Fallstudie: Kundenspezifische PBN-Heizung für Laborgeräte bis zu 1600°C

Einführung

Stanford Advanced Materials (SAM) hat es sich zum Ziel gesetzt, hochgradig maßgeschneiderte Lösungen für fortschrittliche Werkstoffe anzubieten, um die spezifischen Anforderungen unserer Kunden zu erfüllen, ganz gleich, ob es sich um Tiegel, Stäbe, Pulver, Zielscheiben oder andere Spezialwerkstoffe handelt. Die Kunden können ihre Entwürfe einreichen oder mit unserem Expertenteam zusammenarbeiten, um individuelle Zeichnungen zu erstellen und so wirklich maßgeschneiderte Produkte zu gewährleisten.

Diese Fallstudie zeigt, wie SAM seine hochgradigen Anpassungsfähigkeiten nutzte, um einen PBN-Heizer (pyrolytisches Bornitrid) zu entwerfen und zu bauen, der genau auf die Heizanforderungen eines Laborgeräts zugeschnitten ist und eine optimale Heizleistung und Zuverlässigkeit bietet.

Hintergrund

PBN-Heizelemente werden aufgrund ihrer hohen thermischen Beständigkeit, ihrer chemischen Inertheit und ihrer Isolierung gegen Elektrizität häufig in Hochtemperatur-Laborgeräten eingesetzt. Aufgrund der verschiedenen Gerätekonstruktionen und Umgebungsbedingungen können handelsübliche Materialien jedoch in der Regel nicht alle Anforderungen erfüllen.

In diesem Fall benötigte der Kunde einen Hochtemperaturheizer, der bis zu 1600 °C aushält, eine ausgezeichnete Temperaturregelungsgenauigkeit aufweist und eine speziell auf die einzigartigen Versuchsbedingungen seines Geräts abgestimmte Leistungsanordnung besitzt.

Herausforderungen

• Begrenzter Platz im Inneren des Geräts erforderte präzise Abmessungen und Formen des Heizelements

• Das Heizelement musste für unterschiedliche Temperaturanforderungen mehrzonig beheizt werden können.

• Das Design der elektrischen Schaltung musste die Leistungsverteilung mit einer feinen Temperaturregelung in Einklang bringen

• Das Heizelement muss seine Leistung und Stabilität auch bei hohen Temperaturen und in potenziell reaktiven Atmosphären beibehalten

Alternative Lösungen in Betracht gezogen

Vor der endgültigen Festlegung des Designs wurden mehrere Ansätze geprüft:

• Option 1: Verwendung einer Standard-PBN-Heizung
  Vorteile: Schnellere Lieferung und geringere Kosten.
  Nachteil: Die genaue Größe und die Mehrzonen-Heizanforderungen des Kundeninstruments können nicht erfüllt werden.

• Option 2: Maßgeschneiderte PBN-Heizung (empfohlen)
  Vorteile: Vollständig auf die Kundenspezifikationen zugeschnitten, unterstützt die Temperaturregelung in mehreren Zonen und gewährleistet optimale Leistung.
  Nachteile: Längere Herstellungszeit und höhere Kosten im Vergleich zu Standardprodukten.

• Option 3: Verwendung alternativer Materialien wie Aluminiumnitrid
  Vorteile: Möglicherweise niedrigere Materialkosten.
  Nachteile: Unzureichende chemische Stabilität und Wärmebeständigkeit für die Anwendungsumgebung des Kunden.

Nach eingehender Prüfung wurde Option 2 gewählt, da sie ein optimales Gleichgewicht zwischen Leistung, Anpassungsfähigkeit und Zuverlässigkeit bietet.

Lösung

Lisa Ross, Sr. Ceramics Engineer bei SAM, beschreibt: "Um diese spezielle Anforderung zu erfüllen, haben wir eine kundenspezifische PBN-Heizlösung entwickelt. Wir optimierten die Geometrie und das Schaltungsdesign des Heizelements und lieferten eine Mehrzonen-Leistungsverteilung mit präziser Temperaturregelung. Die Verwendung von hochreinem PBN-Material in Verbindung mit modernsten CVD-Fertigungsverfahren gewährleistet die Stabilität und Lebensdauer des Heizelements in korrosiven und Hochtemperaturanwendungen."

Die Lösung umfasst:

• Maßgeschneiderte Heizergeometrie: Die Heizelemente wurden so konzipiert, dass sie perfekt in die Anlage des Kunden passen und den Platz optimal nutzen.

• Schaltkreis-Layout-Design: Maßgeschneidert für eine mehrzonige Stromverteilung und präzise Temperaturregelung.

• Hochreines PBN-Material: Garantierte Stabilität und chemische Inertheit bei hohen Temperaturen.

• Integrierte Thermoelement-Schnittstelle: Für eine einfache Temperaturüberwachung und -steuerung während der Experimente.

Ergebnisse und Kundenfeedback

Der Kunde teilte mit: "Der maßgeschneiderte PBN-Heizer erfüllt alle unsere Anforderungen perfekt. Die Installation war einfach, und die Temperaturstabilität und -kontrolle sind präzise. Seit der Einführung des neuen Heizelements haben sich Reproduzierbarkeit und Effizienz unserer Experimente enorm verbessert, und der Wartungsaufwand ist zurückgegangen, was das Risiko von Unterbrechungen unserer Versuche deutlich verringert hat. "

Schlussfolgerung

Dieses Beispiel zeigt, dass Stanford Advanced Materials in der Lage ist, maßgeschneiderte Lösungen für keramische Hochleistungswerkstoffe anzubieten. Durch flexibles Design und präzise Fertigung war SAM in der Lage, ein PBN-Heizelement zu liefern, das die Leistung und Zuverlässigkeit der Laborgeräte des Kunden erheblich verbesserte. Ganz gleich, ob kundenspezifische Größen, Zusammensetzungen oder komplizierte Strukturen erforderlich sind, SAM kann Lösungen entsprechend Ihren Anforderungen entwickeln und so Ihre Forschungs- und Produktionskapazitäten verbessern.

Wenn Sie spezielle Anpassungsanforderungen haben, können Sie sich gerne mit Ihren Plänen oder technischen Anforderungen an uns wenden, und unser professionelles Team wird Ihnen einen maßgeschneiderten Designservice aus einer Hand anbieten.