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硅碳棒:非金属电热元件的高温应用与稳定性分析
硅碳棒是一种由高纯度绿色六方碳化硅(SiC)制成的非金属电热元件。它通过2200℃的高温烧结工艺制作,形成了坚硬而脆的结构,可以承受急冷急热而不易变形。在氧化性气氛中,硅碳棒可在1450℃以下正常使用,可持续2000小时以上。其化学稳定性良好,对酸有很好的抗性,但在高温下遇到碱性物质时会受到侵蚀。
硅碳棒在1000℃以上长期使用时,在氧气和水蒸气存在下会发生如下化学反应:首先是Sic+2O2→Sio2+CO2;接着是Sic+4H2O=Sio2+4H2+CO2。这一系列反应导致SiO2含量增加,元件内阻值随之缓慢升高,从而造成老化。而水蒸气过多还可能引发恶性循环,使得SiC更快地氧化并降低元件寿命。此外,氢气能减弱其机械强度,而氮气可以在1200℃以下防止SiC氧化,但超过1350℃时与SiC发生反应使之分解。而且Cl₂即使在100℃也能与SiC反应,在1200℃以上则完全分解该材料。
因此,作为一种重要的非金属电热元件,其应用和稳定性的确需要谨慎考虑,以避免因环境条件或操作方式上的错误影响其性能。