炭化ケイ素対黒鉛るつぼ - その違いは？

はじめに

密度や耐熱性などの特性を比較した。  炭化ケイ素対黒鉛るつぼ.黒鉛の密度は約1.8～2.1 g/cm³で、3000℃までの温度では破壊されない。したがって、SiCるつぼは、3.1 g/cm³に近い密度を持ち、約1600℃で十分に耐える。どちらも高温炉で使用されます。金属溶解におけるそれぞれの役割をご確認ください。

黒鉛るつぼとは？

黒鉛るつぼ 3000℃に達する。これは高温だ！AlやCuを溶かす。密度が1.8g/cm³なので軽い。その強さは SiO₂ コーティング。この材料は200W/m- Kの熱流を持ち、優れた溶解能力を持つ。

炭化ケイ素るつぼとは？

炭化ケイ素るつぼは1600℃に達する。しかし、より硬く、モース硬度は9である。中央の比較「黒鉛るつぼ vs 炭化ケイ素るつぼ」は、このるつぼが 3.1 g/cm³ と重いことを示している。FeとPbの鋳造で使用される。300MPaの強度があります。

黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼ - 主な違い！

- 融点

黒鉛るつぼは3,650℃で溶融するが、SiCは2,700℃で停止する。このため、炉を変更する必要がある。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼを比較すると、SiC の方が早く加熱されることがわかる。両者とも金属の溶け方は異なる。

高熱タスクだが、異なる温度で、異なる炉や合金に対して適切に運転することができる。

- 耐薬品性

強酸はSiCで簡単に処理できる。フッ素はそれを傷つけません。ここで、黒鉛はそれほどうまくいかない。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの比較では、SiCの方が化学薬品に耐性がある。

溶融塩が関係する場合は、これが役に立つ。炉の中で何をするかによって、異なる金属や化学物質に適合させることができる。

- 材料の気孔率

グラファイトは気孔率が10％高いため、ガスが通りやすい。金属を溶かす際、ガスはSiCの中に入り込むことができない。これは金属の純度を保つのに役立ちます。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの比較では、SiCの多孔性が純度を高めるのに適していることがわかる。このような環境で黒鉛を使用すると、ガスがプロセスを弱める可能性がある。

- 電気伝導率

SiCは耐電性で、グラファイトは導電性である。SiCは1.0e+06Ω・cm、グラファイトは10⁶Ω・cm、105S/mである。で 電気炉 これは問題である。電気アークの溶融は導電率に依存する。

電気加熱はグラファイトの方が良い。電気溶解には不向きですが、絶縁には十二分に適しています。金順カーボンの黒鉛電極は電気をよく通し、アーク炉の効率的な運転を可能にします。

- 熱安定性

1,500℃までの速い熱変化に達するSiCは、従来の材料と比較して、熱の極端な変化を吸収し、放出することができる。温度が変化すると、グラファイトは割れやすくなる。

このため、SiCは急激な熱の変化にも安定した動作が可能である。しかし、それぞれの材料は炉の温度によって他の用途にも適しており、SiCは炉の温度が素早く変化する場合に最高の性能を発揮する。

- 耐酸化性

グラファイトは450℃で酸化するが、SiCは1,000℃まで持ちこたえる。SiCは酸素に強い。SiCは酸素の多い環境でも強さを保つので有利です。黒鉛は自分自身を保護しなければならない。耐酸化性ではSiCが再び勝ち、高温で酸素が充満するプロセスでも無傷のままである。

- 熱吸収

SiCはグラファイト（1.75J/g・K）より熱の吸収は少ない（1.23J/g・K）が、熱の放出は早い。これにより、溶解速度が変化する。例えば、炉のエネルギーは、溶解金属のるつぼの熱吸収に影響される。

それぞれの材料が熱に対処する方法は異なる。特定の金属作業に使用するるつぼを知ることは有益です。高性能の金属製錬には 黒鉛電極 は30カ国以上に輸出されている。

黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの表 - 主な違い！

黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの熱伝導率と熱抵抗！

- 熱伝達効率

グラファイトは700W/m・Kでより速く熱を伝える。SiCは360W/m・Kで熱を伝える。  炭化ケイ素対黒鉛るつぼ は、SiCが鉄（Fe）を均一に溶かすことを示している。より速い熱変化には、グラファイトが適している。アルミニウム（Al）のような異なる種類の金属に対しては、異なるスーツが機能する。

