Вот эта штука — защитная термопара из карбида кремния, связанного нитридом кремния — многих вводит в заблуждение. Думают, раз керамика, значит, вечная. А на деле, если неправильно поставить, трескается при первом же тепловом ударе. У нас в ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии с этим экспериментировали — и не всегда удачно.
Когда только начали работать с этим материалом, думали — ну, обычная защитная трубка. Но карбид кремния, связанный нитридом (а не спечённый, важно!), даёт совсем другую стойкость к окислению. В печах с выхлопными газами, где сера есть, обычные термопары за полгода выходят из строя, а эти — год-полтора держатся.
Помню, на одном из заводов по производству огнеупоров ставили такую термопару в зону с температурой около 1400°C. До этого пробовали алюминиевые покрытия — не выдерживали, плавились. А здесь — структура материала за счёт нитридной связи не даёт кислороду проникать глубоко. Но есть нюанс: если скорость нагрева больше 200°C в минуту, могут появиться микротрещины. Пришлось переделывать систему контролируемого подъёма температуры.
Кстати, на сайте https://www.xinkexin.ru мы как раз указываем, что для специальных керамических изделий важна не только химическая стойкость, но и термическая стабильность. Это многие упускают, гонятся за дешёвыми аналогами.
Самая частая ошибка — неправильная установка. Если термопару жёстко закрепить, без компенсатора теплового расширения, то при цикличных нагрузках (нагрев-остывание) в зоне крепления появляются напряжения. У нас был случай на производстве специальных керамических изделий — треснула трубка после 50 циклов. Пришлось пересматривать конструкцию узла крепления.
Ещё момент — чистовая обработка. Карбид кремния, связанный нитридом, после спекания имеет шероховатую поверхность. Если не отполировать, на ней быстрее оседают шлаки. Но полировка — дело тонкое, можно снять защитный слой. Приходится подбирать абразивы точно по твёрдости.
И да, не все понимают, что такой материал чувствителен к механическим ударам. При транспортировке нужно особые прокладки использовать — обычный пенопласт не подходит, крошится и вибрацию не гасит.
Раньше пробовали термопары с защитой из оксида алюминия — дешевле, но в восстановительной атмосфере быстро теряют прочность. Карбид кремния здесь выигрывает, особенно в печах, где есть углеродная среда.
А вот с кварцевыми трубками сравнение интересное. Кварц хорошо работает до 1100°C, но выше — начинает деформироваться. Наши термопары из карбида кремния, связанного нитридом, стабильны до 1500°C, но требуют аккуратного обращения при монтаже — хрупкие.
Кстати, в ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии как раз делают упор на то, что для разных процессов нужны разные материалы. Не бывает универсальных решений — это я на собственном опыте убедился.
При производстве огнеупорных материалов температура измеряется в самых жёстких условиях. Там и химическая агрессия, и перепады. Мы как-то ставили экспериментальную термопару в туннельную печь — выдержала 8 месяцев непрерывной работы. Но потом всё равно пришлось менять — начал меняться сигнал, видимо, деградация материалов.
Важный момент — толщина стенки защитной трубки. Если сделать слишком тонкой — быстрее прогревается, но и быстрее разрушается. Слишком толстая — инерционность большая, запаздывание по температуре. Оптимально для большин процессов — 3-4 мм, но это зависит от конкретных условий.
На https://www.xinkexin.ru в разделе про огнеупорные материалы как раз есть технические рекомендации по этому поводу — многим технологам пригодилось.
Не все знают, что термопары с защитой из карбида кремния, связанного нитридом, плохо переносят контакт с расплавленными металлами. Алюминий, например, реагирует с поверхностью. Пришлось как-то экранировать дополнительно — добавили покрытие из оксида иттрия.
Ещё из наблюдений — электрическая прочность. В некоторых печах с индукционным нагревом бывают наводки, и если изоляция не очень, появляются паразитные токи. Это влияет на точность измерений. Решение — использовать керамические втулки с высоким сопротивлением.
В общем, материал перспективный, но требует понимания физики процессов. Не зря в ООО Шаньдун Синькэсинь Новые Материалы Технологии акцент делают на исследования — без этого можно долго наступать на одни и те же грабли.
