Grynas PTFE yra chemiškai nenugalima, bet mechaniškai švelni oda, kurią gali subraižyti nagas arba lėtai nutrinti tekančios srutos. Abrazyvinėje pramoninėje aplinkoje šis minkštumas jau seniai buvo pagrindinis PTFE panardinamųjų šildytuvų apribojimas. Nauja medžiagų mokslo siena bando išspręsti šią silpnybę, ant PTFE paviršiaus tepant skystą pirminį polimerą ir paverčiant jį kietu, plonu, lanksčiu keraminiu sluoksniu. Rezultatas – hibridinė apsauginė oda, kurioje legendinis PTFE cheminis atsparumas derinamas su mechaniniu keraminio skydo patvarumu.
Iš esmės ši technologija primena tefloninę keptuvę, padengtą itin{0}}kietais skaidriais šarvais. Danga išlieka mikroskopiškai plona, tačiau dramatiškai keičia paviršiaus reakciją į įbrėžimus, daleles ir mechaninį nusidėvėjimą.
Aplink besiformuojantis laukaspolimerinės kilmės keraminė danga PTFE šildytuvo dilimasatsparumas dabar pritraukia dėmesį cheminio apdorojimo, kasybos ir pažangių šiluminių sistemų inžinerijos srityse.
Kodėl PTFE šildytuvai kovoja abrazyvinėje aplinkoje
PTFE pelnė savo pramoninę reputaciją dėl išskirtinio atsparumo agresyvioms cheminėms medžiagoms, didelio dielektrinio stiprumo ir didelio suderinamumo su koroziniais skysčiais. Tačiau medžiaga turi palyginti mažą paviršiaus kietumą ir ribotą atsparumą dilimui.
Daugelyje pramoninių procesų panardinami šildytuvai veikia aplinkoje, kurioje yra:
Sumaišytos katalizatoriaus dalelės
Kristalinės suspensijos
Mineralinės srutos
Abrazyvinės nuosėdos
Didelio{0}}greičio skysčio srautas
Suspenduoti keraminiai milteliai
Esant tokioms sąlygoms, PTFE apvalkalas gali laipsniškai ardytis dėl pakartotinio mechaninio kontakto.
Nors cheminis barjeras išlieka puikus, pats paviršius gali lėtai subraižyti, subraižyti arba plonėti. Kai dilimas prasiskverbia pro apsauginį apvalkalą, gali būti pažeista elektros izoliacija ir atsparumas korozijai.
Šis iššūkis paskatino domėtis naujomis paviršiaus technologijomis, galinčiomis sustiprinti PTFE neprarandant pagrindinių cheminių savybių.
Supratimas apie polimerines{0}}keramines dangas
Iš polimerų gauta keramika{0}}, paprastai žinoma kaip PDC, yra nusistovėjusi pažangių medžiagų klasė, sukurta specialiai sukurtus polimerus paverčiant keraminėmis konstrukcijomis kontroliuojamu terminiu apdorojimu.
Tradiciškai šios medžiagos apdorojamos itin aukštoje temperatūroje, dažnai virš 800 laipsnių. Esant tokioms temperatūroms, silicio{2}}pagrindiniai pirmtakai virsta kietomis keramikos fazėmis, tokiomis kaip:
Silicio oksikarbidas
Silicio karbonitridas
Silicio karbido dariniai
Amorfinio keraminio stiklo tinklai
Šios keraminės konstrukcijos pasižymi išskirtiniu kietumu, terminiu stabilumu ir cheminiu atsparumu.
Pažangiausias mokslinių tyrimų iššūkis- apima šios technologijos pritaikymą temperatūrai-jautriems PTFE substratams, kurie negali toleruoti įprastų keramikos apdorojimo temperatūrų.
Kaip dengimo procesas galėtų veikti PTFE šildytuvuose
Siūlomas procesas prasideda ant gatavo PTFE šildytuvo apvalkalo uždėjus labai ploną pirminės polimerinės dervos sluoksnį.
