خواص حرارتی و مکانیکی میکا به عنوان عایق در ساخت صفحات گرمایشی چیست؟

در داخل بسیاری از صفحات گرمایش صنعتی یک ماده پوسته پوسته نازک وجود دارد که عنصر گرمایش فعال را از بدنه فلزی زمین عایق می کند. این ماده میکا است و به دلیل ترکیب منحصر به فرد عایق الکتریکی و پایداری دمای بالا در برخی از طراحی های بخاری ضروری است. مهندسان با دانستن کیفیت حرارتی و مکانیکی میکا می توانند مواد عایق مناسب را برای هیترهای نواری، بخاری های نواری، بخاری های کارتریجی و سیستم های گرمایش صفحه ای انتخاب کنند.

میکا میکا چیست؟ میکای عایق طبیعی مجموعه ای از مواد معدنی سیلیکات طبیعی است که به ورقه های نازک، الاستیک و شفاف تجزیه می شود. دو نوع محبوب مورد استفاده در کاربردهای گرمایش الکتریکی هستند

میکای مسکوویت (سیلیکات آلومینیوم پتاسیم) - رایج ترین گرید، با کیفیت الکتریکی خوب و مقاومت حرارتی.

جمله را دوباره بیان کنید

بازگشت به جمله اصلی

جمله را کپی کنید

مترادف ها

میکا

میکا

یک میکا

میکای معدنی

میکای معدنی

کوارتز

آن را

میکا میکا

میکای پر زرق و برق

میکای کوچک

میکا

میکا-مثل

ماده معدنی

این ماده معدنی

استخراج میکا

میکای سرامیکی

مبتنی بر میکا-

معدنی

رنگدانه

سنگ های قیمتی

مواد معدنی

استفاده از میکا

مواد معدنی مانند میکا

میکای نقره ای

میکای فلزی

میکای رنگی

درخشان

ذرات میکا

زرق و برق

فلزی

مواد

میکای فلوگوپیت (سیلیکات آلومینیوم منیزیم) - استحکام دی الکتریک تا حدودی پایین تر، اما درجه حرارت مداوم بالاتر است، که در بخاری های صنعتی با دمای بالا استفاده می شود.

میکا استخراج شده و به شکل ورق، فیلم یا به شکل تبدیل می شود. می توان آن را خرد کرد، سوراخ کرد یا در اطراف وسایل گرمایش قالب زد. ورق های میکا معمولی هستند و با سیم مقاومتی مانند نیکروم یا معادل آن پوشانده می شوند تا یک مجموعه المنت گرمایشی میکا برای بخاری ها بسازند.

خواص حرارتی: رسانایی متوسط ​​و مقاومت در برابر دمای بالا
یکی از ویژگی‌های اساسی میکا، توانایی آن در مقاومت در برابر دماهای بالا بدون تجزیه، خروج گاز یا از دست دادن قابلیت‌های عایق الکتریکی است.

حداکثر دمای سرویس مداوم برای انواع مختلف میکا متفاوت است:

میکای مسکوویتی: 932-1112 درجه فارنهایت (500-600 درجه)

میکای فلوگوپیت: 700 تا 800 درجه (1292 تا 1472 درجه فارنهایت)

حتی قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض دماهای بالاتر (به عنوان مثال 900-1000 درجه برای فلوگوپیت) قابل تصور است، اما عملکرد بیش از حد مداوم برای مدت طولانی منجر به از دست دادن تدریجی یکپارچگی مکانیکی و مقاومت عایق کمتر می شود.

میکا دارای رسانایی حرارتی در حدود 0.5 تا 0.7 W/m·K است. این مقدار بسیار بیشتر از بیشتر عایق های پلیمری است (به عنوان مثال PTFE در 0.25 W/mK) اما کمتر از عایق های سرامیکی (مانند آلومینا در 25-30 W/mK) است. رسانایی متوسط ​​اجازه می دهد تا گرما از سیم مقاومت از طریق لایه میکا به بدنه بخاری فلزی جریان یابد، اما عایق الکتریکی را فراهم می کند.

ضریب انبساط حرارتی - میکا دارای ساختار کریستالی لایه ای است و از این رو به صورت ناهمسانگرد منبسط می شود. انبساط در امتداد صفحه ورق ها قابل توجه است، انبساط عرضی به ورق ها کمتر است. این ناهمسانگردی معمولاً به خوبی با عناصر گرمایش فلز در ساختارهای خوب سازگار است.