- 最高使用温度

SiCは1600℃に達するが、グラファイトは3000℃に達する。その結果、グラファイトは非常に高温の作業に最適なのだ。最終的には、鋼鉄のようにこれらを溶かしてしまう。SiCは一般的な作業に対応する。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの議論では、温度の違いが鍵となる。

- 保温性

グラファイトはより長く熱を保持する。SiCは0.7J/g・Kであるのに対し、SiCは0.75J/g・Kである。つまり、SiCの方が早く冷えるということだ。銅（Cu）のような金属に対する挙動は異なる。加熱に時間がかかるのであれば、グラファイトは優れた助けとなるため、多くの工程で使用されている。

- 熱劣化

グラファイトは高熱に耐える。SiCは1600℃で破壊が始まる。SiCは2000℃まで耐える。この違いがグラファイトを長持ちさせる。 SiC は猛暑で割れる。そしてその寿命は熱に左右される。

- 温度範囲

グラファイトは室温から3000℃まで安定し、使用温度は-50℃から2500℃までである。SiCの温度範囲は-20℃～1600℃である。両者は異なる仕事をしている。

黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの耐久性と機械的強度！

- 破壊靭性

黒鉛るつぼ で強い。 MPa√m.炭化ケイ素(SiC)るつぼの場合、9 MPa√mでより強靭です。それは 1800°C までより熱い溶解に抗できます。厚い壁が亀裂を止める。また、圧力が 3000 psi の場合にも有効です。

- 圧縮強度

重い荷物も運べる。 グラファイト 40MPaで粉砕する。SiCは300MPa。1600℃以上の溶湯はこれで守られる。SiCるつぼは厚い。溶融まで持つ。1000kg/cm²の圧力で機能する。

- 耐摩耗性

るつぼの耐摩耗性は1650℃まで。炭化ケイ素は長持ちします。このため、黒鉛るつぼよりも強くなります。200 融解では、SiC は摩擦に耐える。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの比較では、SiC の方が摩耗が少ない。SiCの表面硬度は25GPaで、黒鉛の15GPaに比べて高い。

- 亀裂の伝播

SiCるつぼは、クラックの成長も遅い。その熱膨張の値は4.6μm/m℃である。7.4μm/m℃では、黒鉛が膨張する。熱下では、るつぼは強い。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの比較試験では、亀裂が少ない。これは、溶融金属の安全性、特に1600℃において良好である。

- 耐衝撃性

るつぼは衝撃に強い。黒鉛は80Jのエネルギーを吸収する。SiCるつぼはその分丈夫です。落としても簡単には割れない。さらに、温度が変わっても強度を保つ。重量2.1g/cm³のSiCが最も効果的です。

素材構成と構造！

- 炭素含有量

黒鉛は95%の炭素を持つ。その70%は炭化ケイ素（SiC）である。両者の原子はしっかりとくっついている。黒鉛はC-C結合が軽い。SiCはシリコン原子を加える。それが2500℃での強度を高めている。3000℃では、黒鉛の方がよく溶ける。両者は異なる働きをする！黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼは、炭素レベルが金属の加熱速度をどのように変えるかを示しています。

- グレイン・アライメント

SiCの粒は12ミクロン。グラファイトの粒は16ミクロンと大きい。粒子が小さいため、表面が滑らかになります。そのため、金属が固着しにくくなる！強い言葉で言えば、SiCの破壊靭性が50MPaであるのに対し、グラファイトは30MPaである。クラックは結晶粒の方向によって制御されます。そのため、るつぼの働きが活発になります！

- クリスタル・ラティス

グラファイトの格子間隔は3.35Å。その幅は7.48Åであるため、より強靭である。2000℃ではSiCの方が形状を保持する。結合に含まれるケイ素原子がそうさせる。格子構造では熱の流れ方が違う。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼのデザインは、この違いを明確に示しています。

- 分子結合

これはSiC結合のエネルギーが452kJ/molであることを意味する。黒鉛の炭素結合は348kJ/molである。しかし、Si-C結合はかなり熱に強い！代表団によると、グラファイトは急激な熱変化に耐えるのが得意だという。グラファイトは、反応しやすい割には頑丈だが、柔軟性がある。つまり、どちらのタイプも高温でのさまざまな加熱作業に適しているのだ！

