論硅鉬棒和硅碳棒的溫度
特性與使用禁忌
常用于高溫區(qū)的加熱元件：硅鉬棒和硅碳棒，竟然不能在低溫區(qū)間內(nèi)使用？沒錯，我們說的就是在各種高溫爐中擔(dān)當加熱核心的硅鉬棒和硅碳棒。它們能輕松挑戰(zhàn)1600℃以上的極限高溫，但令人意外的是，長時間在看似安全的低溫段，對它們造成的傷害可能比高溫沖擊更為致命。這種特性，并非設(shè)計缺陷，而是由其獨特的材料特性決定的。低溫下會引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致元件損壞。今天，我們就來深入聊聊這個話題，揭秘硅碳棒與硅鉬棒在低溫段長時間使用究竟隱藏了哪些風(fēng)險。
首先介紹一下硅鉬棒（MoSi?加熱元件），不能在低溫段長時間使用主要與其材料特性和氧化保護機制有關(guān)。原因如下：
保護膜形成溫度
硅鉬棒在高溫下依靠表面形成一層致密的二氧化硅（SiO?）薄膜來抵抗氧化。
在600℃下短時間保溫不會對加熱元件造成損壞。保護膜在約1400?℃以上的溫度段可以穩(wěn)定存在。但在較低溫度（通常低于 400–700?℃，視環(huán)境而定）時，其致密性不足甚至?xí)霈F(xiàn)微裂，氧氣能直接進入材料內(nèi)部，加速氧化與脆化。
表面氧化保護層開裂脫落
低溫氧化與粉化現(xiàn)象
粉化現(xiàn)象是指加熱元件有黃色粉末析出。這個現(xiàn)象通常發(fā)生在450°C左右，這是由于鉬元素與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)。
在空氣或富氧環(huán)境中，當硅鉬棒暴露在低溫段（大約 400–700?℃）時，SiO?保護層不能有效形成或被破壞，MoSi?會發(fā)生體積膨脹的低溫氧化反應(yīng)，使材料表面粉化、剝落。
這種現(xiàn)象一旦發(fā)生，損傷是不可逆的，會顯著縮短壽命。
熱應(yīng)力與脆性問題
硅鉬棒在低溫下呈脆性狀態(tài)，頻繁啟動、冷熱沖擊易導(dǎo)致斷裂。
特別是在低溫段長時間通電加熱，棒體各部分溫度分布不均，熱應(yīng)力累積更易產(chǎn)生裂紋。
所以，硅鉬棒應(yīng)盡量避免長時間在低溫段運行，通常建議快速升溫通過低溫階段，在中高溫段（如≥ 1200?℃）正常工作，以發(fā)揮其耐高溫、抗氧化的優(yōu)勢并延長使用壽命。如果加熱元件電極上如有較多的粉化現(xiàn)象時必須清除掉，注意做好防護措施。
硅鉬棒安全升溫曲線（參考）
適用于常規(guī)的MoSi? 加熱元件，在空氣氣氛下使用。具體參數(shù)需結(jié)合爐型與工藝要求進行調(diào)整。
但是硅鉬棒也不是絕對禁止在低溫段使用。有些工藝如：氧化物陶瓷排膠和燒結(jié)工藝。在樣品燒結(jié)前，必須在600℃以下進行排膠，這個過程有時需要相當長的時間，之后會繼續(xù)升溫至1400℃以上。加熱元件會修復(fù)在低溫段被消耗掉的二氧化硅保護層。由于加熱元件屬于消耗品，不可能無限修復(fù)保護層。硅鉬棒總的使用壽命約2000-5000個小時，或100-300個熱循環(huán)。
硅碳棒（SiC 加熱元件）和硅鉬棒在低溫段不能長時間使用的原因有相似之處，如：在空氣中高溫時表面會生成致密的 SiO? 保護層，起到隔絕氧化的作用。但機理略有不同，主要原因如下：
低溫氧化與粉化（Pesting）
在 200–800?℃ 之間，其表面會形成結(jié)構(gòu)疏松的“白色氧化物”（低密度的二氧化硅）。這個 SiO? 層結(jié)構(gòu)疏松、附著力差，疏松的氧化膜無法有效阻止內(nèi)部硅（Si）的進一步氧化和碳（C）的逸出。
SiC 在低溫區(qū)易發(fā)生氧化粉化現(xiàn)象后，顆粒界面氧化、體積膨脹，使材料表層松散剝落，電阻迅速變化甚至斷裂。
機械強度變差
硅碳棒在中低溫段機械強度較高，但沖擊韌性差，快速冷熱變溫會在晶粒間產(chǎn)生應(yīng)力集中。
氧化層與內(nèi)部未氧化的碳化硅基體熱膨脹系數(shù)不同，結(jié)合力很弱。輕微的機械震動，如裝卸工件、清理爐膛或熱沖擊都可能導(dǎo)致元件斷裂，非常脆弱。
啟停循環(huán)壽命衰減
如果頻繁在低溫階段啟停，保護層反復(fù)生成/破壞，會加速壽命衰減。
使用建議
快速通過低溫段（建議加熱速率 ≥ 5～10?℃/min），避免在200–800?℃長時間保溫。
穩(wěn)定運行宜在1000?℃以上溫區(qū)，充分利用穩(wěn)定的SiO?保護層。
減少冷啟動次數(shù)，必要時可小電流預(yù)熱縮短低溫段停留。
硅碳棒加熱元件升溫曲線圖
具體參數(shù)需結(jié)合爐型與工藝要求進行調(diào)整。
硅碳棒還有一個區(qū)別于硅鉬棒特有的特征：硅碳棒電阻值會隨著使用年限增加而增加，這個過程稱為老化。如果長期在低溫段使用，老化的過程會更快。其加熱功率會相應(yīng)地下降，表現(xiàn)為升溫慢或無法達到設(shè)定溫度。為確保設(shè)備有足夠的加熱功率，可修改控制器參數(shù)，提高輸出功率百分比值?？ú┤R特使用硅碳棒加熱元件的設(shè)備，都預(yù)留了足夠的輸出功率。當輸出功率百分比設(shè)置為 100% 時，則需要更換一組新的加熱元件。
最后總結(jié)：以下是這兩種加熱元件的溫度特性。從圖表中可以看出無論是硅鉬棒（MoSi?）還是硅碳棒（SiC）加熱元件都不適用于低溫段。低溫段的溫度范圍略有不同，為了方便記憶，我們一律建議這兩種加熱元件的最低使用溫度為800?℃以上。工作溫度低于800?℃建議使用鐵鉻鋁加熱絲的設(shè)備。
20
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務(wù)