خواص الکتریکی استحکام دی الکتریک بالا مقاومت عایق بالا
میکا به دلیل استحکام دی الکتریک بالایی که دارد مورد توجه است. برای میکا مقدار حدود 20 کیلوولت بر میلی متر (کیلوولت بر میلی متر ضخامت) است. ولتاژ شکست به ترتیب 4000 ولت برای یک ورق استاندارد میکا با ضخامت 0.2 میلی متر است که به مراتب بیشتر از ولتاژهای رایج تغذیه 240 ولت یا 480 ولت مورد استفاده در بخاری های صنعتی است.

مقاومت حجمی بسیار زیاد است، معمولاً در دمای اتاق بین 10^13 تا 10^15 Ω·cm، در دماهای بالاتر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد، اما هنوز برای اکثر مصارف گرمایشی کافی است.

ثابت دی الکتریک (گذردهی نسبی) میکا در حد 6-8 است و در طیف وسیعی از فرکانس ها و دماها پایدار است.

میکا همچنین به عنوان عایق برای سیم های مقاومتی که در دماهای بالا کار می کنند و عایق های پلیمری را ذوب یا کربن می کنند، استفاده می شود. میکا دارای خواص الکتریکی است که برای این منظور مناسب است.

خواص مکانیکی: انعطاف پذیری، شکننده، حساس به رطوبت
ورقه های نازک میکا (0.05{3}}0.5 میلی متر) انعطاف پذیر هستند، اما ورقه های میکای ضخیم شکننده هستند. مواد ممکن است در اطراف منحنی ها خم شوند اما چین های تیز باعث ترک خوردن آن می شود. در تولید بخاری، میکا معمولاً به شکل های دقیق با سوراخ هایی برای پین های ترمینال یا شکاف هایی برای سیم مقاومت برش داده می شود.

استحکام کششی به طور کلی کم است و مواد برشی ضعیف است. میکا نباید به عنوان یک عضو ساختاری استفاده شود، بلکه باید به صورت مکانیکی توسط محفظه فلزی گرمکن یا صفحات گیره حمایت شود.

یک نقطه ضعف جذب رطوبت است. میکا یک ماده جاذب رطوبت است. جذب رطوبت مقاومت عایق سطح را کاهش می دهد و می تواند باعث نشت الکتریکی یا شورت شود. بنابراین، بخاری‌های میکا برای سرویس غوطه‌وری یا تنظیمات رطوبت بالا مناسب نیستند، مگر اینکه به‌صورت هرمتیک آب‌بندی شوند. یک بخاری میکای در حال استفاده باید «پخت» (اولین چرخه-گرم کردن) باشد تا رطوبت جذب شده را از بین ببرد زیرا خوانش اولیه عایق کم توصیه نمی شود.

مقاومت ضعیف در برابر سایش. لبه های فلز خشن می توانند سطوح میکا را خراش دهند یا پودر کنند. مونتاژ باید صاف قطعات deburred درست باشد.

عایق های میکا، سرامیکی و پلیمری - تفاوت آنها چیست؟
جدول زیر میکا را با سایر مواد عایق الکتریکی رایج برای عناصر گرمایش مقایسه می کند:

میکا (مسکوویت) سرامیک (آلومینا، استاتیت) پلیمر (PTFE، PEEK، سیلیکون)
حداکثر دمای پیوسته 500–600 درجه 800–1200 درجه (آلومینا) PTFE: 260 درجه ; PEEK: 250 درجه؛ سیلیکون: 200 درجه سانتیگراد
هدایت حرارتی (W/mK) 0.5 - 0.7 25 - 30 (آلومینا) PTFE: 0.25; سیلیکون: 0.2-0.3
قدرت دی الکتریک (کیلو ولت بر میلی متر) ~20 10 - 15(آلومینا)PTFE: ~20، PEEK: ~20، سیلیکون: ~15
انعطاف پذیری در ورق های نازک انعطاف مکانیکی سفت و شکننده انعطاف پذیر (به ویژه سیلیکون)
مقاومت در برابر رطوبت کم (رطوبت سنج) عالی (غیرجذب) عالی (آب-دفع)
انواع متداول هیترها بخاری نواری، بخاری نواری، عایق هسته گرمکن کارتریج، گرمکن های غوطه وری،{0}}درجه حرارت بالا، ریخته گری-در بخاری ها، بخاری های لوله ای عناصر گرمایش انعطاف پذیر، پدهای گرمایشی با دمای پایین-
هزینه نسبی کم تا متوسط ​​متوسط ​​تا زیاد متوسط ​​زیاد (PEEK)
کاربردهای عایق میکا در صفحات گرمایشی
میکا معمولاً در ساخت صفحات گرمایش استفاده می شود.

