НАГРЕВАТЕЛИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ - Нагреватели - Каталог статей

Описаны результаты опыта использования углерод-углеродных композиционных материалов при модернизации нагревателей электровакуумных печей.

Работоспособность средне и высокотемпера-турных электровакуумных печей в значительной степени зависит от выбора материалов для нагревателей. Основными требованиями к материалам являются стабильность служебных свойств, совместимость с окружающей средой (контактные реакции и взаимодействие с парами нагреваемых материалов и остаточными газами).
В средне и высокотемпературных электровакуумных печах для нагревателей обычно применяются тугоплавкие металлы, такие как вольфрам и молибден, и углеродные материалы, как из различных сортов графита, так и из углерод-углеродных композитов (УУКМ). Довольно высокие физико-химические свойства последних позволили сделать выводы о перспективности их использования в качестве материала нагревателей средне и высокотемпературных электровакуумных печей.
По конструкции нагреватели электровакуумных печей, обычно бывают либо плоские, либо в виде цилиндрической обечайки. В свою очередь как плоские, так и цилиндрические нагреватели могут быть выполнены цельными и составными. Обе конструкции имеют как положительные, так и отрицательные стороны. По схеме соединения элементов нагреватели бывают одно и трехфазные.
Цилиндрические обечайки из углерод-углеродных композитов позволяют достаточно просто реализовать эти требования: по форме и размерам – получением цилиндрической обечайки намоткой на оправку необходимой формы размеров; по схеме электрического соединения – распи-ловкой ламелей (единственное затруднение вызы-вает соединение элементов нагревателя «в звез-ду», но его несложно обойти, перекомутировав на соединение элементов нагревателя «в треугольник», при этом само соединение «в звезду» не нашло широкого распространения в нагревателях электровакуумных печей).
Пластинчатые нагреватели, просто реализуемые, из углерод-углеродных композитов значительно эффективнее круглых графитовых, молибденовых и вольфрамовых в условиях вакуума, так как имеют развитую плоскую поверхность обращенную к нагреваемому изделию, при этом их можно выполнить достаточно тонкими ввиду высоких механических свойств материала.

Рис.1. Элемент нагревательный из УУКМ

Низкий коэффициент линейного расширения углерод-углеродных композитов позволяет упростить конструкцию нагревателей и практически полностью исключить компенсационные элементы.
Удельное электросопротивление графитированных углерод-углеродных композитов близко к графитам и почти не изменяется при нагреве (характер зависимости изменения удельного электросопротивления от температуры аналогичен графиту ГМЗ). Поэтому замена графитовых нагревателей на нагреватели из графитированных углерод-углеродных композитов происходит безболезненно. При этом повышается срок службы нагревателей. Замена молибденовых и вольфрамовых нагревателей на графитированные углерод-углеродные композиты требует определенных затрат на подбор по электрическим характеристикам. Но опыт «Углекомпозит» по реконструкции вакуумных печей показывает, что это не вызывает затруднений. При этом сохраняются все характеристики печи и потребитель избавляется от проблем с нагревателями из дефицитных, стратегических материалов.
Удельное электросопротивление не графитированных углерод-углеродных композитов зависит от температуры (с повышением температуры – уменьшается). Данная зависимость до настоящего времени полностью не изучена. Для проверки возможности изготовления нагревателей из этих материалов был изготовлен опытный нагреватель цилиндрической формы, однофазный для уста-новки типа «Редмет» по выращиванию монокристаллов кремния методом Чохрайского. Испытания показали удовлетворительные качества по чистоте материала, необходимой для данного процесса и повышение стойкости нагревателя; продемонстрировали необходимость дальнейшего изучения зависимости удельного электросопротивления от температуры, достоинств углерод-углеродных композитов как материалов нагревателей вакуумных электропечей.