Ši danga turi būti:
Uniforma
Be defektų-
Lankstus
Chemiškai stabilus
Itin plonas
Po užtepimo padengtas apvalkalas yra kontroliuojamas terminis apdorojimas, kurio temperatūra yra kruopščiai apribota, kad neviršytų PTFE stabilumo ribų.
Žemos temperatūros-pirolizės iššūkiai
Įprastos PDC apdorojimo temperatūros iš karto sugadintų PTFE. Todėl kylantis iššūkis yra sukurti modifikuotas priešramines chemines medžiagas, galinčias iš dalies konvertuoti keramiką esant temperatūrai, artimai arba žemesnei už fluoropolimerų šilumines ribas.
Tyrėjai tiria:
Žemos{0}}temperatūros kryžminio susiejimo sistemos
UV-kietėjimas
Plazminė{0}}konversija
Sol{0}}hibridinė chemija
Nanokompozitiniai keramikos pirmtakai
Tikslas yra sukurti keramikinį{0}}panašų paviršių, nepažeidžiant PTFE pagrindo destruktyviam karščiui.
Ši sritis tebėra labai eksperimentinė, tačiau teorinis potencialas yra didelis.
Keraminio skydo koncepcija
Stebuklingi dažai, kurie virsta lanksčiu stikliniu{0}}kietu skydu, stebėtinai gerai atspindi koncepcijos esmę.
Konvertuota danga sudaro itin ploną, tik kelių mikronų storio{0}}keraminį paviršiaus sluoksnį. Nepaisant minimalaus storio, medžiaga gali žymiai pagerinti:
Atsparumas įbrėžimams
Paviršiaus kietumas
Atsparumas dilimui
Atsparumas dalelių erozijai
Paviršiaus ilgaamžiškumas maišant
Svarbu tai, kad apačioje esantis PTFE ir toliau atlieka savo pradines funkcijas:
Cheminė barjerinė apsauga
Elektros izoliacija
Lankstus apgyvendinimas
Šiluminio plėtimosi absorbcija
Keraminis sluoksnis susidoroja su mechaniniu poveikiu, o PTFE substratas palaiko cheminę izoliaciją.
Galimi pritaikymai atšiaurioje terminio apdorojimo aplinkoje
Jei ši technologija būtų sėkmingai komercializuota, ji galėtų žymiai išplėsti aplinką, kurioje PTFE šildytuvai gali veikti patikimai.
Abrazyvinės kasybos srutos
Mineralų apdorojimo talpyklose dažnai yra suspenduotų kietųjų medžiagų, galinčių greitai ardyti įprastus fluoropolimerų paviršius.
Katalizatoriaus pakabos reaktoriai
Cheminiuose reaktoriuose, kuriuose yra kietųjų katalizatoriaus dalelių, panardinamieji šildytuvai dažnai veikia nuolatinius paviršiaus smūgius ir turbulenciją.
Kristalizacijos sistemos
Augančios kristalų dalelės gali sukurti labai abrazyvias srauto sąlygas aplink šildymo elementus.
Sumaišyti cheminiai indai
Didelės spartos{0}}maišymo sistemos sukuria vietinę turbulenciją ir dalelių susidūrimus, kurie laikui bėgant gali pažeisti standartines PTFE dangas.
Sėkmingaspolimerinės kilmės keraminė danga PTFE šildytuvo dilimassprendimas leistų PTFE panardinamiesiems šildytuvams išgyventi aplinkoje, kuri anksčiau buvo laikoma netinkama fluoropolimero{0}}sistemoms.
Kodėl dangos vientisumas yra nepaprastai svarbus
Keraminė danga negali būti tiesiog kieta. Jis taip pat turi išlikti visiškai nenutrūkstamas ir -be defektų.
Be skylutės{0}}paviršius būtinas norint išsaugoti:
Elektros izoliacijos vientisumas
Atsparumas cheminiam prasiskverbimui
Korozijos izoliacija
Ilgalaikis{0}}dielektrinis veikimas
Netgi mikroskopiniai dangos defektai gali sukelti koncentruotą susidėvėjimą vietinėse PTFE srityse arba sukelti elektros patikimumo problemų.
