اصول کار المنت های سرامیکی چیست؟

انسان هزاران سال پس از کشف آتش هنوز به آتش توجه و نیاز دارد. ما به سوخت ها در فرایندهای بیشمار روزمره و صنعتی، از گرمایش خانگی تا پردازش حرارتی وابسته ایم. اما این روش تولید گرما به ویژه در بازارهای صنعتی نامناسب است. کوره های گاز طبیعی هنوز در بازارهای پرداخت گرما به وسعت استفاده می شوند در حالی که شرکت های تولیدی بیشتر به روش نسبتا پیشرفته تولید گرما از الکتریسیته روی می آورند.موارد کاربری المنت کمربندی

المنت های سرامیکی و فلزی بر اساس اصل گرمایش مقاومت الکتریکی، که به صورت گرمایی که توسط یک ماده دارای مقاومت الکتریکی زیاد حین عبور یک جریان تعریف می شود، کار می کند. زمانی که جریان از المنت های میله ای یا سرامیکی عبور می کند، ماده در برابر جریان الکتریکی مقاومت کرده و تولید گرما می کند. این توضیحی پایه ای از یک مفهوم پیچیده است، اما به طور کلی این اصل برای المنت های سرامیکی و میله ای در کوره های صنعتی صحیح است.موارد کاربری المنت کمربندی

المنت های سرامیکی و گرمایش مقاومتی

در حالی که انواع بیشماری المنت حرارتی در اختیار طراحان کوره است، هیترهای سرامیکی عموما در یکی از این دو دسته قرار می گیرند:

• میله های سرامیکی بدون پوشش
• سیم پیچ ها، تسمه ها و سیم هایی از آلیاژی تعبیه شده در پوششی از عایق سرامیکی.

در ساده ترین سطح، این المنت های حرارتی طبق اصول یکسانی کار می کنند.

ثابت مقاومت الکتریکی ماده، توانایی آن ماده در تولید گرمای متناسب با مقدار جریان عبوری از ماده را تعیین می کند. بنابراین، خروجی گرمایی یک المنت سرامیکی توسط بار الکتریکی اش و خصوصیات مقاومتی درونی آن تعیین می شود. تحت شرایط ایده‌آل، المنت در برابر گردش جریان مقاومت کرده و گرما تولید می کند که به بیرون از محفظه پرداخت گرما می تابد. از آنجا که ۱۰۰٪ الکتریسیته ورودی از منظر نظری به گرما تبدیل می شود، فایده اولیه این روش نسبت به سوختن افزایش بزرگ بهره وری است.موارد کاربری المنت کمربندی

عوامل موثر در انتخاب نوع سرامیک

با این حال عوامل مرتبط متعددی وجود دارند که می تواند این دو خصوصیت ذکر شده را تحت تأثیر قرار دهند. ترکیب آلیاژ، ابعاد المنت، مقدر وات در حال بارگذاری، ولتاژ و طراحی دستگاه تنها انتخابی از این ویژگی های مهم و اساسی هستند.موارد کاربری المنت کمربندی
به عنوان مثال، جنس المنت سرامیکی بدون پوشش معمولی سیلیکون کاربید (SiC) دارای خلوص بالا است که می تواند در میله ها، و هیترهای مارپیچی  استفاده شود. طول و قطر این المنت ها را می توان نسبت به ابعاد مشخص کوره سفارشی کرد، در حالی که پایداری حرارتی-مکانیکی ویژه مواد به این معنی است که ماده همیشه استحکامش را حفظ می کند.موارد کاربری المنت کمربندی

این مهم از آن جا که نیازی به نصب یا تعبیه در دیواره کوره نیست، راه اندازی هیتر را آسان می کند و ریسک پخش گرمای تولیدی از کوره و آسیب به تجهیزات حساس را می کاهد. همچنین المنت های سرامیکی سیلیکون کاربیدی با تبدیل ۱۰۰ درصدی همه الکتریسیته ورودی به گرما به همراه افت کم به لحاظ بارگذاری وات، بهره‌وری الکتریکی بهبودیافته خود را به رخ می کشند.موارد کاربری المنت کمربندی

