Hvad er de termiske og mekaniske egenskaber ved glimmer som en isolator i varmepladekonstruktion?

Inde i mange industrielle varmeplader er der et tyndt flaget materiale, som isolerer det aktive varmeelement fra det jordede metallegeme. Dette materiale er glimmer, og det er essentielt i nogle varmelegemedesigns på grund af dets unikke blanding af elektrisk isolering og høj temperaturstabilitet. Ved at kende glimmerens termiske og mekaniske kvaliteter kan ingeniører vælge det passende isoleringsmateriale til båndvarmere, strimmelvarmere, patronvarmere og pladevarmesystemer.

Hvad er glimmerglimmer? A Naturally Occurring Insulator Mica er en serie af naturligt forekommende silikatmineraler, som bryder op i tynde, elastiske, gennemsigtige plader. De to mest populære varianter, der anvendes i elektriske varmeapplikationer er

Muskovitglimmer (kaliumaluminiumsilicat) - Den mest almindelige kvalitet med gode elektriske egenskaber og termisk modstand.

Omformuler sætning

Vend tilbage til den oprindelige sætning

Kopier sætning

Synonymer

glimmer

glimmeren

et glimmer

mineralet glimmer

mineral glimmer

kvarts

det

glimmer glimmer

glitrende glimmer

lille glimmer

glimmer

glimmer-som

mineralet

dette mineral

udvindingen af ​​glimmer

keramisk glimmer

glimmer-baseret

mineral

pigment

ædelstene

mineraler

glimmers brug

mineraler som glimmer

sølv glimmer

metallisk glimmer

farvet glimmer

flimrende

glimmerpartikler

glitter

metallisk

materialet

Phlogopite glimmer (magnesiumaluminiumsilikat) – dielektrisk styrke noget lavere, men kontinuerlig temperaturklassificering højere, anvendt i industrielle varmeapparater med høj temperatur.

Glimmer udvindes og forarbejdes til ark, film eller laves til former. Det kan hakkes, gennembores eller støbes rundt om varmeapparater. Glimmerplader er almindelige og overlejret med modstandstråd, såsom nichrome eller tilsvarende, for at lave en glimmer-varmeelementsamling til varmelegemer.

Termiske egenskaber: Middel ledningsevne og høj temperaturbestandighed
En grundlæggende egenskab ved glimmer er dens evne til at modstå høje temperaturer uden at gå i opløsning, afgasning eller miste elektriske isoleringsevner.

Maksimale kontinuerlige driftstemperaturer varierer for forskellige glimmertyper:

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

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

Selv kort eksponering for højere temperaturer (f.eks. 900-1000 grader for flogopit) er tænkelig, men drift over den kontinuerlige grænse i længere tid fører til et gradvist tab af mekanisk integritet og lavere isoleringsmodstand.

Glimmer har en termisk ledningsevne på omkring 0,5 til 0,7 W/m·K. Dette er meget større end de fleste polymerisolatorer (f.eks. PTFE ved 0,25 W/mK), men mindre end keramiske isolatorer (f.eks. aluminiumoxid ved 25-30 W/mK). Den mellemliggende ledningsevne tillader varme at strømme fra modstandstråden gennem glimmerlaget ind i metalvarmelegemet, men giver alligevel elektrisk isolation.

Termisk udvidelseskoefficient - Glimmer har en lagdelt krystalstruktur og udvider sig derfor anisotropisk. Udvidelsen langs pladernes plan er betydelig, udvidelsen på tværs af pladerne er mindre. Denne anisotropi er normalt godt tilpasset metalvarmeelementer i gode konstruktioner.

Elektriske egenskaber Høj dielektrisk styrke Høj isolationsmodstand
Mica er værdsat for sin høje dielektriske styrke. For glimmer er værdien omkring 20 kV/mm (kilovolt pr. millimeter tykkelse). Gennembrudsspændingen er i størrelsesordenen 4.000 volt for en standard glimmerplade på 0,2 mm tykkelse, hvilket er langt højere end de almindelige forsyningsspændinger på 240 V eller 480 V, der anvendes i industrielle varmeapparater.

Volumenresistiviteten er ekstrem høj, sædvanligvis i størrelsesordenen 10^13 til 10^15 Ω·cm ved stuetemperatur, faldende betydeligt ved højere temperaturer, men stadig tilstrækkelig til de fleste opvarmningsanvendelser.

Den dielektriske konstant (relativ permittivitet) for glimmer er af størrelsesordenen 6-8 og stabil over et bredt frekvensområde og temperaturområde.

Glimmer bruges også som en isolator til modstandstråde, der opererer ved høje temperaturer, som ville smelte eller forkulle polymerisolatorer. Glimmer har elektriske egenskaber, der er velegnede til dette formål.

Mekaniske egenskaber: Fleksibilitet, skør, følsom over for fugt
Tynde glimmerplader (0,05-0,5 mm) er fleksible, men tykke glimmerplader er skøre. Materialet kan være bøjet rundt i kurver, men skarpe folder vil få det til at revne. Ved fremstilling af varmeapparater udstanses glimmer almindeligvis til nøjagtige former med huller til terminalben eller slidser til modstandstråd.

Trækstyrken er generelt lav, og materialet er svag forskydningskraft. Glimmer må ikke bruges som et konstruktionselement, men skal være mekanisk understøttet af metalvarmerhuset eller spændepladerne.

