Kādas ir polimēru{0}}keramikas pārklājumu izmantošanas iespējas uz PTFE sildītājiem, lai nodrošinātu ārkārtēju nodilumizturību?

Tīrs PTFE ir ķīmiski necaurlaidīga, bet mehāniski mīksta āda, ko var nokasīt ar nagu vai lēnām nolietot ar tekošu putru. Iegremdējamo sildītāju maigums jau sen ir bijis PTFE atšķirīgais ierobežojums skarbos rūpnieciskos lietojumos. Viena jauna materiālu zinātnes joma mēģina risināt šo problēmu. Tas uz PTFE virsmas uzklāj šķidru preperamisko polimēru un pārvērš to cietā, plānā, elastīgā keramikas slānī. Tas rada hibrīda aizsargapvalku, kas apvieno slaveno PTFE ķīmisko izturību ar keramikas vairoga mehānisko izturību.

Pēc būtības tehnoloģija ir kā teflona panna ar īpaši{0}}cietu caurspīdīgu bruņu pārklājumu. Pārklājums ir tikai dažas molekulas biezs, tomēr tas būtiski maina virsmas reakciju uz skrāpējumiem, daļiņām un mehānisko nodilumu.

Attīstošā joma, kas saistīta ar polimēru keramikas izmantošanu, kas pārklāj PTFE sildītāja nodilumizturību, tagad kļūst par ķīmiskās apstrādes, kalnrūpniecības un progresīvu siltuma sistēmu inženierijas tēmu.

Kāpēc PTFE sildītāji nedarbojas abrazīvā vidē
PTFE savu rūpniecisko reputāciju iedibināja ar izcilo izturību pret skarbām ķīmiskām vielām, spēcīgu dielektrisko izturību un labu saderību ar kodīgiem šķidrumiem. Tomēr materiāla virsmas cietība un nodilumizturība ir diezgan zema.

Dažādās rūpnieciskās darbībās iegremdējamie sildītāji darbojas iestatījumos, kas ietver:

katalizatora daļiņas maisa

Suspensijas, kristāliskas

Minerālu vircas

Abrazīvie nosēdumi

Liela ātruma šķidruma plūsma

Keramikas pulvera suspensijas

Šādos apstākļos PTFE apvalks var lēnām nolietoties ar biežu mehānisku saskari.

Ķīmiskā barjera joprojām ir ļoti laba, taču pati virsma var pakāpeniski noskrāpēt, izgriezt vai vājināt. Elektrisko izolāciju un izturību pret koroziju var samazināt, ja aizsargapvalks ir caurdurts ar nobrāzumu.

Šīs grūtības ir radījušas interesi par jaunām virsmas tehnoloģijām, kas varētu stiprināt PTFE, nemainot tā pamata ķīmisko raksturu.

Polimēru{0}}atvasināti keramikas pārklājumi: īss pārskats
No polimēru-atvasinātās keramikas (PDC) ir zināma izsmalcinātu materiālu saime, kas izstrādāta no rūpīgi izstrādātu polimēru pārveidošanas keramikas struktūrās, izmantojot kontrolētu termisko apstrādi.

Parasti šos materiālus apstrādā ļoti augstā temperatūrā, bieži vien virs 800 grādiem. Šādas temperatūras pārvērš silīcija bāzes prekursoru polimērus cietās keramikas fāzēs, piemēram:

Silīcija oksikarbīds (

Oglekļa - silīcija nitrīds

savienojumi uz silīcija karbīda bāzes

Amorfā keramikas stikla tīkli

Šīs keramikas konstrukcijas ir ārkārtīgi izturīgas, termiski stabilas un ķīmiski izturīgas.

Mūsdienīgākais--pētniecības izaicinājums ir pielāgot šo tehnoloģiju temperatūrai-jutīgiem PTFE substrātiem, kas nevar izturēt standarta keramikas apstrādes temperatūru.

Kā pārklāšanas process varētu darboties PTFE sildītājiem
Process sākas ar ļoti plānu preperamisko polimēru sveķu pārklājumu, kas tiek uzklāts uz galīgā PTFE sildītāja apvalka.

