Por que razão os tubos de carboneto de silício duram mais do que os de metal num forno a alta temperatura

Se um tubo de forno avariar, raramente o faz de uma forma que seja fácil de resolver em laboratório. Ele cede, forma incrustações, racha ao nível de um suporte ou deixa de transferir calor como fazia no primeiro ano. É para resolver esse problema que os tubos de carboneto de silício são concebidos. Não se trata de “cerâmica em vez de aço”. Um tubo que consegue suportar temperaturas mais elevadas, dissipar mais calor e continuar a parecer um tubo mesmo depois de as versões em liga terem começado a deformar-se.

Os tubos radiantes metálicos parecem uma boa opção no papel. É possível soldá-los. É possível bater neles. A nota de encomenda parece barata. Depois, a temperatura da parede sobe e a corrosão por oxidação toma conta. A camada de óxido cresce, descama e rouba calor. Para manter uma vida útil aceitável, muitos tubos de liga metálica funcionam com um fluxo de calor modesto — frequentemente na faixa dos 25–30 kW/m². Precisa de mais potência? Adicione tubos, ou sobrecarregue os que já tem e substitua-os mais cedo.

O carboneto de silício redefine os limites. O material apresenta boa condutividade térmica e boa radiação. Não forma uma camada espessa e escamosa. Com o SiC siliconizado (SiSiC), concebemos regularmente tubos radiantes para cerca do dobro desse fluxo, em torno dos 50 kW/m², sem a queda de rendimento a meio do vão que se verifica com as ligas de níquel. A resistência mantém-se na gama dos 1350–1380 °C. Para além disso, o silício livre no SiSiC constitui o limite máximo. Não vendemos produtos que ultrapassem esse limite nem nos deixamos levar pela esperança.

Nem todos os tubos de SiC são a mesma peça.

O SiSiC é denso e estanque aos gases. A combustão permanece no interior. O gás de processo permanece no exterior. Tubos radiantes horizontais longos, tubos de arrefecimento, algumas sondas — este é o elemento essencial quando se necessita de estanqueidade e rigidez.

O SiC recristalizado é poroso, muito puro e tem uma resistência ao choque térmico incrível. A temperatura de serviço ao ar pode atingir cerca de 1600 °C. Não o utilize para manter pressão. Utilize-o em aplicações em que a chama e os ciclos térmicos danificam o tubo e a estanqueidade ao gás não é essencial.

O SiC sinterizado é denso, de elevada pureza, estanque aos gases e a escolha habitual para tubos de proteção de termopares em gases corrosivos ou abrasivos. Os sensores detetam a alteração mais rapidamente do que através da alumina, uma vez que a parede é condutora. No caso dos termopares de platina, ainda costumamos utilizar um revestimento interno de alumina. O SiC pode conduzir eletricidade o suficiente para danificar um elemento sensível se isso não for feito.

As falhas que realmente observamos são enfadonhas. Uma extremidade fechada bateu no chão. Uma braçadeira beliscou a parede. Um queimador acendeu descentrado e deixou uma faixa quente num dos lados. O tubo de SiC não amolgue e continue a funcionar. Ele lasca-se. A oxidação é real — a sílica cresce ao ar — mas é normalmente lenta e protetora. Um suporte defeituoso, por outro lado, não é.

Se estiver a substituir metal por SiC, não copie o comprimento e a espessura da parede antigos, limitando-se a alterar apenas o nome do material. Indique-nos a temperatura, a atmosfera, se é horizontal ou vertical e se o tubo tem de ser estanque ao gás. Só assim a classe e a espessura da parede terão significado. A vantagem dos tubos de carboneto de silício é simples: maior transferência de calor através da parede, menor flacidez no vão e menos paragens inesperadas. Isso só acontece se o tubo for especificado como uma peça de forno, e não como um tubo de série.