مشکلات المنت سرامیکی

ایراد المنت های سرامیکی بدون پوشش از جنس سیلیکون کاربید این است که ماده تماما متراکم نیست که آن را مستعد واکنش متقابل با گازهای اتمسفری در دماهای بالا می سازد. این واکنش ها روی سطح مقطع رسانای المنت اثر گذاشته که به تدریج باعث افزایش مقاومت الکتریکی طی زمان می شود. در حقیقت، مقاومت المنت گرمایش سرامیکی سیلیکون کاربیدی را می توان تا قبل از انتهای عمر استفاده اش تا حدود ۳۰۰ ٪ افزایش داد.موارد کاربری المنت کمربندی

مزایای استفاده از هیتر سرامیکی

یکی از فواید فراوان استفاده از المنت سرامیکی این است که بدون این که چنان داغ شود که ریسک سوختگی با آتش سوزی ایجاد کند، منبع ثابتی از گرما فراهم می نماید. از آن جا که سیم های المنت در هیتر سرامیکی کاملا با تایل های سرامیکی پوشانده شده است، این المنت از انواع دیگر که می توانند جرقه یا دیگر خطرات ایمنی را در صورت ایراد المنت های گرمایی ایجاد کنند امن تر است.موارد کاربری المنت کمربندی

مبانی المنت سرامیکی

المنت های سرامیکی به منظور کاربردهای مختلف، اشکال متعددی را در بر می گیرند. با این وجود، هیترهای سرامیکی پیشرفته ای که نوع متفاوتی از المنت گرمایش دارند موجود است. این مواد عموماً مسطح بر خلاف سیم های پیچیده شده در هیترهای مرسوم شده تنها چند هزارم اینچ ضخامت داشته و با تطبیق ضریب انبساط گرمایی (CTE) آنها با ضریب انبساط گرمایی مواد شبکه سرامیکی می توان آنها را به سطوح عملکرد گرمایی بالاتر رساند.

مناسب است تا ویژگیهای مواد سرامیکی را برای درک بهتر چگونگی عملکرد بهتر المنت های سرامیکی پیشرفته مرور کنیم.  مواد سرامیکی جامدهای معدنی هستند و ممکن است ساختار کریستالی یا نسبتا کریستالی و یا بی شکل (مثل شیشه) داشته باشند. سفالگری یکی از نخستین نمونه های استفاده انسان از سرامیک است.موارد کاربری المنت کمربندی

مهندسان با گذر زمان سرامیک های جدیدی را برای مصارف خاصی توسعه دادند. این مواد با خلوص مشخصی سنتز می شوند تا کارایی الکتریکی، گرمایی و مکانیکی مشخصی را تامین نمایند.خرید المنت تسمه ای

فرایند ساخت عمومی این مواد فشرده سازی مواد خام پودرشده در فشارهای زیاد به همراه پختن در دماهای بالا را در بر می گیرد. خلوص کنترل شده و شیمی مواد حاصل، ساختارهای یکپارچه و از نظر هندسی پایداری را تولید کرده که جهت استفاده به عنوان مواد انواع المنت مورد علاقه هستند.موارد کاربری المنت کمربندی

موادی که در هیترهای سرامیکی پیشرفته قابل استفاده هستند آلومینا (Al₂O₃)، سیلیکون نیترید (Si₃N₄)، بریلیوم اکسید (‌BeO) و الومینیوم نیترید (AlN) را شامل می شود.موارد کاربری المنت کمربندی

سرامیک ثابت الکتریکی بالایی دارد که استفاده مواد سرامیکی نسبتا کم در یک المنت کمربندی را ممکن می سازد. متعاقبا، همانطور که در این گراف زمان/دما برای چندین مدل گرمایش سرامیکی مختلف واضح است، دمای هیترهای سرامیکی می تواند به سرعت افزایش یابد.