En ulempe er absorptionen af ​​fugt. Glimmer er et hygroskopisk materiale. Fugtabsorption reducerer overfladens isoleringsmodstand og kan forårsage elektrisk lækage eller kortslutninger. Derfor er glimmervarmere ikke egnede til nedsænkning eller høj luftfugtighed, medmindre de er hermetisk forseglet. En glimmervarmer i brug skal "bages ud" (første-opvarmningscyklus) for at fjerne eventuel absorberet fugt, da de indledende lave isoleringsaflæsninger ikke anbefales.

Dårlig modstand mod slid. Kanterne af ru metal kan skrabe eller pulverisere glimmeroverflader. Samlingen skal være glatte afgratede dele korrekt.

Glimmer, keramiske og polymerisolatorer – hvad er forskellen?
Tabellen nedenfor sammenligner glimmer med andre almindeligt anvendte elektriske isoleringsmaterialer til varmeelementer:

Ejendom Glimmer (Muscovite) Keramik (Aluminiumoxid, Steatit) Polymer (PTFE, PEEK, Silikone)
Maks. kontinuerlig temperatur 500–600 grader 800–1200 grader (aluminiumoxid) PTFE: 260 grader ; PEEK: 250 grader ; Silikone: 200ºC
Termisk ledningsevne (W/mK) 0.5 - 0.7 25 - 30 (aluminiumoxid) PTFE: 0,25; Silikone: 0,2-0,3
Dielektrisk styrke (kV/mm) ~20 10 - 15(aluminiumoxid)PTFE: ~20, PEEK: ~20, Silikone: ~15
Fleksibilitet i tynde plader Mekanisk fleksibilitetStiv, skør Fleksibel (især silikone)
Fugtbestandighed Lav (hygroskopisk) Fremragende (ikke-absorberende) Fremragende (vand-afvisende)
Almindelige typer af varmelegemerBåndvarmer, båndvarmer, patronvarmelegeme kerneisolering El-varmelegemer, høj-temperatur, indstøbt-i varmelegemer, rørformede varmelegemerFleksible varmeelementer, lav-varmepuder
Relativ pris Lav til moderatMiddel til høj Middel høj (PEEK)
Glimmerisoleringsapplikationer i varmeplader
Glimmer bruges mest til fremstilling af varmeplader.

Glimmerbåndvarmere - Glimmer i form af buede plader er viklet rundt om en cylindrisk overflade med modstandstråd viklet over glimmeren og et andet glimmerlag ovenpå. Hele strukturen er fastgjort i et metalbånd.

Mica Strip Heaters - Flade eller buede glimmersamlinger, der bruges til opvarmning af plader, matricer og presseplader.

Patronvarmerkerner - Modstandstråd er snoet i riller på en keramisk kerne eller dorn, som er indkapslet i en glimmerplade. Glimmeren isolerer ledningen elektrisk fra den udvendige metalkappe.

Luftvarmere. Glimmer bruges i kanalvarmere til at isolere åbne-spolemodstandstråde ved temperaturer over begrænsningerne for polymerisolering.

Glimmer bruges typisk i højtemperaturvarmerdesign, når driftstemperaturen overstiger begrænsningen på 200-260 C for PTFE eller silicium, men der kræves en tynd, formbar isolator. Over 800 C anvendes generelt keramiske isolatorer (aluminiumoxid eller steatit), men de er ikke fleksible.

Designovervejelser og begrænsninger
Det er værd at bemærke, at glimmer har adskillige begrænsninger, der skal tages i betragtning i varmeapparatets design.

Fugtfølsomhed - Glimmervarmere, der har været opbevaret i et fugtigt miljø, skal "bages ud" ved lav temperatur (100-150 grader) i mange timer, før fuld effekt påføres. Forseglede afslutninger og indkapsling hjælper med at reducere fugtindtrængning.

Skør under mekanisk belastning - Glimmerplader kan splintres, hvis varmelegemet spændes for meget, eller hvis termisk ekspansionsubalance forårsager trykspændinger. Tilstrækkelig frigang og fjederbelastede spændeanordninger anbefales.

Høj temperatur faldende isolationsmodstand - Mica er stadig en fremragende isolator ved høje temperaturer, men dens volumenmodstand falder med flere størrelsesordener. Til meget højspændingsapplikationer (f.eks. 1000 V+) kan der være behov for mere end et lag glimmer eller tykkere glimmer.

Ikke til nedsænkning - Glimmer må aldrig være i direkte kontakt med væsker. Der kommer vand ind, og isoleringen svigter hurtigt, og strømmen siver ud. Dykvarmere er lavet med magnesiumoxid (MgO) pulver eller PTFE i stedet.

Konklusion: En tids-testet isolator til adskillige-højtemperaturvarmepladedesign
Mica tilbyder en unik kombination af højtemperatur elektrisk isolering i en tynd, formbar plade. Glimmer kan udfylde hullet mellem lavtemperaturpolymerer og stiv højtemperaturkeramik med kontinuerlige driftstemperaturer på 500–600 grader (muskovit) eller 700–800 grader (phlogopit), dielektrisk styrke på omkring 20 kV/mm og termisk ledningsevne på 0,5–0,7 W.

Den er særdeles velegnet til båndvarmere, båndvarmere og patronvarmelegemer, hvor fleksibilitet, tynd profil og temperaturmodstand er nødvendig. Dets skørhed, fugtoptagelse og manglende evne til at præstere i fugtige omgivelser skal dog overvindes ved omhyggelig design og påføring. Valget af isoleringsmateriale er vigtigt for elektrisk sikkerhed og termisk ydeevne, og glimmer er stadig et bevist valg til en lang række industrielle varmeplader, der arbejder i tørre situationer med høje temperaturer.