Tấm sưởi chịu nhiệt độ caoThường có nghĩa là nhiệt độ làm việc trongTrên 300 ° CThậm chí cao tới mức1800 ° CYếu tố làm nóng hoặc nền thiết bị. Sự lựa chọn vật liệu của nó là một dự án hệ thống, cần phải cân nhắc tổng hợp nhiều nhân tố.

I. Thường gặpTấm sưởi chịu nhiệt độ caoPhân loại vật liệu

Chúng ta có thể hiểu từ hai cấp độ:Vật liệu của yếu tố làm nóngVàVật liệu của Substrate/Carrier Board. Cả hai đều cần chịu nhiệt độ cao, nhưng trọng tâm bên là khác nhau.

(1) Vật liệu làm nóng (phần thực sự tạo ra nhiệt)

Loại vật liệu này xác định nhiệt độ giới hạn của tấm sưởi và hiệu quả chuyển đổi nhiệt điện.

　　Dây điện trở (đối với tấm sưởi ấm nhiệt độ thấp và trung bình,<600 ° C)

　　Vật liệu chung:Hợp kim niken-crom (ví dụ Cr20Ni80), hợp kim sắt-crom-nhôm (ví dụ Cr25Al5).

　　Tính năng:Công nghệ trưởng thành và chi phí thấp hơn. Khả năng chống oxy hóa tốt và tuổi thọ cao của dây niken-crom; Dây nhôm sắt crôm có độ bền nhiệt độ cao tốt, nhưng dễ bị giòn ở nhiệt độ cao. Chủ yếu được sử dụng trong phòng thí nghiệm tấm sưởi nhỏ hoặc thiết bị sấy công nghiệp.

　　Thanh Silicon Carbon (Nhiệt độ hoạt động: 600 ° C - 1600 ° C)

　　chất liệuChất cacbua silic (SiC)

　　Tính năng:Điện trở là hệ số nhiệt độ dương ở nhiệt độ cao và có chức năng bảo vệ giới hạn dòng chảy tự động. Khả năng chịu nhiệt nhanh và lạnh tốt hơn, nhưng nó sẽ dần dần bị oxy hóa và mịn hơn ở nhiệt độ cao, và cuối cùng bị gãy. Thích hợp cho lò Maver, lò điện thí nghiệm, vv

　　Thanh silicon molypden (Nhiệt độ làm việc: 700 ° C - 1800 ° C)

　　chất liệuMolybdenum disulfide (MoSi₂) (bằng tiếng Anh).

　　Tính năng:Hiện tạiMột trong những cơ quan nhiệt độ cao chính thống nhất. Trên 400 ° C sẽ tạo thành một lớp kính thạch anh dày đặc (SiO₂) thụ động màng, ngăn chặn quá trình oxy hóa hơn nữa, chống oxy hóa tốt. Ở nhiệt độ phòng rất giòn, cần tránh va chạm. Thường được sử dụng trong lò thiêu kết nhiệt độ cao, lò phát triển tinh thể, v.v.

　　Molybdenum, tantali, vonfram và các kim loại khác sưởi ấm cơ thể (nhiệt độ làm việc:>1500 ° C)

　　chất liệuKim loại nguyên chất hoặc hợp kim.

　　Tính năng:Điểm nóng chảy cao, có thể đạt được nhiệt độ cực cao (lên đến 2000 ° C) trong môi trường chân không hoặc trơ. Nhưng chúngRất dễ oxy hóaPhải được sử dụng trong bầu không khí bảo vệ hoặc chân không. Chi phí đắt đỏ, chế biến khó khăn lớn. Được sử dụng trong luyện kim đặc biệt, lò đơn tinh thể bán dẫn và các lĩnh vực khác.

　　Cơ thể sưởi ấm phi kim loại

　　Than chì:Độ dẫn điện tốt, có thể được sử dụng làm chất làm nóng (~2500 ° C) trong môi trường chân không hoặc trơ, nhưng nhiệt độ cao dễ bị oxy hóa và cần được bảo vệ.

　　Sợi carbon/cảm thấy carbon:Vật liệu mới, nóng lên nhanh, cường độ nhiệt độ cao tốt, nhưng cũng sợ oxy hóa.

(II) Vật liệu tấm nền/tấm tàu sân bay (phần mang cơ thể nóng và tiếp xúc với vật được làm nóng)

Loại vật liệu này cần có khả năng chịu nhiệt độ cao, dẫn nhiệt và độ bền cơ học tuyệt vời.