Vienodumo išlaikymas posūkiuose, suvirinimo perėjimais ir išlenktais apvalkalo paviršiais yra vienas iš pagrindinių inžinerinių sunkumų.
Terminis važiavimas dviračiu ir lankstumo iššūkiai
Keramika tradiciškai yra trapi medžiaga. PTFE yra labai lankstus ir pasižymi dideliu šiluminiu plėtimu.
Šis neatitikimas sukuria sudėtingą medžiagų inžinerijos problemą.
Veikimo metu panardinami šildytuvai nuolat patiria:
Šildymo ciklų paleidimas
Atvėsinkite{0}}susitraukimą
Skysčių turbulencija
Mechaninė vibracija
Diferencialiniai plėtimosi įtempiai
Jei keraminis sluoksnis negali lankstytis su PTFE pagrindu, gali atsirasti įtrūkimų.
Susidarius mikroįtrūkimams, atsparumas dilimui ir cheminio barjero veikimas gali greitai pablogėti.
Dėl šios priežasties mokslininkai tiria amorfines keramikos struktūras ir hibridines keramikos{0}}polimerų sąsajas, galinčias išlaikyti tam tikrą lankstumą.
Pusiausvyra tarp kietumo ir atitikties
Vienas iš perspektyviausių polimerinės{0}}keramikos technologijos aspektų yra galimybė kurti medžiagas, kurios užima vidurį tarp tradicinės standžios keramikos ir lanksčių polimerų.
Užuot elgęsi kaip trapus stiklas, kai kurios pažangios PDC medžiagos demonstruoja:
Nano{0}}masto lankstumas
Sumažėjęs įtrūkimų plitimas
Pagerintas įtampos prisitaikymas
Geresnis sukibimas su polimeriniais pagrindais
Šis tarpinis elgesys galiausiai gali nulemti, ar technologija taps komerciškai perspektyvi panardinamajam šildymui.
Gamybos ir mastelio svarstymai
Net jei techniniai našumo tikslai pasiekiami,{0}}didelio masto gamyba išlieka dar vienu iššūkiu.
Komerciniam įgyvendinimui reikės:
Pakartotinis dangos storio valdymas
Patikimi sukibimo procesai
Žemos{0}}temperatūros konversijos nuoseklumas
Pramoninio{0}}kietėjimo metodai
Ilgalaikis{0}}kokybės patvirtinimas
Bet koks ekonomiškai perspektyvus procesas taip pat turi būti integruotas į esamas PTFE šildytuvų gamybos darbo eigas, nepadidinant gamybos sudėtingumo ar išlaidų.
Išvada
Polimerinės{0}}keraminės dangos yra viena iš labiausiai intriguojančių būsimų fluoropolimerinių panardinamųjų šildytuvų technologijos naujovių. Ant PTFE paviršiaus suformuodamos itin -ploną keramiką{3}}panašų skydą, šios dangos gali žymiai pagerinti atsparumą dilimui ir įbrėžimams, kartu išsaugodamos neprilygstamą pagrindinės medžiagos cheminį inertiškumą ir elektros izoliacijos savybes.
Besiformuojančioje srityjepolimerinės kilmės keraminė danga PTFE šildytuvo dilimasapsauga, pagrindinis iššūkis yra pritaikyti tradiciškai aukštos{0}}temperatūrinės keramikos chemiją prie subtilių PTFE substratų šiluminių apribojimų. Lankstus, be skylučių, atsparus įtrūkimams-keraminis sluoksnis išlieka aktyvia pažangių medžiagų tyrimų sritimi.
Jei pasisektų, polimerinės{0}}keraminės dangos galėtų tapti ilgai ieškotu- didžiausio PTFE mechaninio silpnumo sprendimu, nepažeidžiant vertingiausių cheminių pranašumų. Tvirčiausios būsimų šiluminių sistemų apsauginės dangos galiausiai gali atsirasti dėl mažai tikėtino švelniausio inertiško polimero ir kiečiausio keramikos mokslo derinio.
