Feltro à base de viscose em forno de aquecimento por indução

A adequação defibra de carbono à base de viscose para sistemas de isolamentoem ambientes de aquecimento por indução de alta temperatura se deve principalmente às suas principais propriedades, incluindo baixa condutividade térmica, alta estabilidade térmica, excelente resistência ao choque térmico, alta pureza e baixo teor de impurezas e processabilidade leve. Essas propriedades trabalham juntas para torná-lo um material de isolamento altamente eficiente, limpo e confiável para ambientes de temperaturas extremamente altas, possuindo valor estratégico insubstituível, especialmente em áreas de ponta, como aeroespacial e fabricação de semicondutores.

I. Baixa condutividade térmica

A condutividade térmica da base de viscosefibra de carbonoà temperatura ambiente é de aproximadamente 1,26 W/m·K, muito inferior à de materiais metálicos (como aço inoxidável, aproximadamente 15 W/(m·K)) e de muitos materiais cerâmicos. Esta característica decorre de sua “estrutura de grafite desordenada” e “estrutura porosa desenvolvida”. Em sistemas de aquecimento por indução de alta temperatura, a baixa condutividade térmica significa que o calor é menos facilmente perdido da área de aquecimento para o ambiente externo, conseguindo assim um isolamento eficiente.

A condutividade térmica da fibra de carbono à base de viscose permanece baixa mesmo em altas temperaturas. Sua microestrutura contém numerosos poros em nanoescala e microescala, que formam "canais de baixa transferência de calor" em temperaturas acima de 2.000 ℃, dificultando efetivamente a condução de calor. Simultaneamente, os materiais de carbono transferem calor através de ondas reticuladas, enquanto o arranjo reticulado das fibras de carbono à base de viscose é mais desordenado (estrutura não grafitada), alongando o caminho de condução de calor e reduzindo ainda mais a condutividade térmica. Em equipamentos de alta temperatura, como fornos de silício monocristalino, feltros de isolamento ou placas de isolamento térmico feitas de fibras de carbono à base de viscose podem reduzir significativamente a perda de calor e melhorar a eficiência energética.

II. Resistência a altas temperaturas e estabilidade térmica

As fibras de carbono à base de viscose podem operar de forma estável até "acima de 2.800 ℃" em ambientes inertes ou a vácuo, tornando-as um material de isolamento ideal para áreas de alta temperatura em sistemas de aquecimento por indução. Em temperaturas extremas acima de 2.000 ℃, a maioria dos materiais sofre alterações físico-químicas significativas, enquanto as fibras de carbono à base de viscose mantêm sua estrutura e propriedades básicas.

A alta estabilidade térmica das fibras de carbono à base de viscose decorre de suas propriedades de “difícil grafitização”. Em comparação com as fibras de carbono à base de PAN ou de piche, as fibras de carbono à base de viscose têm menos probabilidade de formar uma estrutura de grafite altamente ordenada em altas temperaturas. No entanto, isso também significa que eles são menos propensos a transições drásticas de fases estruturais em altas temperaturas. Experimentos mostram que as fibras de carbono à base de viscose tratadas a 2.200 ℃ ainda mantêm uma estrutura não grafitada com densidade de apenas 1,39 g/cm³ e teor de carbono superior a 98,5%. Esta estrutura estável de carbono evita que derretam ou se decomponham a altas temperaturas, permitindo-lhes manter as suas propriedades de isolamento térmico durante um longo período.

Vale a pena notar que as fibras de carbono à base de viscose são propensas à oxidação em ambientes oxidantes (significativamente aceleradas acima de 400°C). No entanto, em sistemas de aquecimento por indução, a utilização de uma atmosfera protetora (como árgon ou azoto) ou de uma câmara de vácuo evita eficazmente este problema de oxidação, aproveitando totalmente a sua resistência a altas temperaturas.

III. Excelente resistência ao choque térmico

Os sistemas de aquecimento por indução normalmente requerem partidas e desligamentos frequentes, levando a mudanças drásticas de temperatura. O alto alongamento na ruptura (>2%) e a baixa densidade (1,39-1,7 g/cm³) das fibras de carbono à base de viscose conferem-lhes excelente resistência ao choque térmico, permitindo-lhes suportar rápidas flutuações de temperatura sem rachar facilmente.

A resistência ao choque térmico refere-se à capacidade de um material de resistir a rachaduras sob mudanças drásticas de temperatura. O coeficiente de expansão linear positivo das fibras de carbono à base de viscose (2.184 × 10⁻⁶/K a 800℃) garante um alto grau de correspondência entre seu comportamento de expansão e o da matriz de resina durante o aquecimento, reduzindo significativamente a concentração de tensão térmica. Além disso, sua estrutura flexível e alto alongamento à ruptura permitem a absorção da energia do choque térmico através da deformação flexível, evitando fissuras causadas pelo estresse térmico.

Em estudos de compósitos 2D-C/C, descobriu-se que a deformação térmica livre das fibras de carbono à base de viscose a 800°C é 1/8 daquela dos materiais reforçados à base de PAN, e a tensão térmica simulada durante a carbonização é 1/60 daquela dos materiais reforçados à base de PAN. Este nível extremamente baixo de tensão térmica confere-lhe uma excelente estabilidade sob frequentes mudanças de temperatura em sistemas de aquecimento por indução, prolongando significativamente a vida útil do sistema de isolamento.

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