Placa de aquecimento resistente a altas temperaturasGeralmente, a temperatura de funcionamento éacima de 300°CAté até1800°Celementos de aquecimento ou suporte de equipamento. Sua escolha de material é uma engenharia de sistemas que requer uma combinação de vários fatores.

I. ComumPlaca de aquecimento resistente a altas temperaturasClassificação de materiais

Podemos entender a partir de dois níveis:Materiais dos elementos de aquecimentoeMateriais do substrato/placa transportadoraAmbos precisam de alta temperatura, mas o foco é diferente.

Material do elemento de aquecimento (a parte que realmente produz calor)

Esses materiais determinam a temperatura limite da placa de aquecimento e a eficiência da conversão elétrica-térmica.

　　Fio de resistência (para placas de aquecimento a baixa e média temperatura, < 600°C)

　　Materiais comuns:Liga de níquel-cromo (como Cr20Ni80), liga de ferro-cromo-alumínio (como Cr25Al5).

　　Características:Tecnologia madura e custos mais baixos. Fio de níquel cromo é bom antioxidante, longa vida útil; O fio de ferro-cromo-alumínio tem boa resistência a altas temperaturas, mas é facilmente frágil a altas temperaturas. É usado principalmente em pequenas placas de aquecimento de laboratório ou equipamentos de secagem industrial.

　　Barra de carbono de silício (temperatura de funcionamento: 600°C - 1600°C)

　　Materiais:carboneto de silício (SiC).

　　Características:A resistência a altas temperaturas é um fator de temperatura positivo, com função de proteção automática de limitação de corrente. Resistência ao frio e ao calor de emergência é melhor, mas a alta temperatura oxidará gradualmente e acabará por quebrar. Aplicável a fornos Maver, fornos elétricos experimentais, etc.

　　Barra de silício e molibdeno (temperatura de funcionamento: 700 ° C - 1800 ° C)

　　Materiais:Disiliceto de molibdeno (MoSi₂).

　　Características:É agora.Um dos aquecedores de alta temperatura mais populares. Uma camada densa de vidro de quartzo (SiO₂) é formada acima de 400 ° C para evitar a oxidação adicional e a boa resistência ao oxidante. É frágil a temperatura ambiente e deve evitar colisões. Frequentemente usado em fornos de sinterização a alta temperatura, fornos de crescimento de cristais, etc.

　　Molibênio, tântalo, tungstênio e outros aquecedores metálicos (temperatura de funcionamento: > 1500 ° C)

　　Materiais:Metais puros ou ligas.

　　Características:O alto ponto de fusão permite aquecimento ultra-elevado em vazio ou atmosfera inerte (até mais de 2000 °C). Mas eles...Facilmente oxidávelDeve ser usado em ambiente protetor ou a vácuo. É caro e difícil de processar. Utilizado em áreas como metalurgia especial e fornos monocristalinos semicondutores.

　　Aquecedores não metálicos

　　Grafite:Boa condutividade elétrica, pode ser usado como aquecedor no vácuo ou na atmosfera inerte (~ 2500 ° C), mas a alta temperatura é oxidável e precisa de proteção.

　　Fibra de carbono / feltro de carbono:Novos materiais, aquecimento rápido, boa resistência a altas temperaturas, mas também medo de oxidação.

b) Substratos/materiais de placas transportadoras (partes que suportam o aquecedor e entram em contato com o objeto aquecido)

Esses materiais exigem uma excelente resistência a altas temperaturas, condutividade térmica e resistência mecânica.

　　Placa matriz (temperatura de funcionamento: < 500°C - 800°C)

　　Características:Feito de mariscos naturais ou sintéticos, com bom isolamento, condutividade térmica uniforme, boa flexibilidade e baixo custo. É o mais comum.Temperatura baixa e médiaMaterial de placa de aquecimento, amplamente utilizado em eletrodomésticos (aquecedores elétricos, forno), almofadas de aquecimento industriais, etc.

　　Placas de cerâmica (temperatura de funcionamento: algumas centenas de °C a > 1600 °C)

　　Tipos comuns:

　　Cerâmica de óxido de alumínio (Al₂O3):O substrato de alta temperatura comumente usado, o conteúdo de 95% -99%. Isolamento, condutividade térmica, força mecânica e custo moderado. É adequado para a maioria das ocasiões de aquecimento industrial.

　　Cerâmica de nitreto de alumínio (AlN):Condução térmicabom(muito superior ao óxido de alumínio), o coeficiente de expansão térmica combina com o chip de silício e é o material ideal para embalagens eletrônicas e substratos de refrigeração, mas成本高昂- É.

　　Carbeto de silício (SiC):Alta dureza, boa condutividade térmica, alta temperatura, resistência à corrosão, mas grande fragilidade, dificuldade de processamento e alto custo. para condições de trabalho.

　　Características:Resistência a altas temperaturas, isolamento e estabilidade química. simAlta temperaturaSubstrato da placa de aquecimento.

　　Substratos metálicos (temperatura de funcionamento: < 500°C)

　　Materiais comuns:Liga de alumínio, aço inoxidável.

　　Características:Condutividade térmicaBomFácil de mecanizar e instalar. Mas geralmente não é isolado e precisa ser isolado com o aquecedor (como o fio de resistência). É frequentemente usado em ocasiões que exigem transferência rápida de calor e resistência mecânica, como a camada inferior de um substrato cerâmico revestido de cobre (DBC).

