ES2296822T3 - Un metodo para aumentar la vida util de un elemento calefactor de siliciuro de molibdeno. - Google Patents

Abstract

Un método para aumentar la vida útil de elementos calefactores que comprende esencialmente siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, operando dichos elementos a temperaturas de 1200ºC o superiores en procesos de tratamiento de calor y apoyando sobre el piso y/o techo de un horno, caracterizado por disponer el elemento calefactor (3) en contacto directo de apoyo con material de ladrillo de óxido de aluminio (2, 6), y en donde dicho material se realiza de modo que contenga aluminio hasta una extensión suficiente para que mantenga una capa en lento desarrollo estable de óxido de aluminio sobre la superficie del elemento calefactor (3).

Description

Un método para aumentar la vida útil de un elemento calefactor de siliciuro de molibdeno.

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El presente invento se refiere a un método para aumentar la extensión útil de vida de elementos calefactores cuando se calientan tratando cerámicas electrónicas. Estas cerámicas pueden ser ferritas (cerámicas magnéticas) y titanatos (por ejemplo BaTio_{3}).

Mas concretamente el invento se refiere a alementos del tipo de siliciuro de molibdeno y siliciuro de molibdeno tungsteno, incluyendo diferentes aleaciones de estos materiales básicos. Estos elementos se fabrican por peticionarios en una serie de diseños.

La WO 89/02647 se refiere a un elemento de resistencia de alta temperatura, en donde parte del molibdeno en el siliciuro de molibdeno se ha sustituido por tungsteno.

Las cerámicas electrónicas se utilizan actualmente en una serie de aplicaciones en, por ejemplo, optrónics, telefonía móvil y electrónicas de vehículo. Las cerámicas electrónicas que tienen una estructura de perovskita con propiedades dieléctricas, piezoeléctricas y ferroeléctricas, entre otras. Ejemplos de estos materiales incluyen BaTiO_{3} y Pb (Zr, Ti)O_{3}. Los componentes que se fabrican típicamente a partir de estos materiales son resonadores, filtros y condensadores. Los condensadores se producen en forma de los llamados condensadores de capas múltiples (MLCC) por ejemplo. Las cerámicas se ponen con frecuencia en contacto con un conductor metálico, tal como níquel, en la etapa de tratamiento por calor.

Cuando se utilizan estos elementos calefactores en la fabricación de las cerámicas llamadas electrónicas, los elementos se sitúan con frecuencia sobre una superficie de soporte y se calientan respectivamente desde el piso y techo de hornos de sinterización continuos. Un diseño muy preferido de elementos calefactores en estos hornos, por ejemplo hornos del tipo llamado Riedhammer para hornos llamados de sinterización de ferrita son llamados elementos meandro de 4 brazos que miden 6/12 mm en la zona de calentamiento y parte de conexión respectivamente.

Estos elementos descansan típicamente sobre una capa de grava de partículas de aluminio-silicato, que, a su vez, descansa sobre un ladrillo puramente de óxido de aluminio. El silicato de aluminio es compatible (no reacciona químicamente) con elementos calefactores. Puede utilizarse silimanita y mulita durante un periodo de tiempo prolongado antes de que tenga lugar una reacción con la capa de SiO_{2} que se desarrolla sobre la superficie de elementos de MoSi_{2}. Esto se debe a que el silicato de aluminio reacciona mas lentamente con la capa de SiO_{2} que el ladrillo de óxido de aluminio. Esta reacción hace que el aluminio se alee en la capa de SiO_{2}, debilitando así la capacidad de la capa para proteger el material de elemento, resultando en una vida mas corta del elemento.

A continuación de esta reacción con la capa superficial tiene también lugar una reacción en el material de masa del elemento calefactor, resultando en ulterior corrosión y debilitamiento.

En ausencia de dicha capa de partículas o lecho de grava, se producirá una reacción mas rápida en virtud del SiO_{2} sobre la superficie del elemento que está en contacto directo con el ladrillo de Al_{2}O_{3}.

Muchas cerámicas electrónicas se tratan por calor a temperaturas de horno que oscilan entre 1200 y 1500º y mas. En adición a gas de nitrógeno, la atmósfera contiene también típicamente entorno del 5% de gas de hidrógeno que tiene un punto de rocío variable. Por ejemplo el punto de rocío puede ser de +20ºC.

Se ha apreciado que en muchos casos la extensión de vida útil de dichos elementos cae significativamente por debajo del espacio esperado de 3-5 años, y en algunos casos solo se extiende hasta unos pocos meses. La causa de problemas de extensión de vida local es el gas de hidrógeno agresivo que reacciona con el lecho de grava de modo que forma una fusión que contiene principalmente silicato de aluminio. El elemento de calentamiento se sumerge en la fusión, con lo cual tiene lugar un aumento de la temperatura con corrosión acelerada y aumento de temperatura de los elementos como resultado. Además, el lecho de grava sinteriza firmemente en el ladrillo de óxido de aluminio. Puede producirse también problemas en atmósferas que no contengan gas de hidrógeno, con lo que el elemento se sumerge en la capa de partículas como resultado de los cambios de temperatura y con ello cambios dimensionales.

El lecho de grava, o capa de partículas también hace mas difícil de llevar a cabo la fabricación, transporte y mantenimiento del horno.

Se desea por tanto eliminar el lecho de grava del proceso.

El presente invento soluciona este deseo.

