاربید سیلیکون یکی دیگر از مواد مورد استفاده در ساخت المنت های سرامیکی است.
این ماده به دلیل عدم تغییر شکل در دماهای بالا و ضریب انبساط حرارتی پایینی که دارد به عنوان المنت حرارتی مناسب است.
از نظر شیمیایی بی اثر است و از خوردگی یا اکسیداسیون مقاوم است.
المنت حرارتی کاربید سیلیکون می توانند دمای گرمایش تا 1973 کلوین را ایجاد کنند.

نیترید بور پیرولیتیک (PBN)

هر دو PBN و PG بسیار خالص بوده (99.99٪ یا حتی بالاتر) و در فضای خلاء بسیار پایدار هستند.
المنت حرارتی PBN-PG می تواند بسیار بادوام باشد و محفظه ای که در آن قرار دارد را تمیز نگه دارد.
قابلیت آن را دارد که تا 1873K فوق العاده بالا در مدت زمان بسیار کوتاهی بدون انتشار هیچ جزء گازی گرم کرد.
این المنت گرمایشی سرامیکی محصولاتی ایده آل برای صنایع نیمه هادی و کاربردهایی هستند که به دمای بالا، خلا بالا و خلوص بالا نیاز دارند.

دی سیلیس مولیبدن (MoSi2)

دی سیلیس مولیبدن یک ماده رایج برای ساخت المنت حرارتی سرامیکی است.
این عایق سرامیکی – فلزی دارای نقطه ذوب بالا و مقاومت اکسیداسیون بالایی می باشد.
برای کوره هایی با دمای بالا ایده آل است.
المنت های حرارتی، دی سیلیسید مولیبدن می توانند دمای گرمایش حدود 2173 کلوین را ایجاد کنند.
با این المنت گرمایشی سرامیکی با احتیاط رفتار کنید، زیرا در دمای اتاق شکننده هستند.

مواد ضریب حرارتی مثبت (PTC)

با استفاده از مواد ضریب حرارتی مثبت، مقاومت در هنگام گرم شدن تا حد زیادی افزایش پیدا می کند.
این به مواد PTC این توانایی را می دهد که به عنوان ترموستات خود عمل کنند و درجه گرم شدن آنها را تنظیم کنند.
به طور معمول می توانند دمای گرمایش تا 1273 کلوین را ایجاد کنند.

نیترید آلومینیوم (AlN)

نیترید آلومینیوم معمولاً در ساخت المنت حرارتی سرامیکی پیشرفته استفاده می شود.
المنت گرمایش سرامیکی ساخته شده از این ماده معمولاً دارای رسانایی حرارتی بالا و مقاومت در برابر خوردگی بالایی هستند.
آن ها سریعتر به 873K گرم می شوند و توزیع حرارتی هم وجود دارد.

موارد استفاده المنت های حرارتی سرامیکی

خشک کن هوای گرم
آبگرمکن
حمام صنعتی
و غیره