　　Materiais compostos

　　Por exemplo:A placa composta "Madre + Cerâmica" foi projetada para combinar as vantagens de ambos para intervalos de temperatura específicos.

Bases de escolha e processo de tomada de decisão

Ao escolher um material de placa de aquecimento resistente a altas temperaturas, os seguintes fatores devem ser considerados sistematicamente e classificados por prioridade:

　　1. Temperatura máxima de funcionamento (fator principal)

Essa é a restrição mais dura. É necessário garantir a temperatura de uso a longo prazo do material escolhidoMais alto queSua temperatura máxima de processo e deixe um certo margem de segurança (geralmente recomendado margem ≥ 50 ° C - 100 ° C).

　　< 300°C:Opcional placa-mãe normal ou substrato metálico.

　　300°C - 800°C:É preferido uma placa matriz de alto desempenho ou uma placa cerâmica de 95% de óxido de alumínio.

　　800°C - 1200°C:A placa de cerâmica de óxido de alumínio deve ser escolhida como substrato, o aquecedor pode escolher barras de carbono de silício.

　　> 1200 ° C:O substrato de alumínio ou cerâmica (como SiC) deve ser escolhido para aquecer a barra de molibdeno de silício. Se > 1500 °C, MoSi₂ ou aquecedor metálico + vácuo / atmosfera de proteção devem ser considerados.

　　2. Ambiente atmosférico (extremamente crítico)

Os materiais são diferentes em diferentes atmosferas.

　　Atmosfera oxidativa (ar):A grande maioria dos metais se oxida e necessita de cerâmicas ou ligas especiais (como Inconel). As barras de silício e molibdeno têm excelente desempenho neste ambiente.

　　Atmosfera redutiva (H2, CO):Muitos óxidos são reduzidos, resultando em falhas materiais ou contaminação da peça de trabalho. Neste momento, é necessário escolher materiais como grafito, molibdênio, tungstênio ou aplicar uma camada protetora na superfície.

　　Ambiente de vácuo:Os problemas de oxidação são evitados, mas a taxa de evaporação do material e a radiação térmica devem ser considerados. Metais e grafite são opções comuns.

　　Atmosfera corrosiva (ácido, álcali, névoa salina):É necessário escolher materiais químicamente inertes, como cerâmica de óxido de alumínio de alta pureza, platina ou revestimentos especiais.

　　3. Densidade de potência e distribuição de calor

　　Densidade de potência (W/cm²):potência de aquecimento por unidade de área. Quanto maior a densidade de potência, mais exigentes são a condutividade térmica e a resistência ao impacto térmico do material. Os substratos cerâmicos geralmente suportam densidades de potência mais elevadas do que as placas matrizes.

　　Distribuição térmica uniforme:Se for necessário aquecer uniformemente, a condutividade térmica do substrato é essencial. Os substratos metálicos e a cerâmica de nitreto de alumínio têm vantagens nesse sentido. A distribuição do calor também afeta diretamente a distribuição do calor.

　　4. Requisitos de isolamento

Se a placa de aquecimento precisar de um circuito elétrico ou isolado de um objeto condutor aquecido, então a placa de aquecimentoIsolamento elétricoÉ necessário. A cerâmica e a cerâmica são excelentes isolantes, enquanto os substratos metálicos não possuem essa propriedade.

　　5. Resistência mecânica e choque térmico

　　Resistência mecânica:Refere-se à capacidade do material de resistir a forças externas (como vibrações, choques). Metais e certas cerâmicas, como SiC, têm maior resistência.

　　Resistência a choques térmicos:Refere-se à capacidade do material de resistir à rachadura em mudanças drásticas de temperatura. Isso depende do coeficiente de expansão térmica e da condutividade térmica do material. Por exemplo, o coeficiente de expansão térmica do vidro de quartzo é extremamente baixo e resistente a choques térmicos; O vidro é ruim. A barra de silício e molibdênio é frágil a temperatura ambiente e precisa ser manipulada com muito cuidado.

　　6. Orçamento de custos

O custo é uma consideração realista. De baixo a alto, aproximadamente:Placa matriz < Substrato metálico < Cerâmica de óxido de alumínio < Cerâmica de nitreto de alumínio ≈ SiC < MoSi₂ < Molibênio/tungstênioÉ necessário encontrar o melhor equilíbrio entre desempenho e custo.

Resumo e seleção de diagramas de fluxo

　　Conceito principal:​Defina primeiro a temperatura, olhe para o ambiente, equilibre o desempenho e, finalmente, equilibre os custos.

　　Parâmetros de processo claros:A temperatura máxima? A atmosfera? Ar/vácuo/H2? É necessário isolamento? A densidade de energia necessária?

　　Triagem de aquecimento:Determine os tipos de aquecedores disponíveis (por exemplo, barras de silício e molibdeno, fios de resistência, etc.) de acordo com a temperatura e a atmosfera.

　　Escolha o substrato:De acordo com as necessidades de temperatura, atmosfera, condutividade térmica e isolamento, escolha o substrato correspondente (por exemplo, cerâmica de óxido de alumínio).

　　Avaliação Integrada:Avaliar fatores como resistência mecânica, vida útil e suporte de fornecedores.

　　Tomar decisões:Escolha o programa, atendendo a todos os requisitos técnicos.

Essa análise e seleção sistemáticas garantem uma solução de placas de aquecimento resistentes a altas temperaturas confiável, eficiente e econômica para sua aplicação.