Šim pārklājumam jābūt:

Standarta

Nevainojami

Pielāgojams

Ķīmiski neaktīvs

Ļoti plānas

Pēc tam pārklātais apvalks tiek pakļauts kontrolētai termiskai apstrādei temperatūrā, kas precīzi tiek kontrolēta PTFE stabilitātes robežās pēc uzklāšanas.

Zemas temperatūras{0}}pirolīzes izaicinājumi
Parastās PDC apstrādes temperatūrās PTFE tiktu nekavējoties bojāts. Rezultātā radusies problēma ir izstrādāt modificētas pirms{1}}pirmskeramikas ķīmiskās vielas, kas var pakļaut daļēju keramikas pārveidi temperatūrā, kas tuvojas fluorpolimēru termiskajiem ierobežojumiem vai ir zemāka par tiem.

Pētnieki pēta:

Šķērssaistīšanas sistēmas zemā temperatūrā

UV cietēšana

Plazmas atbalstīta konversija

Hibrīda ķīmija: Sol{0}}gels

Nanokompozītu keramikas prekursori

Ideja ir izstrādāt keramikai{0}}līdzīgu virsmu, nepakļaujot PTFE pamatni kaitīgam karstumam.

Tas joprojām ir ļoti eksperimentāls, bet teorētiskais potenciāls ir liels.

Keramikas vairoga ideja
Ideja ir diezgan labi iemūžināta ar maģisku krāsu, kas pārvēršas elastīgā, stikla-cietā vairogā.

Pēc pārveidošanas pārklājums izveido īpaši{0}}plānu keramikas virsmas slāni, kura biezums ir tikai daži mikroni. Neskatoties uz nelielo biezumu, materiāls var sniegt ievērojamas priekšrocības:

izturīgs pret skrāpējumiem

Virsmas cietība

nodilumizturība-

Izturība pret daļiņu eroziju

Virsmas izturība maisot

Svarīgi, ka zemāk esošais PTFE turpina pildīt savu sākotnējo funkciju:

Ķīmisko barjeru aizsardzība

elektriskās izolācijas

Pielāgošanās elastībai

Termiskās izplešanās uzņemšana

Keramikas slānis iztur mehānisko iedarbību, un PTFE substrāts nodrošina ķīmisko izolāciju.

Iespējamie lietojumi ekstremālās karstuma apstrādes vidēs
Ja šī tehnoloģija tiks veiksmīgi pārdota, tā varētu ievērojami paplašināt PTFE sildītāju darbības vidi.

Kalnrūpniecības vircas - Abrazīvs
Parastās fluorpolimēru virsmas var ātri erodēt ar suspendētiem materiāliem, kas atrodami minerālu apstrādes tvertnēs.

Suspensijas reaktori ar katalizatoru
Ķīmiskie reaktori ar cietām katalizatora daļiņām parasti tiek pakļauti nepārtrauktiem triecieniem un turbulencei uz iegremdējamo sildītāju virsmas.

Kristalizācijas sistēmas
Kristāliem kļūstot lielākiem, plūsmas apstākļi sildelementu tuvumā var būt ļoti abrazīvi.

Ķīmisko vielu konteineri (sakustināti)
Liela ātruma{0}}jaukšanas sistēmas var izraisīt lokālu turbulenci un daļiņu sadursmes, kas laika gaitā var degradēt tipiskos PTFE pārklājumus.

Veiksmīgs no polimēriem iegūts keramikas pārklājuma PTFE sildītāja abrazīvs risinājums var ļaut PTFE iegremdējamiem sildītājiem pastāvēt situācijās, kas iepriekš nebija piemērotas sistēmām, kuru pamatā ir fluorpolimēri.

Pārklājuma integritātes kritiskā nozīme
Keramikas pārklājums nedrīkst būt tikai ciets. Tam arī jābūt pilnīgi nepārtrauktam un nevainojamam.

Ir svarīgi saglabāt virsmu bez caurumiem{0}}:

Elektriskās izolācijas integritāte

Izturība pret ķīmisko caurlaidību

Korozijas izolācija

Ilgtermiņa{0}}dielektriskās īpašības

Pat nelieli pārklājuma defekti var atstāt lokalizētas PTFE zonas pakļautas koncentrētam nodilumam vai izraisīt elektriskās uzticamības problēmas.