گرم کننده های نوار میکا - میکا به شکل ورقه های منحنی دور یک سطح استوانه ای پیچیده می شود که سیم مقاومتی روی میکا پیچیده شده و لایه دوم میکا در بالا قرار دارد. کل ساختار در یک نوار فلزی محکم شده است.

بخاری‌های نواری میکا - مجموعه‌های میکای مسطح یا منحنی که برای گرم کردن صفحات، قالب‌ها و صفحات پرس استفاده می‌شوند.

هسته های گرمکن کارتریج - سیم مقاومت در شیارهایی روی یک هسته یا سنبه سرامیکی که در یک ورق میکا محصور شده است، پیچ خورده است. میکا سیم را از غلاف فلزی بیرونی عایق الکتریکی می کند.

بخاری های هوا. میکا در بخاری های مجرای برای عایق بندی سیم های مقاومت سیم پیچ باز در دماهای بالاتر از محدودیت های عایق پلیمری استفاده می شود.

میکا معمولاً در طراحی بخاری با دمای بالا زمانی استفاده می‌شود که دمای عملیاتی از محدودیت 200 تا 260 درجه سانتی‌گراد PTFE یا سیلیکون فراتر رود، اما یک عایق نازک و شکل‌پذیر مورد نیاز است. بالاتر از 800 درجه سانتیگراد، عایق های سرامیکی (آلومینا یا استاتیت) به طور کلی مورد استفاده قرار می گیرند، اما آنها انعطاف پذیر نیستند.

ملاحظات و محدودیت های طراحی
شایان ذکر است که میکا دارای محدودیت های متعددی است که باید در طراحی بخاری مورد توجه قرار گیرد.

حساسیت به رطوبت - بخاری‌های میکا که در یک محیط مرطوب ذخیره شده‌اند، باید ساعت‌ها قبل از استفاده کامل در دمای پایین (۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه) «پخت» شوند. انتهای مهر و موم شده و کپسوله شدن به کاهش رطوبت کمک می کند.

اگر محفظه بخاری بیش از حد سفت شود یا عدم تعادل انبساط حرارتی باعث ایجاد تنش‌های فشاری شود، ورق‌های میکا می‌توانند تحت فشار مکانیکی شکننده باشند. فاصله کافی و دستگاه های بستن فنر توصیه می شود.

مقاومت عایق کاهش دمای بالا - میکا همچنان یک عایق عالی در دماهای بالا است، اما مقاومت حجمی آن چندین مرتبه کاهش می‌یابد. برای کاربردهای ولتاژ بسیار بالا (مثلاً 1000 V+) ممکن است به بیش از یک لایه میکا یا میکای ضخیم‌تر نیاز باشد.

نه برای غوطه وری - میکا هرگز نباید در تماس مستقیم با مایعات باشد. آب وارد می شود و عایق به سرعت از بین می رود و برق به بیرون نشت می کند. بخاری های غوطه ور به جای آن با پودر اکسید منیزیم (MgO) یا PTFE ساخته می شوند.

نتیجه‌گیری: یک عایق-تست‌شده برای چندین طراحی صفحه گرمایش با دمای بالا-
میکا ترکیبی منحصر به فرد از عایق الکتریکی با دمای بالا را در یک ورق نازک و شکل پذیر ارائه می دهد. میکا می تواند شکاف بین پلیمرهای با دمای پایین و سرامیک های سفت با دمای بالا را با دمای سرویس مداوم 500-600 درجه (مسکوویت) یا 700-800 درجه (فلوگوپیت)، قدرت دی الکتریک حدود 20 کیلو ولت بر میلی متر و هدایت حرارتی 0.5-7 Wm·K پر کند.

برای بخاری های نواری، بخاری های نواری و هسته های بخاری کارتریجی که انعطاف پذیری، مشخصات نازک و مقاومت در برابر دما مورد نیاز است، بسیار مناسب است. با این حال، شکنندگی، جذب رطوبت و ناتوانی در عملکرد در تنظیمات مرطوب باید با طراحی و کاربرد دقیق برطرف شود. انتخاب ماده عایق برای ایمنی الکتریکی و عملکرد حرارتی مهم است و میکا هنوز یک انتخاب ثابت شده برای طیف گسترده ای از صفحات گرمایش صنعتی است که در شرایط دمای بالا خشک کار می کنند.