一、设计要求
设计一座容积为0.001M3，使用温度为1400℃的实验室电阻炉。 二、关于电阻炉
1. 电阻炉（马弗炉）概念
利用流经元件本身的电流，由于自身的电阻产生的焦耳热，从而使整个封闭炉膛的温度达到需要的温度，制品则放入炉膛中完成升温、烧结的过程，该种烧结炉，我们称之为马弗炉（muffle furnace）或电阻炉。 易获得高温；精密控温；易实现真空、气氛、加压等烧结工艺；产品质量好、稳定；传热效率高，污染少；结构简单，劳动强度小，使用寿命长；生产成本较高。
其产量小，规模小，只适合实验室或小型试验、生产。
3. 电热窑炉的结构
电热窑炉的结构包括：炉壳、炉衬、电热元件及辅助设备。
对于电热窑炉的炉壳要求气密性良好，而对炉衬的要求是耐高温、低蓄热、热损少、电绝缘性好。电热元件则需要综合电阻炉的使用温度、升温速率、使用气氛、调压范围、恒温带范围、元件寿命及电器设备安全使用来考虑其材料、布局和连接方式。辅助设备包括动力机械，电、水、气路系统，控温、调压装置，观察窗，测温孔和防暴器等。
图1.电热窑炉外观及结构
4. 电阻炉的选型原则
(1)烧成制品工艺要求（温度、气氛、温度均匀性）
(2)烧成制品的形状、尺寸、装炉方式
(3)生产规模、使用寿命、通用性
5. 电阻炉的使用和维护
(1)保护加热元件--机械损伤、超载使用、连接方式、安装间距、低熔有害物质的侵蚀等；
(2)保护砌炉材料--使用温度、抗热震性、有害物质的侵蚀等；
(3)保护热工仪表--防震、可靠接地、正常运行等；
(4)保证水路、气路、电路的正常工作、便于维修等。
6. 常用电阻炉
合金丝电阻炉、SiC电阻炉、MoSi2 电阻炉
三、设计方案
1. 确定炉型、炉膛尺寸
容积为0.001M3 (1L)；
炉膛尺寸设计为100mm*100mm*100mm；
2. 选择电热元件制作简单机械
元件材料 | 过滤饮水机t（℃） | tmax（℃） | 靶向代谢组学分析
Ni-Cr合金 | 1000 ~ 1100 | 1100 ~ 1200 |
Fe-Cr-Al合金 彩相纸 | 1200 ~ 1350 | 1300 ~ 1450 |
SiC | 1350 ~ 1450 | 1450 ~ 1550 |
MoSi2 ∥ | 1550 | 1650 |
MoSi2 ⊥ | 1600 ~ 1700 | 1700 ~ 1800 |
Mo 真空 | 1600 ~ 1650 | 1650 |
Mo H2 | 内绕1650~1750 | 2000 |
Mo H2 | 外绕1500~1600 | 2000 |
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表1.常用电热元件的最高使用温度（tmax）和一般工作温度（t）
所要设计的实验室电阻炉的使用温度喂1400℃，因此根据电热元件的使用温度（见表1）选择使用SiC棒加热（如图2）。
图2.SiC加热棒
2.1 SiC加热棒元件特性：
(1)化学稳定性好，可在大气中使用。
(2)电阻温度特性:< 500~600℃，组成变化对曲线形状影响大。初始升温时，工作电压不能大，因电流有自动上升的趋势。> 800℃ ，t >0，电流随温度升高而下降，必备调压器。保温时，工作电压也不能大，避免“热惯性”。关闭起重装置
图3.SiC的电阻温度特性曲线
(3)表面负荷：为达最佳状态，考虑安全负荷，一般选择w允许 = 3~8 w/cm2。
SiC元件推荐的元件表面负荷如表2：
炉温℃ | 1100 | 1200 | 1300 | 1350 | 1400 | 1450 |
发热部表面负荷（W/cm2） | <17 | 玻璃瓶网<13 | <9 | <7 | <5 | <4 |
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图4.SiC的表面负荷
(4)老化特性：SiC的电阻率随着使用时间的增加而增加的现象称为“老化”。
2.2加热棒的设计：
(1)合适的阻值R，保证在一定的供电电压下提供所需的电功率；
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