Viens no inženiertehniskākajiem izaicinājumiem ir konsekvences saglabāšana: līkumi, metināšanas pārejas un izliektas apvalka virsmas.

Termiskā riteņbraukšana un elastības problēmas
Keramika tradicionāli ir bijis trausls materiāls. PTFE ir ļoti elastīgs, un tam ir liela termiskā izplešanās.

Šī neatbilstība ir sarežģīta materiālu inženierijas problēma.

Darbības laikā iegremdējamie sildītāji bieži tiek pakļauti:

Starta iesildīšanās{0}}apļi

Atdzesējiet-sarukšanos

Šķidruma turbulence

Dinamiskā vibrācija

Diferenciālie izplešanās spriegumi

Ja keramikas slānis nevar saliekties ar PTFE substrātu, var veidoties plaisas.

Kad ir izveidotas mikroplaisas, nodilumizturība un ķīmiskās barjeras veiktspēja var ātri pasliktināties.

Tāpēc pētnieki meklē amorfas keramikas struktūras un hibrīda keramikas{0}}polimēru saskarnes, kas var saglabāt nelielu elastību.

Līdzsvars starp cietību un elastību
Viena no aizraujošākajām polimēru{0}}keramikas tehnoloģijas īpašībām ir iespēja veidot materiālus starp stingru keramiku un elastīgiem polimēriem.

Tā vietā, lai darbotos kā trausls stikls, daži mūsdienu PDC materiāli parāda:

Elastība nano mērogā

Apakšējā plaisu izplatīšanās.

Uzlabota slodzes izmitināšana

Uzlabota saķere ar polimēru pamatnēm

Šī starpposma atbilde galu galā varētu noteikt, vai tehnika kļūst komerciāli dzīvotspējīga iegremdēšanas apkures lietojumiem.

Apsvērumi attiecībā uz ražošanu un mērogu
Pat ja tiek izpildītas tehniskās darbības prasības, masveida ražošana rada jaunu izaicinājumu.

Komerciālai lietošanai būtu nepieciešams:

Pārklājuma biezuma kontrole, atkārtojama

Uzticams adhēzijas process

Zemas temperatūras konversijas mainīgums

Konservēšanas metodes rūpnieciskā mērogā

Kvalitātes pārbaude tālajiem pārvadājumiem

Jebkurai ekonomiski efektīvai pieejai ir jābūt saderīgai ar esošajiem PTFE sildītāju ražošanas procesiem, un tā nedrīkst būtiski palielināt ražošanas sarežģītību vai izmaksas.

Secinājumi
Viens no aizraujošākajiem sasniegumiem fluorpolimēru iegremdējamo sildītāju tehnoloģijā ir no polimēriem atvasinātu keramikas pārklājumu izveide. Šie pārklājumi var ievērojami uzlabot izturību pret nodilumu un skrāpējumiem, izveidojot īpaši -plānu keramikai- līdzīgu slāni uz PTFE virsmas, vienlaikus saglabājot pamatmateriāla nepārspējamo ķīmisko inerci un elektriskās izolācijas spējas.

Galvenā problēma jaunajā polimēru keramikas pārklājuma PTFE sildītāja nodiluma aizsardzības jomā ir mainīt keramikas ķīmisko sastāvu, kas parasti ir augsta temperatūra, lai atbilstu PTFE substrātu maigajiem termiskajiem ierobežojumiem. Elastīga,-bez caurumiem un plaisām{2}}izturīga keramikas slāņa izgatavošana joprojām ir aktuāla tēma progresīvā materiālu izpētē.

Ja tie ir efektīvi, no polimēru{0}}atvasināti keramikas pārklājumi varētu nodrošināt ilgi meklēto-līdzekli pret PTFE lielāko mehānisko vājumu, neapdraudot tā svarīgākās ķīmiskās priekšrocības. Mīkstākais inertais polimērs un cietākā keramikas zinātne galu galā var būt neparedzēta kombinācija, kas rada visstingrākās nākotnes termisko sistēmu aizsargplēves.