- 材料密度

しかし、SiCの方が密度が高い（3.1g/cm³）。グラファイトはわずか1.9g/cm³なので、明らかに密度が低い。熱を遅くし、より多くの圧力を扱う。重さに対する反応とは異なる。2500℃の温度は、密度の高いSiCで処理できる。グラファイトは軽いので、より速く加熱されます。どちらの素材も、金属を溶かすために非常に懸命に働く！

特定の産業用途における性能の違い！

- 製鉄所

高温の鋼は1,500℃で溶ける。SiCるつぼは、熱変化による衝撃に対する耐性を提供する。しかし、熱の保持は速く、130W/m・Kである。どちらも毎日15トンの鋼鉄を扱う。3,000回の加熱サイクルにも耐えられる。200 kWの出力炉は、るつぼのおかげでより良く機能する。

- ジュエリー鋳造

金は1,064℃で溶ける。SiCルツボでの鋳造は200サイクル続く。0.01%以下のコンタミネーションはグラファイトによって防止され、金の混合は金の吸収に影響を及ぼしていない。2kwの機械は加熱が速い。

黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの比較では、2バールの圧力での真空鋳造でより良い性能を示す。どちらも光沢のあるリングを作ることができます。

- アルミニウム製錬

アルミニウムは660℃で溶ける。 炭化ケイ素対黒鉛るつぼ は、最大2℃/分という加熱スピードに貢献している。1,200サイクルは、SiCタイプの方がクラックに強いことを示している。これは5 kWの炉で使用されます。10%は生産性が高く、アルミニウムの溶解も少し速くなります。るつぼは50 kgを保持します。

- セラミック製造

セラミックスを作るには、1400℃に達する。3℃/秒の高速加熱は、SiCるつぼによって処理される。グラファイトタイプのため、金属コンタミがなく、クリーンな状態を保ちます。それぞれ最大50リットルの窯で働きます。1,200℃で800サイクルに耐える。それは滑らかなセラミックを作るのに役立ちます。

- 化学処理

リアクターは最高1,200°C。黒鉛るつぼは酸に強く、長持ちする。SiCはまた、最大2,500 PSIの高圧に耐えることができる。これは反応をより速くする。100リットルのリアクターでは、90W/m・Kの熱流で加熱する。100 kWの反応器では、熱の扱いもかなり堅実だ。

貴社のプロセスに適したるつぼは？

- 動作温度

黒鉛は3,000℃まで熱くなる。SiC自体は1,600℃と低温に保たれる。これはヒートフローに影響する。異なる温度管理によって。SiCの熱伝導率は120W/m・Kで、急速な冷却や加熱に役立ちます。プロセスのスピードは、正しい選択にかかっています。以上、「黒鉛るつぼ vs 炭化ケイ素るつぼ」の熱に対する性能の違いでした。それぞれのニーズがあります。

- 材料の反応性

グラファイトは450℃以上で反応する。SiCは1,600℃まで安全。内部で起こる反応は少ない。SiCの抽出速度は0.1μm/年。クリーンな状態を保ちます。炉のトラブルを防ぐ。黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼ」では、ガスや薬品との反応性が変わります。純度を保つということは、賢く選ぶということです。

- プロセス期間

グラファイトは1,200サイクル。SiCは2,500サイクル。SiCの場合、摩耗率は0.5mm/年。より長く強度を保ちます。加工時間は各サイクルの影響を受けます。SiCの硬度はモース硬度で9です。より良い耐久性は、より長いプロセスがより良い耐久性を必要とすることを意味します。これにより、プロセスがスムーズになり、経済的になります。

- 金属との互換性

黒鉛は鋼を溶かす。SiCは銅、真鍮、アルミニウムを溶かす。SiCの気孔率は8%である。さまざまな金属が相溶する。きれいに溶かすということは、相性が良いということです。それによって金属の純度が保たれる。SiCの熱膨張は4.3μm/m℃です。金属で汚染しない。

- 予算の制約

SiCは$100だが グラファイト は$50しかない。これはマネープランに影響します。摩耗の仕方が違う。SiCの方が長持ちし、最終的には節約になります。しかし、それぞれのるつぼの価格は、それがどのように機能するかを決定します。交換のための費用を節約しましょう。賢く選びましょう。何かを購入するためにお金を払い、それが届くまでに時間がかかればかかるほど、出費はかさむ。

結論

黒鉛るつぼと炭化ケイ素るつぼの比較 熱、強度、その他を比較。SiCは1,000℃の酸化に耐えるが、グラファイトは450℃しか扱えない。グラファイトは700W/m・Kの熱流で素早く加熱する。詳細は ジンサンカーボン.