其中最具代表性的失效問題基本歸結為四個方面:支撐芯高溫變形或析晶、碳素纖維電熱體股線纏繞不均、端頭電氣接點斷裂以及碳素復合材料電熱體定型失效。分析其失效影響因素如下:
1)支撐芯材質的影響
限于生產成本的要求,碳素纖維電熱元件的支撐芯一般選用國產透明石英玻璃管,國產石英玻璃的成本較低,內部雜質含量較高,降低石英玻璃的粘度,使其結構更為松弛,軟化點降低,而實際使用時當元件的表面工作溫度在900~1000℃時,石英支撐芯便開始出現變形。
2)電熱體纏繞工藝的影響
股線型堿素纖維電熱體的制備一般采用手工纏繞,螺距不均勻的問題在所難免,此外脫芯過程的人為接觸也會造成復合材料電熱體螺距不勻。
3)接點處理工藝的影響
碳索電熱體與電源之間的引線材料均采用導電性良好的金屬絲(通常用鉬絲加鉬片點焊方式引出),碳素電熱體和金屬引線的連接處可等效成一個電阻(接觸電阻)。
對于碳素纖維電熱元件,在長期使用或高溫工作下支撐芯會發生軟化,使原來緊密接觸的碳素電熱體與金屬引線之間的距離變大,接觸面積減小,接觸距離增加,因此端頭接觸電阻變大,最后導致接頭燒損。
4)高溫定型工藝的影響
高溫定型是制備無支撐蕊碳素復合材料電熱體的關鍵步驟,而定型時上膠量的多少及其均勻程度直接影響著電熱體的定型效果。特別是定型上膠量過大或定型膠質量不好時,傳統的瞬時通電定型法對定型膠的處理不徹底,元件高溫使用時附著在電熱體表面的殘留雜質揮發會導致石英管內壁污染,此外上膠不勻還會使電熱體局部出現亮點,影響元件外觀質量。
以上分析可知,要提供碳纖維電熱元件的性能,必須使碳素電熱體脫離支撐芯的限制,因此碳素復合材料電熱體的制備成為關鍵,其難點集中于碳素纖維股線的捻制纏繞和復合材料電熱體的高溫定型。
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