Proč trubky z karbidu křemíku vydrží v horké peci déle než kovové

Pokud dojde k poruše trubky v peci, málokdy se to stane způsobem, který by byl pro laboratoř přijatelný. Trubka se prohne, pokryje se okují, praskne v místě uchycení nebo přestane odvádět teplo tak, jak to dělala v prvním roce. Právě pro řešení tohoto problému jsou trubky z karbidu křemíku konstruovány. Nejde o to, že by se jednalo o “keramiku místo oceli”. Trubka, která vydrží vyšší teploty, odvádí více tepla a stále vypadá jako trubka i poté, co se verze ze slitin začnou prohýbat do tvaru banánu.

Kovové sálavé trubky vypadají na papíře lákavě. Dají se svařovat. Dají se ohýbat. V objednávce vypadají levně. Pak ale teplota stěny stoupne a začne se tvořit okují. Oxidová vrstva se zvětšuje, odlupuje a odčerpává teplo. Aby se zachovala přijatelná životnost, mnoho trubek ze slitin pracuje při mírném tepelném toku – často v rozmezí 25–30 kW/m². Potřebujete vyšší výkon? Přidáte další trubky, nebo ty stávající přetěžujete a dříve je vyměníte.

Karbid křemíku posouvá hranice možností. Tento materiál má při vysokých teplotách dobrou tepelnou vodivost a dobře vyzařuje teplo. Nevytváří se na něm silná, odlupující se vrstva. S silikonizovaným SiC (SiSiC) pravidelně navrhujeme sálavé trubice pro přibližně dvojnásobný tok, kolem 50 kW/m², bez poklesu výkonu uprostřed rozpětí, který se vyskytuje u niklových slitin. Pevnost se udržuje v rozmezí 1350–1380 °C. Nad touto hranicí je limitem volný křemík v SiSiC. Neprodáváme výrobky, které tuto hranici překračují, a nespoléháme se na náhodu.

Ne každá trubka z SiC je stejný díl.

SiSiC je hustý a nepropustný pro plyny. Spaliny zůstávají uvnitř. Procesní plyn zůstává venku. Dlouhé vodorovné sálavé trubky, chladicí trubky, některé sondy – to je osvědčený materiál, když potřebujete těsnost a tuhost.

Rekrystalizovaný SiC je porézní, velmi čistý a má vynikající odolnost proti tepelným šokům. Při provozu na vzduchu může dosáhnout teploty přibližně 1600 °C. Nepoužívejte jej k udržení tlaku. Používejte jej tam, kde trubku namáhají plamen a teplotní cykly a kde není rozhodující plynotěsnost.

Sintrovaný SiC je hustý, vysoce čistý, nepropustný pro plyny a představuje obvyklou volbu pro ochrannou trubici termočlánku v korozivních nebo abrazivních plynech. Senzory zaznamenávají změnu rychleji než u oxidu hlinitého, protože stěna je elektricky vodivá. U platinových termočlánků stále často používáme vnitřní vložku z oxidu hlinitého. Pokud ji vynecháte, může SiC vést elektřinu natolik, že to může narušit přesné měření.

Poruchy, které ve skutečnosti pozorujeme, jsou nudné. Uzavřený konec dopadl na podlahu. Svorka se zaklínila ve stěně. Hořák hořel mimo střed a na jedné straně zanechal horký pruh. Trubice z SiC se neprohýbá a nepřestává fungovat. Odlupuje se. Oxidace je reálný jev – křemík se na vzduchu rozšiřuje –, ale obvykle probíhá pomalu a má ochranný charakter. Špatný závěs však není.

Pokud nahrazujete kov materiálem SiC, nekopírujte původní délku a tloušťku stěny a neměňte pouze název materiálu. Sdělte nám teplotu, atmosféru, zda se jedná o horizontální nebo vertikální uspořádání a zda musí být trubka plynotěsná. Teprve pak mají druh materiálu a tloušťka stěny nějaký význam. Smysl trubek z karbidu křemíku je jednoduchý: větší přenos tepla stěnou, menší průvěs v rozpětí, méně neočekávaných odstávek. To se stane pouze v případě, že je trubka specifikována jako součást pece, nikoli jako kus trubky z regálu.