Hva er de termiske og mekaniske egenskapene til glimmer som en isolator i varmeplatekonstruksjon?

Inne i mange industrielle varmeplater er det et tynt flasset materiale som isolerer det aktive varmeelementet fra den jordede metallkroppen. Dette materialet er glimmer og er essensielt i enkelte varmeovner på grunn av sin unike blanding av elektrisk isolasjon og høy temperaturstabilitet. Ved å kjenne til de termiske og mekaniske egenskapene til glimmer, kan ingeniører velge passende isolasjonsmateriale for båndvarmere, stripevarmere, patronvarmere og platevarmesystemer.

Hva er glimmerglimmer? A Naturally Occurring Insulator Mica er en serie naturlig forekommende silikatmineraler som brytes opp i tynne, elastiske, gjennomsiktige ark. De to mest populære variantene som brukes i elektriske oppvarmingsapplikasjoner er

Muskovittglimmer (kaliumaluminiumsilikat) - Den vanligste karakteren, med gode elektriske egenskaper og termisk motstand.

Omformuler setningen

Gå tilbake til den opprinnelige setningen

Kopier setning

Synonymer

glimmer

glimmeren

et glimmer

mineralet glimmer

mineral glimmer

kvarts

den

glimmer glimmer

glitrende glimmer

liten glimmer

glimmer

glimmer-liker

mineralet

dette mineralet

utvinning av glimmer

keramisk glimmer

glimmer-basert

mineral

pigment

edelstener

mineraler

glimmers bruk

mineraler som glimmer

sølv glimmer

metallisk glimmer

farget glimmer

skimrende

glimmerpartikler

glitter

metallisk

materialet

Phlogopite glimmer (magnesiumaluminiumsilikat) – dielektrisk styrke noe lavere, men kontinuerlig temperaturvurdering høyere, brukt i industrielle varmeovner med høy temperatur.

Glimmer utvinnes og bearbeides til ark, filmer eller lages til former. Den kan hakkes, gjennombores eller støpes rundt varmeenheter. Glimmerplater er vanlige og dekket med motstandstråd, for eksempel nikrom eller tilsvarende, for å lage en glimmervarmeelementsammenstilling for varmeovner.

Termiske egenskaper: Middels ledningsevne og høy temperaturbestandighet
En grunnleggende egenskap ved glimmer er dens evne til å motstå høye temperaturer uten å gå i oppløsning, avgass eller miste elektrisk isolasjonsevne.

Maksimal kontinuerlig brukstemperatur varierer for forskjellige glimmertyper:

Muscovite Glimmer: 932-1112 grader F (500-600 grader)

Phlogopite Glimmer: 700 til 800 grader (1292 til 1472 grader F)

Selv kort eksponering for høyere temperaturer (for eksempel 900–1000 grader for flogopitt) kan tenkes, men å operere over den kontinuerlige grensen i lang tid fører til et gradvis tap av mekanisk integritet og lavere isolasjonsmotstand.

Glimmer har en termisk ledningsevne på ca. 0,5 til 0,7 W/m·K. Dette er mye større enn de fleste polymerisolatorer (f.eks. PTFE ved 0,25 W/mK), men mindre enn keramiske isolatorer (f.eks. alumina ved 25-30 W/mK). Den mellomliggende ledningsevnen tillater varme å strømme fra motstandstråden gjennom glimmerlaget inn i metallvarmelegemet, men gir likevel elektrisk isolasjon.

Termisk ekspansjonskoeffisient - Glimmer har en lagdelt krystallstruktur og ekspanderer derfor anisotropisk. Utvidelsen langs arkets plan er betydelig, utvidelsen på tvers av arkene er mindre. Denne anisotropien er vanligvis godt tilpasset metallvarmeelementer i gode konstruksjoner.

Elektriske egenskaper Høy dielektrisk styrke Høy isolasjonsmotstand
Mica er verdsatt for sin høye dielektriske styrke. For glimmer er verdien ca. 20 kV/mm (kilovolt per millimeter tykkelse). Nedbrytingsspenningen er i størrelsesorden 4000 volt for en standard glimmerplate med 0,2 mm tykkelse, som er langt høyere enn de vanlige forsyningsspenningene på 240 V eller 480 V som brukes i industrielle varmeovner.

Volumresistiviteten er ekstremt høy, vanligvis i størrelsesorden 10^13 til 10^15 Ω·cm ved romtemperatur, synker betraktelig ved høyere temperaturer, men fortsatt tilstrekkelig for de fleste oppvarmingsbruk.

Den dielektriske konstanten (relativ permittivitet) til glimmer er i størrelsesorden 6-8, og stabil over et bredt spekter av frekvenser og temperaturer.

Glimmer brukes også som en isolator for motstandstråder som opererer ved høye temperaturer som vil smelte eller karbonisere polymerisolatorer. Glimmer har elektriske egenskaper som er egnet for dette formålet.

Mekaniske egenskaper: Fleksibilitet, sprø, følsom for fuktighet
Tynne glimmerplater (0,05-0,5 mm) er fleksible, men tykke glimmerplater er sprø. Materialet kan være bøyd rundt kurver, men skarpe bretter vil føre til at det sprekker. Ved produksjon av varmeovner blir glimmer ofte stanset til nøyaktige former med hull for terminalstifter eller spor for motstandstråd.

Strekkfastheten er generelt lav og materialet er svak skjærkraft. Glimmer skal ikke brukes som konstruksjonselement, men skal støttes mekanisk av metallvarmerhuset eller klemplatene.