El presente invento se refiere por tanto a un método para aumentar la vida útil de elementos calefactores que consiste esencialmente de siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, operando dichos elementos a temperaturas de 1200ºC o superiores en procesos de tratamiento térmico y descansando contra el piso y/o techo de un horno, caracterizado por disponer el elemento calefactor en contacto directo con material de ladrillo de óxido de aluminio y en donde dicho material se obtiene de modo que contenga aluminio hasta una extensión suficiente que mantenga una capa de lento crecimiento estable de óxido de aluminio sobre la superficie del elemento calefactor.

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El invento se describirá ahora con mayor detalle, particularmente con referencia al dibujo que se acompaña, en donde

La figura 1 ilustra un diseño de horno en donde se aplica el invento.

La figura 1 ilustra parte de un horno del tipo implicado. El dibujo representa un segmento, por ejemplo una zona calefactora, de un horno llamado de empuje pasante en donde el material pasa a través del espacio entre los elementos calefactores sobre, por ejemplo, una cubeta cerámica que es empujada hacia delante sobre, por ejemplo, raíles.

Para calentar el material desde arriba se dispone una capa de grava o lecho de partículas 1 sobre una placa de óxido de aluminio 2. Un elemento de cuatro brazos 3 se dispone en la parte superior del lecho de partículas. Un "casete calefactor" que incluye elementos de lecho ladrillo-grava de óxido de aluminio es empujado en un plano de compartimiento/estante 4 en aislamiento de ladrillo circundante 5. El mismo procedimiento se utiliza para elementos que se calientan desde arriba y desde abajo, con la diferencia de que cuando se calienta desde abajo se utiliza una placa de óxido de aluminio 6. Naturalmente pueden utilizase otras construcciones de horno que apliquen el principio en donde el elemento descansa sobre un lecho de grava.

El presente invento se refiere a un método para aumentar la vida útil de elementos calefactores que consiste esencialmente de siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, donde dichos elementos operando en el proceso de tratamiento calefactor a altas temperaturas en, por ejemplo, una atmósfera corrosiva que contiene gas de hidrógeno, y en donde dichos elementos descansan contra el piso del horno y/o descansan en apoyo con el techo del horno.

En el caso de la realización ilustrada los elementos de calentamiento 3 están en apoyo directo con ladrillo de óxido de aluminio. Esto significa que el lecho de grava 1 de la figura 1 se excluye de conformidad con el invento.

El material con el que está constituido el elemento calefactor 3 incluye siliciuro de molibdeno y sus aleaciones, haciéndose que este material contenga suficiente aluminio para mantener una capa en desarrollo lento y estable de óxido de aluminio sobre la superficie del elemento calefactor.

En el caso de esta realización se obtiene así una capa de lento desarrollo de óxido de aluminio que es estable en la gama de temperatura relevante en respecto del tratamiento de calor de cerámicas electrónicas.

De conformidad con una modalidad preferida el material con el cual está constituido el elemento calefactor se hace que incluya Mo(Si_{1-x}Al_{x})_{2}, y se hace también que contenga una suficiencia de aluminio.

De conformidad con una modalidad, x tiene un valor del orden de 0,2 - 0,6.

Se prefiere que x se encuentre en un valor dentro de la gama de 0,40 - 0,50. Esto resulta en una capa de óxido estable mientras que, al mismo tiempo, se obtiene una composición que es duradera a alta temperatura y tiene buenas propiedades mecánicas.

De conformidad con una modalidad preferida del invento el material del elemento calefactor contiene hasta el 40% en volumen de Al_{2}O_{3}. El óxido de aluminio constituye una fase estabilizadora mecánica del elemento y actúa contra el agrandamiento del tamaño de partícula de la fase de aluminosiliuro.

El método del invento obvia de este modo la necesidad de una capa de grava, facilitando así la fabricación, transporte y mantenimiento del horno. El motivo por el cual no se requiere la capa de grava se debe a que el óxido de aluminio apoya contra óxido de aluminio.

Además se reduce el riesgo de corrosión del sistema, elemento calefactor/capa de grava/ladrillo de óxido de aluminio, con lo que se prolonga en gran manera la vida útil de los elementos calefactores y se minimizan de este modo trastornos operacionales.

La idoneidad del material del elemento en el anterior contexto se basa en la propiedad inherente de la cerámica Al_{2}O_{3} de resistir la corrosión en ambientes corrosivos hasta temperaturas muy altas.

El presente invento no deberá considerarse limitado al tipo descrito de horno, sino que puede aplicarse con otros tipos de hornos en donde existan los citados problemas.

Claims (4)

1. Un método para aumentar la vida útil de elementos calefactores que comprende esencialmente siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, operando dichos elementos a temperaturas de 1200ºC o superiores en procesos de tratamiento de calor y apoyando sobre el piso y/o techo de un horno, caracterizado por disponer el elemento calefactor (3) en contacto directo de apoyo con material de ladrillo de óxido de aluminio (2,6), y en donde dicho material se realiza de modo que contenga aluminio hasta una extensión suficiente para que mantenga una capa en lento desarrollo estable de óxido de aluminio sobre la superficie del elemento calefactor (3).

2. Un método, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de elemento calefactor (3) contiene Mo(Si_{1-x}Al_{x})_{2}, en donde x tiene un valor en la gama de 0,2 - 0,6.

3. Un método, de conformidad con la reivindicación 1 o 2 caracterizado porque x tiene un valor en la gama de 0,40 - 0,50.

4. Un método, de conformidad con la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque el material del elemento calefactor (3) contiene hasta el 40% en volumen de Al_{2}O_{3}.