真空炉电热元件常用材料的性能对比分析

真空炉电热元件常用资料的功用对比剖析
　　真空炉电热元件的资料分为金属资料和非金属资料。金属资料包括钼、钨、钽、镍铬合金等，非金属资料包括石墨、碳化硅、二氧化钼等，本文将对金属资料的钼、钨、钽和非金属资料的石墨进行对比剖析。
　　2.1、电阻率
　　资料不同，电阻率不同，跟着温度的改动，电阻率将会产生改动。电阻与资料的电阻率、长度、截面积的联系如下：
　　式中，R 为电热元件的电阻，Ω；ρ 为资料的电阻率，Ω·mm2/m；L 为电热元件长度，m；F 为电热元件截面积，mm2。
　　在规划真空炉电热元件的时分，为了确保真空炉电热元件的额功率，使其能快速升温，便于规划设备和使其作业安稳，咱们要求电热元件电阻随温度改动较小，即要求电阻率安稳。
    钼、钨和钽随温度的升高，电阻率急剧升高，改动较大，而石墨随温度的升高改动较小，改动量只需10 % ~ 20 %。由此可见，石墨与其他三种资料比较，具有明显的优势，电阻率安稳。
　　2.2、电阻温度系数
　　电阻温度系数是影响资料电阻随温度改动的另一个重要参数，其值的巨细直接影响电热元件在不同温度下的电阻值，电阻温度系数越大，随温度升高，电阻的改动就越大，然后严重影响功率的安稳性，然后使得电热元件的作业变得极不安稳。石墨、钼、钨、钽的电阻温度系数分别为：126×10-5 ℃、471×10-5 ℃、482×10-5 ℃、399×10-5 ℃，由此可以看出石墨的电阻温度系数最小，而钼、钨、钽的电阻温度系数分别抵达了石墨的3 ~ 4 倍，由此可见，用石墨制作的电热元件可以获得安稳的作业功用。
　　2.3、热胀大系数
　　在真空热处理炉电热元件规划时，热胀冷缩是一个重要要素，因为它直接影响了电热元件的寿数和运用功用，例如，在规划电热元件时，没有为热胀冷缩规划预留空间或许预留空间过小，就会导致电热元件受热后承受较大的热应力，或许电热元件直接受力开裂，损坏电热元件；相反预留空间过大，就会导致电热元件难以固定设备，装置替换困难，因而要求电热元件热胀大系数尽可能的小，而且可以安稳。为了得到四种资料的热胀大程度，我选用了GD型系列电热元件中外径为20 mm 的电热元件作为模型(GD 型电热元件和数据参数如图2 和表2 所示)，而且仅对发热部进行了建模，选用ANSYS 有限元剖析的办法对其分别在1 000 ℃和2 000 ℃的温度下进行了仿真。
　　由剖析效果咱们可以看到，石墨在高温时的热胀很多最少，在1 000 ℃时只需不到1.1 mm，2 000 ℃时也只需不到2.3 mm，而1 000 ℃时钽棒的胀很多为5.2 mm，2 000 ℃时抵达了10.4 mm，几乎为石墨的5 倍。因而，单从热胀大的角度来看，石墨的确具有非常大的优势，是一种很好的电热元件资料
　　2.4、可加工性和高温机械强度
　　钼、钨、钽均为金属电热资料，他们都有坚固的质地，钼的硬度为5.5 HB，钨为5 ~ 5.5 HB，钽的硬度抵达了6 ~ 6.5 HB，可见，加工难度都很大；而且随温度的升高，硬度下降，高温机械强度逐步变差。而石墨是一种非金属电热资料，质软，硬度只需1 ~ 2 HB，非常简略加工成型，而且2 500 ℃以下跟着温度的升高机械强度不断前进，在1 700 ~ 1 800 ℃抵达最佳。可见，石墨的可加工性和高温机械强度均比其他三种好，这也是石墨成为电热元件首选资料的原因之一。
　　2.5、其他要素
　　真空热处理炉是一种经过辐射加热的设备，因而电热元件的辐射功用直接抉择了电热元件的功率和功用，而辐射才华取决于物质的黑度，黑度越高，辐射才华越强，反之越弱，石墨的黑度为0.95、钼为0.1 ~ 0.3、钨为0.03 ~ 0.3、钽为0.2 ~ 0.3，石墨最大。
　　其他，真空环境下各种资料都会加快蒸发，而且跟着真空度前进，蒸发程度相应地前进，构成各自物质的气氛环境，约束了电热元件的运用规模，例如石墨电热元件在真空环境中蒸发会构成碳环境，要求不能渗碳或许不能和碳反响的热处理就不能在这样的加热炉中进行。
　　资料的价格和是否丰盛也常常是电热元件资料选择要考虑的要素，石墨是一种储量丰盛，价格低廉的资料，相比之下，钼、钨和钽都显得较为宝贵。
　　本文经过理论剖析和ANSYS 的仿真剖析，详细真实地反映出了常用电热元件资料的各种功用，而且经过辨证的观念进行了比较，比较后发现，石墨的确具有其他电热元件不能比较的优势，安稳的电阻率、较低的电阻温度系数、较小的热胀大系数以及较大的黑度等长处都使得它成为了电热元件资料的首选，可是因为石墨在常温下硬度较低，因而常温时石墨电热元件简略开裂损坏，在不易替换电热元件的加热炉中不宜运用。其他，石墨在真空环境下易蒸发构成碳环境，因而某些资料不能在这样的真空炉中加工处理，一起要特别注意在选用支撑件和连接件时，要避免其与石墨反响。