壊れた炭素繊維ヒーターチューブが再利用できない理由

今日、記録を拾い読みしていたら、友人の「破損したヒーターチューブは再生可能か」という問い合わせに出くわした。具体的には、"カーボンファイバーヒーターエレメントの破損した外管は、再接続してまだ使用できるのか？"というものである。炭素繊維ヒーター・エレメントもタングステンワイヤー赤外線ヒーター・チューブも、なぜ外管が割れると使用し続けることができないのかを分析してみよう。

両方 カーボンファイバーヒーターエレメント およびタングステン線赤外線加熱管は、石英管内に封入された電熱線で構成され、真空封止または保護ガスの導入により処理される。

この2種類の加熱管の電熱線は、それぞれ炭素繊維とタングステンでできている。これらの材料の特性から、適切に機能させるためには真空下または保護ガス環境下で作動させる必要がある。

炭素繊維は、空気中で動力を与えられた場合、一定の表面温度に達すると酸化して物性を失い、急速に燃え尽きる。しかし、低温環境では長時間使用することができる。例えば、床暖房システムに使用される炭素繊維シリコン・ワイヤーは75℃以下で作動する。炭素繊維ワイヤーは、床暖房、壁暖房、低温ヒーター、ヘルスケア製品、低温理学療法機器など、低温分野の民間用途にのみ適している。

しかし、工業用電熱管の用途では、75℃では動作要件に満たない。炭素繊維の物理的および化学的特性は、低温環境では非常に安定しているが、高温では不安定である。真空または保護ガス雰囲気では、炭素繊維は安定した物理的・化学的特性を示し、摂氏2700度までの温度に耐えることができる。このため、炭素繊維は真空または保護ガス雰囲気中で電熱線として使用されなければならない。

タングステン線赤外線加熱管内の電熱線はタングステン、電球の発明時にエジソンによって選択された材料で作られています。タングステンは、白熱状態に到達し、真空または保護ガス環境下で熱と光を放出することができます。

タングステンは最も融点の高い耐火金属である。融点が摂氏1650度以上で、ジルコニウムの融点（摂氏1852度）より高い金属は、耐火性金属として知られている。代表的な耐火金属には、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、ハフニウム、クロム、バナジウム、ジルコニウム、チタンなどがある。タングステンの主な利点は、その優れた高温強度と溶融アルカリ金属や蒸気に対する耐食性にある。タングステンは揮発し、酸素の存在下でのみ1000℃以上で酸化する。しかし、高い延性脆性遷移温度を示し、その塑性のために室温での加工が困難である。

タングステンなどの耐火性金属は、冶金、化学工業、電子工学、光源、機械工業などで広く使用されている。酸素の存在下では、タングステンは酸化し、高温で燃焼する。

高温で昇華・蒸発する性質があるため、タングステンはしばしば一般的な現象を示す。例えば、白熱電球、特に100ワットを超える定格電力のものは、いくつかの使用後に外側のガラスに暗い物質を開発し、これは石英表面上のタングステンの昇華と沈着の結果である。

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