En ulempe er absorpsjon av fuktighet. Glimmer er et hygroskopisk materiale. Fuktighetsabsorpsjon reduserer overflatens isolasjonsmotstand og kan forårsake elektrisk lekkasje eller kortslutning. Glimmervarmere er derfor ikke egnet for nedsenking eller høy luftfuktighet med mindre de er forseglet hermetisk. En glimmervarmer som er i bruk må "bakes ut" (første oppvarmingssyklus-) for å fjerne eventuell absorbert fuktighet, siden de første lave isolasjonsavlesningene ikke anbefales.

Dårlig motstand mot slitasje. Kantene på grovt metall kan skrape eller pudre glimmeroverflater. Montering må være glatt avgradede deler riktig.

Glimmer, keramiske og polymerisolatorer – hva er forskjellen?
Tabellen nedenfor sammenligner glimmer med andre vanlige elektriske isolasjonsmaterialer for varmeelementer:

Eiendom Glimmer (muskovitt) keramisk (aluminiumoksyd, steatitt) polymer (PTFE, PEEK, silikon)
Maks. kontinuerlig temperatur 500–600 grader 800–1200 grader (alumina) PTFE: 260 grader ; PEEK: 250 grader ; Silikon: 200ºC
Termisk ledningsevne (W/mK) 0.5 - 0.7 25 - 30 (aluminiumoksyd) PTFE: 0,25; Silikon: 0,2-0,3
Dielektrisk styrke (kV/mm) ~20 10 - 15(alumina)PTFE: ~20, PEEK: ~20, Silikon: ~15
Fleksibilitet i tynne plater Mekanisk fleksibilitetStiv, sprø Fleksibel (spesielt silikon)
Fuktighetsbestandighet Lav (hygroskopisk) Utmerket (ikke-absorberende) Utmerket (vann-avvisende)
Vanlige typer varmeovnerBåndvarmer, stripevarmer, patronvarmerkjerneisolasjon Elpevarmere, høy-temperatur, innstøpt-i varmeovner, rørformede varmeovnerFleksible varmeelementer, lav-varmeputer
Relativ kostnad Lav til moderat Middels til høy Middels høy (PEEK)
Glimmerisolasjonsapplikasjoner i varmeplater
Glimmer brukes vanligvis til produksjon av varmeplater.

Glimmerbåndvarmere - Glimmer i form av buede ark er viklet rundt en sylindrisk overflate, med motstandstråd kveilet over glimmeren og et andre glimmerlag på toppen. Hele strukturen er festet i et metallbånd.

Glimmerstrimmelvarmere - Flate eller buede glimmersammenstillinger som brukes til å varme opp plater, dyser og pressplater.

Patronvarmekjerner - Motstandstråd er vridd i spor på en keramisk kjerne eller dor, som er innkapslet i et glimmerark. Glimmeren isolerer ledningen elektrisk fra den ytre metallkappen.

Luftvarmere. Glimmer brukes i kanalvarmere for å isolere åpne-spolemotstandstråder ved temperaturer over grensene for polymerisolasjon.

Glimmer brukes vanligvis i høytemperaturvarmerdesign når driftstemperaturen overstiger 200-260 C-begrensningen for PTFE eller silisium, men det kreves en tynn, formbar isolator. Over 800 C brukes vanligvis keramiske isolatorer (aluminiumoksyd eller steatitt), men de er ikke fleksible.

Designhensyn og begrensninger
Det er verdt å merke seg at glimmer har mange begrensninger som må tas i betraktning i varmeovnsdesign.

Fuktighetsfølsomhet - Glimmervarmere som har blitt lagret i et fuktig miljø bør "bakes ut" ved lav temperatur (100-150 grader) i mange timer før full effekt settes på. Forseglede avslutninger og innkapsling hjelper til med å redusere fuktinntrengning.

Sprø under mekanisk påkjenning - Glimmerplater kan knuses hvis varmeapparathuset er overstrammet eller hvis termisk ekspansjonsubalanse forårsaker trykkspenninger. Tilstrekkelig klaring og fjærbelastede klemanordninger anbefales.

Høy temperaturreduksjon isolasjonsmotstand - Mica er fortsatt en utmerket isolator ved høye temperaturer, men volumresistiviteten reduseres med flere størrelsesordener. For applikasjoner med svært høy spenning (f.eks. 1000 V+) kan det være nødvendig med mer enn ett lag med glimmer eller tykkere glimmer.

Ikke for nedsenking - Glimmer må aldri være i direkte kontakt med væsker. Vann kommer inn, og isolasjonen svikter raskt, og strømmen lekker ut. Elddypeovner er laget med magnesiumoksid (MgO) pulver eller PTFE i stedet.

Konklusjon: En tids-testet isolator for flere-høytemperaturvarmeplatedesign
Mica tilbyr en unik kombinasjon av høytemperatur elektrisk isolasjon i et tynt, formbart ark. Glimmer kan fylle gapet mellom lavtemperaturpolymerer og stiv høytemperaturkeramikk, med kontinuerlige brukstemperaturer på 500–600 grader (muskovitt) eller 700–800 grader (flogopitt), dielektrisk styrke på ca. 20 kV/mm og termisk ledningsevne på 0,5–0,7 W.

Den er svært egnet for båndvarmere, stripevarmere og patronvarmekjerner der fleksibilitet, tynn profil og temperaturmotstand er nødvendig. Imidlertid må dens sprøhet, fuktighetsabsorpsjon og manglende evne til å prestere i fuktige omgivelser overvinnes ved nøye design og påføring. Valget av isolasjonsmateriale er viktig for elektrisk sikkerhet og termisk ytelse, og glimmer er fortsatt et velprøvd valg for et bredt utvalg industrielle varmeplater som arbeider i tørre situasjoner med høy temperatur.