Perché i tubi riscaldanti in fibra di carbonio rotti non possono essere riutilizzati

Oggi, sfogliando i documenti, mi sono imbattuto nella domanda di un amico che chiedeva se fosse possibile recuperare i tubi di riscaldamento danneggiati. In particolare, "I tubi esterni rotti degli elementi riscaldanti in fibra di carbonio possono essere ricollegati e ancora utilizzati?". Analizziamo perché sia gli elementi riscaldanti in fibra di carbonio che i tubi di riscaldamento a infrarossi con filo di tungsteno non possono continuare a essere utilizzati quando i loro tubi esterni si rompono.

Entrambi elementi riscaldanti in fibra di carbonio e i tubi riscaldanti a infrarossi a filo di tungsteno sono costituiti da fili elettrici riscaldanti racchiusi in tubi di quarzo, lavorati attraverso la sigillatura sotto vuoto o l'introduzione di gas protettivi.

I fili elettrici di questi due tipi di tubi riscaldanti sono realizzati rispettivamente in fibra di carbonio e tungsteno. Le proprietà di questi materiali richiedono un funzionamento sotto vuoto o in un ambiente con gas protettivo per funzionare correttamente.

La fibra di carbonio, se alimentata in aria, si ossida e perde le sue proprietà fisiche dopo aver raggiunto una certa temperatura superficiale, portando a un rapido esaurimento. Tuttavia, può essere utilizzata per periodi prolungati in ambienti a bassa temperatura. Ad esempio, i fili di silicone in fibra di carbonio utilizzati nei sistemi di riscaldamento a pavimento funzionano a meno di 75 gradi Celsius. I fili in fibra di carbonio sono adatti solo per applicazioni civili in campi a bassa temperatura, come il riscaldamento a pavimento, il riscaldamento a parete, i riscaldatori a bassa temperatura, i prodotti sanitari e i dispositivi per la fisioterapia a bassa temperatura.

Nelle applicazioni industriali di tubi riscaldanti elettrici, tuttavia, 75 gradi Celsius non soddisfano i requisiti operativi. Le proprietà fisiche e chimiche della fibra di carbonio sono altamente stabili in ambienti a bassa temperatura, ma instabili alle alte temperature. Nel vuoto o in atmosfere di gas protettivo, la fibra di carbonio dimostra proprietà fisiche e chimiche stabili, in grado di sopportare temperature fino a 2700 gradi Celsius. Per questo motivo, la fibra di carbonio deve essere utilizzata come filo riscaldante elettrico in un ambiente sotto vuoto o con gas protettivo.

Il filo di riscaldamento elettrico all'interno dei tubi di riscaldamento a infrarossi a filo di tungsteno è fatto di tungsteno, un materiale scelto da Edison durante l'invenzione della lampadina. Il tungsteno può raggiungere lo stato di incandescenza ed emettere calore e luce nel vuoto o in ambienti con gas protettivi.

Il tungsteno è un metallo refrattario con il punto di fusione più alto. I metalli con un punto di fusione superiore a 1650 gradi Celsius e superiore al punto di fusione dello zirconio (1852 gradi Celsius) sono noti come metalli refrattari. I metalli refrattari tipici sono tungsteno, tantalio, molibdeno, niobio, afnio, cromo, vanadio, zirconio e titanio. Il vantaggio principale del tungsteno è l'eccellente resistenza alle alte temperature e alla corrosione dei metalli alcalini fusi e dei vapori. Il tungsteno si volatilizza e si ossida solo al di sopra dei 1000 gradi Celsius in presenza di ossigeno. Tuttavia, presenta anche un'elevata temperatura di transizione da duttile a fragile ed è difficile da lavorare a temperatura ambiente a causa della sua plasticità.

I metalli refrattari come il tungsteno sono ampiamente utilizzati nella metallurgia, nell'industria chimica, nell'elettronica, nelle sorgenti luminose e nelle industrie meccaniche. In presenza di ossigeno, il tungsteno si ossida e brucia ad alte temperature.

A causa della sua tendenza a sublimare ed evaporare ad alte temperature, il tungsteno presenta spesso un fenomeno comune. Ad esempio, le lampadine a incandescenza, soprattutto quelle con una potenza superiore a 100 watt, dopo un certo periodo di utilizzo sviluppano una sostanza scura sul vetro esterno, dovuta alla sublimazione del tungsteno e alla sua deposizione sulla superficie del quarzo.

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