硅碳棒在使用中的老化现象

 硅碳棒电热器之老化

硅碳棒电热器在使用中会逐渐氧化，电阻也随之增加，即所谓之老化现象。
一般使用寿命界限系其电阻增加到初期电阻之 4倍。

BATH 中装有许多硅碳棒电热器(HEATER)。通常在表面负荷低密度的使用状态下，硅碳棒电热器的老化非常慢，电阻的增加也很慢。

使用寿命由于使用之温度、通电方法、炉的构造、炉内气体、结线法、调节用变电器之接搭范围、负荷电力之大小等而有显著的差异。

一般认为硅碳棒电热器老化的原因有下列几种：

 1‧与玻璃挥发出的碱来反应：
 在BATH温度超过850。C以上的区域，硅碳棒电热器与碱的反应相当大，
 会加速老化。这是BATH中硅碳棒电热器老化的主要原因。

 1‧1 在温度850~950。C范围内，SiC易受碱侵蚀，在电热器表面或
 气孔部份生成低熔点玻璃，掉落就成为drip。低熔点玻璃逐渐
 侵蚀硅碳棒本体，进而破坏组织，电组增加 。

 1‧2 在1000。C以上的高温回路之电热器，由于低熔点玻璃少，不
 易蓄积于气孔中，电阻增加反而较少，在850~950。C范围内， 
硅碳棒电热器即使不通电，其老化电阻增加率反而较高。

 2‧与混和气中的N2来反应：
 1150。C左右时，开始可以看出SiC电热器与氮气反应。到1300。C左
 右时，两者的反应就很显著；尤其是被称为活性氧化之气化反应会伴
 随而至，寿命会很短。

 3‧与混和气中的H2来反应：
 在H2中，硅碳棒电热器的温度达1450。C以上时会急速增加电阻，电热
 器会因而脆弱，其机械强度也会因而转弱。
 BATH温度必需在1300。C以下，表面负荷密度5W/cm2以下。

 4‧随着低露点重量减少而引起的氧化 (产生SiO)：
 水蒸气对SiC电热器影响大，使用上通常会缩短1/2的寿命，甚至
 寿命缩短至1/5以下。
 新窑试窑时或长时间停用电炉再使用时，必需低温充分干燥后方可升温。

 5‧与熔化的Sn来反应：略。

 6‧受硫磺气的影响： 
 在硫磺气中，电热器的温度若超过1300。C则电热器表面会受到硫磺
 的侵蚀，电阻急速增加，致使寿命缩短。所以炉内温度应在1200。C
 以下比较经济。

 7‧分解反应气体的影响：略。

 8‧其它气体的影响：
 还有各种不同的气体，多少对电热器有影响。如：碳酸钡及氯化物的
 蒸气。

 9‧使用温度：
 炉内温度越高，寿命越短。
 尤其炉内温度达1600。C以上时，氧化速度加快，寿命更短。
 但若调整加于电热器之负荷电力，即使炉内温度升高，亦可保持相当
 可观的寿命。
 又高温真空下硅碳棒也会升华，发热部变细而使寿命显著缩短。

10‧通电方法：
 由于电热器的表面氧化所产生的硅酸于常温的膨胀差以及270。C左右
 硅酸的异常膨胀所引起电热器返复龟裂而使机械强度变差即电阻增 
 加。
 因此，即使不用时炉内温度宜保持800。C以上，低限度也要保持在
 300。C以上，这样可延长使用寿命。

11‧炉的构造：
 炉内尺寸与电热器的发热部尺寸不一致，或电热器插入孔的两端不一
 致等，均会使寿命缩短。前者是发热部与端部之接触部份发生异常发
　 热；后者是由于膨胀(耐火砖及电热器)引起机械性折损。

12‧结线方法：
 尽可能用并联。因为电热器有个别不同的电阻，如果串联时电阻大的
 更加逐渐增大，造成个别的电阻差距，而老化更快。
 若有需要使用串联时，为避免负荷不均，勿超过2支串联。
 电压增到初期电压支2 倍以上而电热器仍无法红热，表示电热器使
 用寿命已终。

13‧调节用变压器之接搭(TRANSFORMER TAP)范围：
 电热器的寿命是与其电阻之增加有关。电阻增大，在电压下其电
 流减小，而发热量也相对减低。亦即：

 加之于电热器之电压为 E
 电热器通过之电流为 I
 电热器之电阻为 R
 电热器消耗之电力为 W (即为发热量)

 公式：W = I‧E = E2 / R = I2‧R

 当电压E时，发热量W与电阻R成反比。
 当我们需要的发热量W时，电热器的电阻R增加时，其所需的电 
 压E2也增加，也就是：电阻R和电压E2成正比。

 前述寿命界限系其电阻增加到初期电阻之 4倍，此时电压调整2倍则
 可保持的发热量。因此调节用变压器之接搭范围宜为电热器初期
 电压的2倍。接搭TAP上限低时并不是电热器寿命终了，而是发热量
 未能全部使用，就呈现缩短使用寿命同样的结果。

14‧表面负荷密度大小：
 电热器的发热表面积每一平方公分所承受电力就称为表面负荷密度
 (W/cm2)。
 14‧1 电热器承受电力越大时，电热器表面温度越高。温度越高，
 寿命越短，如超过1700。C时，则于短时间内熔断烧毁。

 14‧2 炉内温度相同时，表面负荷密度大，电热器表面温度也高，
 电热器寿命也短。

 14‧3 尽可能采用低表面负荷密度，使电热器温度与炉内温度更为接
 近，则其使用寿命将相对延长。