ES2298501T3 - Metodo para obtener un elemento calefactor de tipo de siliciuro de molibdeno y un elemento calefactor. - Google Patents

Metodo para obtener un elemento calefactor de tipo de siliciuro de molibdeno y un elemento calefactor. Download PDF

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Abstract

Un método para producir un elemento calefactor que está constituido esencialmente por siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, caracterizado por produ-cir un material que contiene sustancialmente Mo(Si1-XAlX)2 y Al2O3 mezclando un siliciuro de aluminio y molibdeno Mo(Si1-yAly)2 con SiO2, en donde el SiO2 tiene una pureza de por lo menos 98%.

Description

Método para obtener un elemento calefactor de tipo de siliciuro de molibdeno y un elemento calefactor.
El presente invento se refiere a un método para fabricar un elemento calefactor del tipo de siliciuro de molibdeno y también a un elemento calefactor.
Un elemento de resistencia eléctrica del tipo de siliciuro de molibdeno se describe en la patente sueca 0003512-1 y 0004329-9. De conformidad con la patente 0003512-1 el material de resistencia del elemento calefactor incluye Mo(Sil-xAlx)2 que se hace que contenga aluminio en una extensión en la que se impide sustancialmente la formación de pestes.
Se ha encontrado que cuando este material opera en una gama de temperatura entre 400 y 600ºC no se forma peste, o solo una ligera cantidad de peste. La peste se forma en virtud de la formación de MoO3 a partir de MoSi2 y O2.
El motivo de la formación de peste se reduce de modo significante o se elimina se debe a la formación de Al2O3 en la superficie del elemento.
De conformidad con una modalidad preferida x se hace que se encuentre en la gama de 0,2-0,6.
La otra patente ilustra un método para aumentar el periodo de vida útil de elementos calefactores que consiste principalmente en siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico en donde el elemento opera a altas temperaturas.
De conformidad con esta patente el elemento calefactor se hace que contenga aluminio hasta una extensión que sea suficiente para mantener una capa de lento crecimiento estable de óxido de aluminio sobre la superficie del elemento calefactor.
De conformidad con una modalidad preferida el material del elemento calefactor se hace que contenga Mo(Sil-xAlx)2 en donde x se encuentra en la gama de 0,2-0,6.
Se ha encontrado que un material del tipo de siliciuro de molibdeno que contiene aluminio posee propiedades de corrosión mejoradas a baja y alta temperatura.
Un material de esta índole se produce con frecuencia mezclando polvo de MoSi2 con material crudo oxídico, tal como aluminosilicatos. Cuando el material crudo es arcilla de bentonita, se obtiene un punto de fusión relativamente bajo que contribuye hacia la sinterización llamada de fase de fusión que resulta en un material denso que contiene MoSi2 y una proporción de silicato de aluminio correspondiente al 15-20 por ciento en volumen.
La arcilla de bentonita tiene diferentes composiciones. Algunas bentonitas incluyen 60% en eso de SiO2 mientras que algunas contienen algo mas del 70% en peso de SiO2. Si bien el contenido de Al203 varía, normalmente se encuentra entre 13-20% en peso. El punto de fusión varía entre alrededor de 1200-1400ºC.
La arcilla de bentonita que contiene principalmente SiO2 puede utilizarse en la producción de elementos calefactores conteniendo Mo(Sil-xAlx)2. Cuando tiene lugar sinterización con un siliciuro con aleación de Al una reacción de intercambio químico en donde la mayor afinidad del oxígeno frente Al que a Si resulta en el abandono de Si del silicato de aluminio y la entrada del siliciuro como un resultado del abandono de Al del siliciuro y siendo succionado por la fase de óxido. Esta reacción de intercambio contribuye también a las propiedades de sinterización mejoradas del material compuesto. El material final contiene Mo(Sil-xAlx)2 que está sustancialmente desprovisto de Al, en donde la fase de óxido contiene Al2O3 en todos los esenciales.
El procedimiento normal de fabricación implica la mezcla de molibdeno, silicio y aluminio en forma de polvo y la cocción de la mezcla de polvo normalmente bajo una atmósfera de gas protector. Esto resulta en una torta del material Mo(Sil-yAly)2, en donde y es mayor que x en la fórmula anterior como resultado de dicha reacción de intercambio. La reacción es exotérmica. La torta se tritura luego y moltura hasta obtener un tamaño de partícula fino del orden de 1 a 20 \mum. Este polvo se mezcla con arcilla de bentonita tal como para formar un material cerámico húmedo. El material se extruye y seca para darle una forma de varilla cuyo diámetro corresponde al diámetro del elemento subsiguiente. El material se sinteriza luego a una temperatura que excede la temperatura de fusión de los componentes incluyentes.
Sin embargo, existe un inconveniente con un elemento de este tipo. El problema es que el óxido que forma sobre la superficie del elemento, o sea Al2O3, en ocasiones se desprende o escama, o sea se suelta de la superficie del elemento en el caso de operación cíclica.
Un óxido de desprendimiento proporciona una protección mas pobre frente a oxidación continuada de aluminio que se empobrece en la superficie exterior del elemento mas rápidamente. Además, un óxido de desprendimiento puede contaminar el horno en donde se ajusta el elemento, con el riesgo de que se perjudique de modo significante la prestación y aspecto de productos tratados en caliente en hornos que tienen estos elementos. Esto limita el empleo de estos elementos en procesos de calentamiento.
Este problema se resuelve con el presente invento.
El presente invento se refiere por tanto a un método para producir un elemento calefactor que comprende sustancialmente el tipo de siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, y se caracteriza por producir un material que contiene sustancialmente Mo(Sil-xAlx)2 y Al2O3 mezclando un aluminosiliciuro de molibdeno Mo(Sil-yAly)2 con SiO2 en donde SiO2 tiene una pureza de por lo menos el 98%.
Además el invento se refiere a un elemento calefactor del tipo y con las características principales que se indican en la reivindicación 6.
El invento se describirá ahora con mayor detalle a continuación.
De conformidad con el invento un elemento calefactor que comprende principalmente siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico obtenido mezclando un polvo que contiene principalmente Mo(Sil-yAly)2 con SiO2 altamente puro. El dióxido de silicio puro tiene una temperatura de fusión de alrededor de 1700ºC. Sin embargo, cuando se utiliza SiO2 dicha reacción de intercambio entre Si en el óxido y Al en el siliciduro resulta en un producto sinterizado de alta densidad.
El SiO2 citado puede estar presente como SiO2 puro o como un silicato de aluminio de alta pureza. Sin embargo, puede incluirse SiO2 en silicatos en donde otras sustancias en el silicato tengan propiedades que impidan que el siliciuro de molibdeno se alee con la sustancia o sustancias implicadas y con las que se conserve la simetría de la red cristalina del siliciuro de molibdeno. Mullita y silimanita son ejemplos de material concevible a este respecto.
El presente invento sustituye así la arcilla de bentonita por dióxido de silicio excluyendo de este modo la transferencia de impurezas en la arcilla de bentonita, tal como Mg, Ca, Fe, Na y K, al elemento calefactor, eliminando así los efectos negativos de estas impurezas sobre la función de dicho elemento.
Es posible sustituir parcialmente molibdeno por Re o W en el material Mo(Sil-xAlx)2 sin cambiar la simetría de la red cristalina.
Se ha encontrado, sorprendentemente, que se obtiene con bajo contenido de contaminantes un óxido que no se desprende después de operación cíclica entre la temperatura ambiente y altas temperaturas, por ejemplo 1500ºC.
De conformidad con una modalidad x se encuentra en la gama de 0,4-0,6.
De conformidad con una modalidad preferida x se encuentra en la gama de 0,45-0,55.
El presente invento resuelve de este modo el problema citado de la introducción y hace posible utilizar el elemento presente beneficiosamente en hornos sin detrimento del material tratado en el horno.
El presente invento no debe considerarse limitado a las modalidades antes citadas, puesto que pueden llevarse a cabo variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones que se acompañan.