　　Tấm mica (Nhiệt độ hoạt động:<500 ° C - 800 ° C)

　　Tính năng:Được làm bằng mica tự nhiên hoặc tổng hợp, cách nhiệt tốt, dẫn nhiệt đồng đều, tính linh hoạt tốt và chi phí thấp. Nó là phổ biến nhất.Nhiệt độ trung bình thấpVật liệu cơ bản của tấm sưởi ấm, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng (lò sưởi điện, lò nướng), đệm sưởi công nghiệp, v.v.

　　Tấm gốm (Nhiệt độ hoạt động: vài trăm ° C đến>1600 ° C)

　　Các loại phổ biến:

　　Alumina gốm sứ (Al₂ O₃):Chất nền nhiệt độ cao thường được sử dụng, nội dung 95% -99%. Tính cách điện, tính dẫn nhiệt, cường độ cơ khí đều tốt, chi phí vừa phải. Thích hợp cho hầu hết các dịp sưởi ấm công nghiệp.

　　Nhôm Nitride Gốm sứ (AlN):Tính chất dẫn nhiệttốt(cao hơn nhiều so với oxit nhôm), hệ số giãn nở nhiệt phù hợp với chip silicon, là vật liệu lý tưởng để đóng gói điện tử và chất nền tản nhiệt, nhưng成本高昂。

　　Silicon cacbua (SiC):Độ cứng cao, dẫn nhiệt tốt, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, nhưng giòn, xử lý khó khăn và chi phí cao. Đối với điều kiện làm việc.

　　Tính năng:Chịu nhiệt độ cao, cách nhiệt, ổn định hóa học tốt. lànhiệt độ caoChất nền của tấm sưởi ấm.

　　Chất nền kim loại (Nhiệt độ hoạt động:<500 ° C)

　　Vật liệu chung:Hợp kim nhôm, thép không gỉ.

　　Tính năng:Dẫn nhiệtGiaiDễ dàng gia công và lắp đặt máy móc. Nhưng nó thường không được cách nhiệt và cần phải được xử lý cách nhiệt với các cơ quan nhiệt như dây điện trở. Nó thường được sử dụng trong những dịp cần truyền nhiệt nhanh và độ bền cơ học, chẳng hạn như lớp dưới của chất nền gốm đồng (DBC).

　　Vật liệu composite

　　Ví dụ:Tấm composite "mica+gốm", được thiết kế để kết hợp những lợi thế của cả hai, được sử dụng trong một phạm vi nhiệt độ cụ thể.

Lựa chọn căn cứ và quy trình quyết định

Khi chọn vật liệu tấm sưởi chịu nhiệt độ cao, các yếu tố sau đây nên được xem xét một cách có hệ thống và sắp xếp theo thứ tự ưu tiên:

　　1. Nhiệt độ hoạt động tối đa (yếu tố chính)

Đó là sự ràng buộc khó khăn nhất. Phải đảm bảo nhiệt độ sử dụng lâu dài của vật liệu đã chọnCao hơnNhiệt độ xử lý tối đa của bạn và để lại một khoản phụ cấp an toàn nhất định (thường được khuyến nghị là ≥50 ° C - 100 ° C).

　　< 300 ° C:Tùy chọn tấm mica bình thường hoặc chất nền kim loại.

　　300 ° C - 800 ° C:Tấm mica hiệu suất cao hoặc tấm gốm alumina 95% được ưa thích.

　　800 ° C - 1200 ° C:Phải chọn tấm gốm alumina làm chất nền, thân nhiệt có thể chọn thanh silicon carbon.

　　> 1200 ° C:Nhôm oxit hoặc chất nền gốm (như SiC) phải được lựa chọn, thanh molypden silicon nóng. Đối với>1500 ° C, cần xem xét MoSi₂ hoặc nhiệt kim loại+chân không/không khí bảo vệ.

　　2. Môi trường không khí (cực kỳ quan trọng)

Các vật liệu biểu hiện khác nhau giữa các bầu không khí khác nhau.

　　Khí quyển oxy hóa (không khí):Hầu hết các kim loại không bị oxy hóa và phải sử dụng vật liệu gốm hoặc hợp kim đặc biệt như Inconel. Thanh silicon molypden có hiệu suất tuyệt vời trong môi trường này.

