炭化ケイ素（SiC）発熱体は、二珪化モリブデン（MoSi2）発熱体よりも脆く、特に熱サイクル条件下では脆くなります。この脆さにより、SiCはクラックや機械的故障の影響を受けやすくなります。MoSi2元素は高温用途でより優れた耐久性を示すが、酸化減肉や特定の雰囲気要件など、独自の制限がある。これらの材料の選択は、温度範囲、加熱速度、および大気の適合性などの動作条件によって決まります。
キーポイントの説明
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比較脆性
- SiC発熱体はMoSi2よりも高い脆性を示し、急激な温度変化や機械的応力時にクラックが発生するリスクが高まります。
- MoSi2の高温での延性挙動は、熱サイクルに対する耐性を向上させますが、時間の経過とともに結晶粒が成長し、表面の劣化につながる可能性があります。
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故障メカニズム
- SiCは脆性により壊滅的に破損するが、MoSi2は酸化や粒成長により徐々に薄くなる。
- MoSi2の保護SiO2層は、酸化性雰囲気のレトルト炉で再生できる。 雰囲気レトルト炉 1450℃以上で、損傷後の機能を回復する。
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雰囲気依存性
- MoSi2は、非空気雰囲気（アルゴン、真空など）ではSiCを上回り、より高い温度（空気中では1800℃まで）に耐える。
- SiCの熱伝導率は急速加熱に適していますが、脆性に関連する故障を悪化させます。
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運用上の考慮点
- ペスト酸化（表面の粉化）を防ぐため、550℃の空気中での MoSi2の使用は避けること。
- SiCは壊れやすいため、特に熱サイクルが頻繁に発生する用途では慎重な取り扱いが必要です。
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材料の安定性
- MoSi2はほとんどの酸/アルカリ（HNO3/HFを除く）に耐性があり、SiCのセラミック構造は化学的不活性はあるが機械的弾力性は低い。
高温安定性については、酸化に弱いものの、MoSi2が望ましいが、SiCは脆いため、動的な熱環境での使用は制限される。この決定は、耐久性のニーズと大気および熱要件とのバランスにかかっている。
総括表
| 特性 | SiC発熱体 | MoSi2発熱体 |
|---|---|---|
| 脆性 | 高い（割れやすい） | 低い（延性が高い） |
| 熱サイクル | 悪い（壊れやすい） | 良い（強い） |
| 空気中の最高温度 | 最高1600 | 1800℃まで |
| 耐酸化性 | 良好 | 悪い（時間の経過とともに薄くなる） |
| 耐薬品性 | 良好 | 良好 (HNO3/HF を除く) |
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