Γιατί οι σωλήνες από καρβίδιο του πυριτίου έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τους μεταλλικούς σε έναν καυτό κλίβανο

Αν ένας σωλήνας κλιβάνου παρουσιάσει βλάβη, σπάνια συμβαίνει με τρόπο που να διευκολύνει τις εργαστηριακές εργασίες. Χαλαρώνει, σχηματίζει αλάτια, ραγίζει στο σημείο στήριξης ή σταματά να μεταφέρει θερμότητα όπως έκανε τον πρώτο χρόνο. Αυτό ακριβώς είναι το πρόβλημα για το οποίο έχουν σχεδιαστεί οι σωλήνες από καρβίδιο του πυριτίου. Όχι το “κεραμικό αντί για χάλυβα”. Ένας σωλήνας που αντέχει σε υψηλότερες θερμοκρασίες, αποβάλλει περισσότερη θερμότητα και εξακολουθεί να μοιάζει με σωλήνα ακόμα και όταν οι εκδόσεις από κράμα έχουν αρχίσει να παραμορφώνονται.

Οι μεταλλικοί σωλήνες ακτινοβολίας φαίνονται ελκυστικοί στη θεωρία. Μπορείς να τους συγκολλήσεις. Μπορείς να τους χτυπήσεις. Η τιμή αγοράς φαίνεται φθηνή. Στη συνέχεια, όμως, η θερμοκρασία του τοίχου αυξάνεται και η ερπυστική διάβρωση αναλαμβάνει τον έλεγχο. Η οξειδωτική κρούστα αυξάνεται, ξεφλουδίζει και απορροφά θερμότητα. Για να διατηρηθεί η διάρκεια ζωής σε αποδεκτά επίπεδα, πολλοί σωλήνες από κράμα λειτουργούν με μέτρια ροή θερμότητας — συχνά στην περιοχή των 25–30 kW/m². Χρειάζεστε περισσότερη απόδοση; Προσθέτετε σωλήνες ή υπερθερμαίνετε αυτούς που έχετε και τους αντικαθιστάτε νωρίτερα.

Το καρβίδιο του πυριτίου αλλάζει τα όρια. Το υλικό παρουσιάζει καλή αγωγιμότητα σε υψηλές θερμοκρασίες και καλή ακτινοβολία. Δεν σχηματίζει παχιά, ξεφλουδισμένη επικάλυψη. Με το πυριτιωμένο SiC (SiSiC), σχεδιάζουμε τακτικά σωλήνες ακτινοβολίας για περίπου διπλάσια ροή, γύρω στα 50 kW/m², χωρίς την πτώση απόδοσης στο μέσο του μήκους που παρατηρείται στα κράματα νικελίου. Η αντοχή διατηρείται στο εύρος των 1350–1380 °C. Πέρα από αυτό το όριο, το ελεύθερο πυρίτιο στο SiSiC αποτελεί το ανώτατο όριο. Δεν πουλάμε προϊόντα που υπερβαίνουν αυτό το όριο, ούτε βασιζόμαστε στην τύχη.

Δεν είναι όλοι οι σωλήνες SiC το ίδιο εξάρτημα.

Το SiSiC είναι πυκνό και αεριοστεγές. Η καύση παραμένει στο εσωτερικό. Τα αέρια της διεργασίας παραμένουν έξω. Μακριά οριζόντια ακτινοβολούντα σωλήνες, σωλήνες ψύξης, ορισμένοι αισθητήρες — αυτό είναι το βασικό εργαλείο όταν χρειάζεστε στεγανότητα και ακαμψία.

Το ανακρυσταλλωμένο SiC είναι πορώδες, εξαιρετικά καθαρό και εξαιρετικά ανθεκτικό στις θερμικές διακυμάνσεις. Σε συνθήκες ατμοσφαιρικής λειτουργίας μπορεί να φτάσει περίπου τους 1600 °C. Μην το χρησιμοποιείτε για διατήρηση πίεσης. Χρησιμοποιήστε το σε εφαρμογές όπου η φλόγα και οι θερμικές διακυμάνσεις καταπονούν τον σωλήνα και η αεριοστεγανότητα δεν αποτελεί προτεραιότητα.

Το πυροσυσσωματωμένο SiC είναι πυκνό, υψηλής καθαρότητας, αεριοστεγές και αποτελεί τη συνήθη επιλογή για σωλήνα προστασίας θερμοστοιχείου σε διαβρωτικά ή διαβρωτικά αέρια. Οι αισθητήρες ανιχνεύουν την αλλαγή ταχύτερα από ό,τι μέσω της αλουμίνας, επειδή το τοίχωμα είναι αγώγιμο. Για τα θερμοστοιχεία πλατίνας, συχνά χρησιμοποιούμε ακόμα μια εσωτερική επένδυση από αλουμίνα. Το SiC μπορεί να έχει επαρκή ηλεκτρική αγωγιμότητα ώστε να προκαλέσει προβλήματα σε ένα ευαίσθητο στοιχείο, αν παραλείψετε αυτό το βήμα.

Οι βλάβες που παρατηρούμε στην πράξη είναι βαρετές. Ένα κλειστό άκρο άγγιξε το δάπεδο. Ένας σφιγκτήρας τσίμπησε τον τοίχο. Ένας καυστήρας άναψε εκτός κέντρου και άφησε μια καυτή λωρίδα στη μία πλευρά. Ο σωλήνας SiC δεν βαθαίνει και συνεχίζει να λειτουργεί. Σπάει σε κομμάτια. Η οξείδωση είναι πραγματική — το διοξείδιο του πυριτίου αναπτύσσεται στον αέρα — αλλά συνήθως είναι αργή και προστατευτική. Ένας κακός γάντζος δεν είναι.

Αν αντικαθιστάτε το μέταλλο με SiC, μην αντιγράφετε το παλιό μήκος και πάχος τοιχώματος και μην αλλάζετε μόνο την ονομασία του υλικού. Πείτε μας τη θερμοκρασία, την ατμόσφαιρα, αν είναι οριζόντιος ή κάθετος, και αν ο σωλήνας πρέπει να είναι αεριοστεγής. Τότε η ποιότητα και το πάχος τοιχώματος θα έχουν νόημα. Το πλεονέκτημα των σωλήνων από καρβίδιο του πυριτίου είναι απλό: περισσότερη θερμότητα διαπερνά το τοίχωμα, λιγότερη χαλάρωση στο μήκος, λιγότερες απροσδόκητες διακοπές λειτουργίας. Αυτό συμβαίνει μόνο αν ο σωλήνας έχει σχεδιαστεί ειδικά ως εξάρτημα κλιβάνου, και όχι ως ένα απλό κομμάτι σωλήνα από το ράφι.