　　Khí quyển giảm (H₂, CO):Nhiều oxit được khử, làm cho vật liệu thất bại hoặc làm ô nhiễm phôi. Graphite, molypden, vonfram và các vật liệu khác cần được lựa chọn tại thời điểm này, hoặc áp dụng một lớp bảo vệ trên bề mặt.

　　Môi trường chân không:Các vấn đề oxy hóa được tránh, nhưng tốc độ bay hơi và bức xạ nhiệt của vật liệu cần được xem xét. Kim loại và than chì là những lựa chọn phổ biến.

　　Khí quyển ăn mòn (axit, kiềm, phun muối):Vật liệu trơ hóa học cần được lựa chọn, chẳng hạn như gốm nhôm oxit có độ tinh khiết cao, bạch kim hoặc lớp phủ đặc biệt.

　　3. Mật độ năng lượng và phân phối nhiệt

　　Mật độ công suất (W/cm²):Công suất nhiệt trên một đơn vị diện tích. Mật độ công suất càng cao, yêu cầu về khả năng dẫn nhiệt và khả năng chịu sốc nhiệt của vật liệu càng cao. Chất nền gốm thường chịu được mật độ năng lượng cao hơn mica.

　　Tính đồng nhất của phân phối nhiệt:Độ dẫn nhiệt của chất nền là rất quan trọng nếu cần sưởi ấm đồng đều. Chất nền kim loại và gốm nhôm nitride có lợi thế trong lĩnh vực này. Cách sắp xếp các chất gây sốt cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố nhiệt.

　　4. Yêu cầu cách nhiệt

Nếu tấm sưởi cần phải có mạch điện hoặc cách ly với vật dẫn điện được sưởi ấm, thì chất nềnCách điệnChính là tất yếu. Mica và gốm sứ là chất cách điện tuyệt vời, trong khi chất nền kim loại không có đặc tính này.

　　5. Sức mạnh cơ học và khả năng chống sốc nhiệt

　　Sức mạnh cơ học:Đề cập đến khả năng của vật liệu để chống lại các lực bên ngoài (như rung, sốc). Kim loại và một số đồ gốm như SiC có độ bền cao hơn.

　　Chống sốc nhiệt:Đề cập đến khả năng chống nứt của vật liệu dưới sự thay đổi nhiệt độ mạnh mẽ. Nó phụ thuộc vào hệ số giãn nở nhiệt và độ dẫn nhiệt của vật liệu. Ví dụ, thủy tinh thạch anh có hệ số giãn nở nhiệt rất thấp, khả năng chống sốc nhiệt; Còn thủy tinh thì rất kém cỏi. Thanh silicone molypden rất giòn ở nhiệt độ phòng và cần hết sức cẩn thận khi xử lý.

　　6. Chi phí ngân sách

Chi phí là yếu tố cân nhắc thực tế. Từ thấp đến cao là:Mica tấm<chất nền kim loại<alumina gốm<alumina gốm<nitride nhôm gốm ≈ SiC<MoSi₂ nhiệt cơ thể<molypden/vonfram nhiệt cơ thể. Cần tìm sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu suất và chi phí.

Tóm tắt và chọn sơ đồ dòng chảy

　　Ý tưởng cốt lõi:​Trước tiên định nhiệt độ, sau đó nhìn môi trường, chiếu cố tính năng, cuối cùng cân nhắc chi phí.

　　Làm rõ các thông số quy trình:Nhiệt độ tối đa? Khí quyển? (Không khí/Chân không/H₂) (Có cần cách nhiệt không? Mật độ năng lượng cần thiết?

　　Sàng lọc cơ thể nhiệt:Tùy thuộc vào nhiệt độ và bầu không khí, xác định loại nhiệt có sẵn (ví dụ: thanh silicon-molypden, dây điện trở, v.v.).

　　Chọn Substrate:Tùy thuộc vào nhiệt độ, khí quyển, dẫn nhiệt, nhu cầu cách nhiệt, chọn chất nền phù hợp (ví dụ mica, gốm alumina).

　　Đánh giá toàn diện:Đánh giá các yếu tố như độ bền cơ học, tuổi thọ, hỗ trợ nhà cung cấp và nhiều hơn nữa.

　　Đưa ra quyết định:Phương án được lựa chọn với điều kiện đáp ứng tất cả các yêu cầu kỹ thuật.

Thông qua phân tích và lựa chọn có hệ thống như vậy, bạn có thể đảm bảo tìm thấy giải pháp tấm sưởi chịu nhiệt độ cao đáng tin cậy, hiệu quả và kinh tế cho ứng dụng của mình.