Claims (9)

1. Un método para producir un elemento calefactor que está constituido esencialmente por siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, caracterizado por producir un material que contiene sustancialmente Mo(Si_{1-X}
Al_{X})_{2} y Al_{2}O_{3} mezclando un siliciuro de aluminio y molibdeno Mo(Si_{1-y}Al_{y})_{2} con SiO_{2}, en donde el SiO_{2} tiene una pureza de por lo menos 98%.
2. Un método, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque SiO_{2} está presente en silicatos, tal como mulita y silimanita, que no afectan la simetría de la red cristalina del siliciuro de molibdeno.
3. Un método, de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque x se encuentra en la gama de 0,4-0,6.
4. Un método, de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque x se encuentra en la gama de 0,45-0,55.
5. Un método, de conformidad con la reivindicación 1, 2, 3 o 4, caracterizado por sustituir molibdeno parcialmente con Re o W en el material Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2}.
6. Un elemento calefactor eléctrico que está constituido sustancialmente por siliciuro de molibdeno y aleaciones de este material básico, caracterizado porque dicho elemento está constituido principalmente por materiales Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} y Al_{2}O_{3}, en donde SiO_{2} que tiene una pureza de por lo menos el 98% se adiciona durante el proceso de producción.
7. Un elemento calefactor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque x se encuentra en la gama de 0,4-0,6.
8. Un elemento calefactor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque x se encuentra en la gama de 0,45-0,55.
9. Un elemento calefactor de conformidad con la reivindicación 5, 6, 7 u 8, caracterizado porque molibdeno en el material Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} se sustituye parcialmente por Re o W.
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