Принцип работы нагревательных элементов из карбида кремния

  Принцип работы карборундовых нагревательных стержней основан на полупроводниковых характеристиках и физико-химических свойствах его основного сырья - карбида кремния высокой чистоты. С точки зрения проводимости, карбид кремния является широкозонным полупроводником. При комнатной температуре свободных носителей мало, и сопротивление высокое. После включения питания электроны поглощают энергию и переходят в зону проводимости, образуя ток. Колебания решетки способствуют миграции электронов для уменьшения сопротивления, а при повышении температуры ширина запрещенной зоны уменьшается. Увеличение концентрации носителей приводит к изменению сопротивления с отрицательным температурным коэффициентом. С точки зрения механизма нагрева, в соответствии с законом Джоуля, при прохождении тока через карборундовый стержень столкновение между носителем и решеткой генерирует тепло.
  В процессе работы различные температурные этапы показывают разные характеристики: сопротивление медленно уменьшается от комнатной температуры до 400℃; сопротивление значительно уменьшается от 400-700℃, а скорость окисления ускоряется, что требует быстрого повышения температуры для преодоления; выше 700℃ на поверхности образуется плотная защитная пленка из диоксида кремния, скорость окисления замедляется и входит в стабильную рабочую область. Для обеспечения стабильности питания требуется регулируемый трансформатор или тиристорный регулятор мощности для регулировки напряжения в реальном времени в соответствии с температурой. Кроме того, высокая теплопроводность карборундового стержня позволяет быстро передавать его тепло на поверхность, тем самым нагревая нагреваемый объект посредством излучения и конвекции. Самогенерирующаяся защитная пленка из диоксида кремния на его поверхности может предотвратить проникновение кислорода и продлить срок службы. Однако, когда сопротивление аномально увеличивается, термическое напряжение вызывает механическое разрушение, или химическая коррозия разрушает оксидную пленку, карборундовый стержень выйдет из строя.