Por que os tubos de carboneto de silício duram mais do que os de metal em um forno a alta temperatura

Se um tubo de forno apresentar falha, raramente isso ocorre de uma forma que seja fácil de lidar em laboratório. Ele cede, forma incrustações, racha na altura de um suporte ou deixa de conduzir calor da mesma forma que fazia no primeiro ano. É para esse problema que os tubos de carboneto de silício foram projetados. Não se trata de “cerâmica em vez de aço”. Um tubo que consiga suportar temperaturas mais altas, dissipar mais calor e ainda parecer um tubo mesmo depois que as versões em liga já começarem a se curvar como uma banana.

Os tubos radiantes de metal parecem uma boa opção no papel. Dá para soldá-los. Dá para bater neles. O orçamento parece barato. Mas então a temperatura da parede sobe e a formação de incrustações de óxido toma conta. A camada de óxido cresce, descama e rouba calor. Para manter uma vida útil aceitável, muitos tubos de liga são operados com fluxo de calor modesto — frequentemente na faixa de 25 a 30 kW/m². Precisa de mais potência? Você adiciona tubos ou sobrecarrega os que já tem e os substitui 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), projetamos regularmente tubos radiantes para um fluxo de aproximadamente o dobro disso, em torno de 50 kW/m², sem a queda de rendimento no meio do comprimento que ocorre com as ligas de níquel. A resistência se mantém na faixa de 1350–1380 °C. Acima disso, o silício livre no SiSiC representa o limite máximo. Não vendemos produtos que ultrapassem esse limite nem nos baseamos em suposições.

Nem todos os tubos de SiC são a mesma peça.

O SiSiC é denso e estanque a gases. A combustão permanece no interior. O gás de processo fica do lado de fora. Tubos radiantes horizontais longos, tubos de resfriamento, algumas sondas — esse é o componente essencial quando se precisa de vedação e rigidez.

O SiC recristalizado é poroso, muito puro e tem um desempenho excepcional em choque térmico. Sua resistência ao calor pode chegar a cerca de 1.600 °C. Não o utilize para manter pressão. Use-o em aplicações em que a chama e os ciclos térmicos desgastem o tubo e a estanqueidade ao gás não seja um requisito essencial.

O SiC sinterizado é denso, de alta pureza, impermeável a gases e a escolha mais comum para tubos de proteção de termopares em ambientes com gases corrosivos ou abrasivos. Os sensores detectam a variação mais rapidamente do que através da alumina, pois a parede é condutora. Para termopares de platina, ainda costumamos utilizar um revestimento interno de alumina. O SiC pode conduzir eletricidade o suficiente para danificar um elemento sensível se você não fizer isso.

As falhas que realmente observamos são enfadonhas. Uma extremidade fechada bateu no chão. Uma braçadeira amassou a parede. Um queimador acendeu descentrado e deixou uma faixa quente em um dos lados. O tubo de SiC não amassa e continua funcionando. Ele se lasca. A oxidação é real — a sílica se acumula ao ar livre —, mas geralmente é lenta e protetora. Um suporte defeituoso, por outro lado, não é.

Se você estiver substituindo metal por SiC, não copie o comprimento e a espessura de parede antigos e mude apenas o nome do material. Informe-nos a temperatura, a atmosfera, se é horizontal ou vertical e se o tubo precisa 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 pela parede, menor flacidez no vão e menos paradas inesperadas. Isso só acontece se o tubo for especificado como uma peça de forno, e não como um tubo padrão disponível no mercado.