真空爐電熱元件常用資料的功用對(duì)比剖析
　　真空爐電熱元件的資料分為金屬資料和非金屬資料。金屬資料包括鉬、鎢、鉭、鎳鉻合金等，非金屬資料包括石墨、碳化硅、二氧化鉬等，本文將對(duì)金屬資料的鉬、鎢、鉭和非金屬資料的石墨進(jìn)行對(duì)比剖析。
　　2.1、電阻率
　　資料不同，電阻率不同，跟著溫度的改動(dòng)，電阻率將會(huì)產(chǎn)生改動(dòng)。電阻與資料的電阻率、長(zhǎng)度、截面積的聯(lián)系如下：
　　式中，R 為電熱元件的電阻，Ω；ρ 為資料的電阻率，Ω·mm2/m；L 為電熱元件長(zhǎng)度，m；F 為電熱元件截面積，mm2。
　　在規(guī)劃真空爐電熱元件的時(shí)分，為了確保真空爐電熱元件的額功率，使其能快速升溫，便于規(guī)劃設(shè)備和使其作業(yè)安穩(wěn)，咱們要求電熱元件電阻隨溫度改動(dòng)較小，即要求電阻率安穩(wěn)。
    鉬、鎢和鉭隨溫度的升高，電阻率急劇升高，改動(dòng)較大，而石墨隨溫度的升高改動(dòng)較小，改動(dòng)量只需10 % ~ 20 %。由此可見(jiàn)，石墨與其他三種資料比較，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，電阻率安穩(wěn)。
　　2.2、電阻溫度系數(shù)
　　電阻溫度系數(shù)是影響資料電阻隨溫度改動(dòng)的另一個(gè)重要參數(shù)，其值的巨細(xì)直接影響電熱元件在不同溫度下的電阻值，電阻溫度系數(shù)越大，隨溫度升高，電阻的改動(dòng)就越大，然后嚴(yán)重影響功率的安穩(wěn)性，然后使得電熱元件的作業(yè)變得極不安穩(wěn)。石墨、鉬、鎢、鉭的電阻溫度系數(shù)分別為：126×10-5 ℃、471×10-5 ℃、482×10-5 ℃、399×10-5 ℃，由此可以看出石墨的電阻溫度系數(shù)最小，而鉬、鎢、鉭的電阻溫度系數(shù)分別抵達(dá)了石墨的3 ~ 4 倍，由此可見(jiàn)，用石墨制作的電熱元件可以獲得安穩(wěn)的作業(yè)功用。
　　2.3、熱脹大系數(shù)
　　在真空熱處理爐電熱元件規(guī)劃時(shí)，熱脹冷縮是一個(gè)重要要素，因?yàn)樗苯佑绊懥穗姛嵩膲蹟?shù)和運(yùn)用功用，例如，在規(guī)劃電熱元件時(shí)，沒(méi)有為熱脹冷縮規(guī)劃預(yù)留空間或許預(yù)留空間過(guò)小，就會(huì)導(dǎo)致電熱元件受熱后承受較大的熱應(yīng)力，或許電熱元件直接受力開(kāi)裂，損壞電熱元件；相反預(yù)留空間過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致電熱元件難以固定設(shè)備，裝置替換困難，因而要求電熱元件熱脹大系數(shù)盡可能的小，而且可以安穩(wěn)。為了得到四種資料的熱脹大程度，我選用了GD型系列電熱元件中外徑為20 mm 的電熱元件作為模型(GD 型電熱元件和數(shù)據(jù)參數(shù)如圖2 和表2 所示)，而且僅對(duì)發(fā)熱部進(jìn)行了建模，選用ANSYS 有限元剖析的辦法對(duì)其分別在1 000 ℃和2 000 ℃的溫度下進(jìn)行了仿真。
　　由剖析效果咱們可以看到，石墨在高溫時(shí)的熱脹很多最少，在1 000 ℃時(shí)只需不到1.1 mm，2 000 ℃時(shí)也只需不到2.3 mm，而1 000 ℃時(shí)鉭棒的脹很多為5.2 mm，2 000 ℃時(shí)抵達(dá)了10.4 mm，幾乎為石墨的5 倍。因而，單從熱脹大的角度來(lái)看，石墨的確具有非常大的優(yōu)勢(shì)，是一種很好的電熱元件資料
　　2.4、可加工性和高溫機(jī)械強(qiáng)度
　　鉬、鎢、鉭均為金屬電熱資料，他們都有堅(jiān)固的質(zhì)地，鉬的硬度為5.5 HB，鎢為5 ~ 5.5 HB，鉭的硬度抵達(dá)了6 ~ 6.5 HB，可見(jiàn)，加工難度都很大；而且隨溫度的升高，硬度下降，高溫機(jī)械強(qiáng)度逐步變差。而石墨是一種非金屬電熱資料，質(zhì)軟，硬度只需1 ~ 2 HB，非常簡(jiǎn)略加工成型，而且2 500 ℃以下跟著溫度的升高機(jī)械強(qiáng)度不斷前進(jìn)，在1 700 ~ 1 800 ℃抵達(dá)最佳。可見(jiàn)，石墨的可加工性和高溫機(jī)械強(qiáng)度均比其他三種好，這也是石墨成為電熱元件首選資料的原因之一。
　　2.5、其他要素
　　真空熱處理爐是一種經(jīng)過(guò)輻射加熱的設(shè)備，因而電熱元件的輻射功用直接抉擇了電熱元件的功率和功用，而輻射才華取決于物質(zhì)的黑度，黑度越高，輻射才華越強(qiáng)，反之越弱，石墨的黑度為0.95、鉬為0.1 ~ 0.3、鎢為0.03 ~ 0.3、鉭為0.2 ~ 0.3，石墨最大。
　　其他，真空環(huán)境下各種資料都會(huì)加快蒸發(fā)，而且跟著真空度前進(jìn)，蒸發(fā)程度相應(yīng)地前進(jìn)，構(gòu)成各自物質(zhì)的氣氛環(huán)境，約束了電熱元件的運(yùn)用規(guī)模，例如石墨電熱元件在真空環(huán)境中蒸發(fā)會(huì)構(gòu)成碳環(huán)境，要求不能滲碳或許不能和碳反響的熱處理就不能在這樣的加熱爐中進(jìn)行。
　　資料的價(jià)格和是否豐盛也常常是電熱元件資料選擇要考慮的要素，石墨是一種儲(chǔ)量豐盛，價(jià)格低廉的資料，相比之下，鉬、鎢和鉭都顯得較為寶貴。
　　本文經(jīng)過(guò)理論剖析和ANSYS 的仿真剖析，詳細(xì)真實(shí)地反映出了常用電熱元件資料的各種功用，而且經(jīng)過(guò)辨證的觀念進(jìn)行了比較，比較后發(fā)現(xiàn)，石墨的確具有其他電熱元件不能比較的優(yōu)勢(shì)，安穩(wěn)的電阻率、較低的電阻溫度系數(shù)、較小的熱脹大系數(shù)以及較大的黑度等長(zhǎng)處都使得它成為了電熱元件資料的首選，可是因?yàn)槭诔叵掠捕容^低，因而常溫時(shí)石墨電熱元件簡(jiǎn)略開(kāi)裂損壞，在不易替換電熱元件的加熱爐中不宜運(yùn)用。其他，石墨在真空環(huán)境下易蒸發(fā)構(gòu)成碳環(huán)境，因而某些資料不能在這樣的真空爐中加工處理，一起要特別注意在選用支撐件和連接件時(shí)，要避免其與石墨反響。