Análisis completo de los detalles de uso y campos de aplicación de los tubos de grafito recubiertos

I. características estructurales y ventajas centrales de los tubos de grafito recubiertos

Los tubos de grafito recubiertos son tubos compuestos hechos con grafito de alta pureza como sustrato y recubiertos con materiales funcionales en la superficie (como grafito pirolítico, carburo metálico, recubrimiento cerámico, etc.). Su diseño estructural tiene en cuenta la resistencia a altas temperaturas del grafito y el fortalecimiento funcional del recubrimiento, y las características típicas incluyen:

- características del sustrato: el grafito tiene las ventajas de baja densidad (1,6 - 2,2g / CM cúbico), buena conductividad térmica (conductividad térmica a temperatura ambiente de unos 100 - 400w / (m.k.), fuerte resistencia a la corrosión (estable para ácidos, álcalis y disolventes orgánicos), pero tiene problemas de sensibilidad a la oxidación (fácil de oxidar por encima de 400 ° c) y resistencia mecánica insuficiente.

- efecto de recubrimiento: al aplicar grafito pirolítico (pyc), carburo de silicio (sic), nitruro de Boron (bnn) o recubrimiento metálico (como tungsteno y molibdeno), se puede aumentar significativamente la temperatura antioxidante (de 400 ° C a 800 - 1500 ° c), mejorar la dureza de la superficie (dureza de Vickers hasta 2000 - 3000hv), mejorar la resistencia al desgaste y al choque térmico. Por ejemplo, los recubrimientos de sic forman una película de óxido denso (sio¿ 2) a altas temperaturas, lo que puede prolongar la vida útil de los tubos de grafito de 3 - 5 veces.

II. detalles de uso: puntos clave desde el procesamiento hasta el mantenimiento

1. proceso de procesamiento

Preparación del sustrato: proceso de moldeo por presión estática isostática o moldeo por inyección para garantizar una densidad uniforme del tubo de grafito (generalmente ≥ 1,75 G / CM cúbico) y reducir los defectos internos.

Tecnología de recubrimiento: depósito químico de vapor (cvd) o depósito físico de vapor (pvd) de uso común para lograr la adhesión de recubrimientos a nivel nanométrico, y algunos escenarios utilizan el método de pulverización - sinterización (como la pulverización de plasma sic). El espesor del recubrimiento se controla generalmente en 5 - 50 micras, y el exceso de espesor puede conducir fácilmente a la descamación.

- reprocesamiento: reducción de la rugosidad superficial (ra ≤ 0,8 micras) mediante pulido láser o mecánico para evitar pérdidas de fricción al fluir el medio.

2. especificaciones de instalación y operación

- modo de conexión: se recomienda la conexión de brida (con Junta de politetrafluoroen) o la conexión roscada (se necesita aplicar un sellador de alta temperatura) para evitar el sobrecalentamiento local causado por la soldadura.

- control de temperatura: la temperatura de funcionamiento debe estar por debajo del límite de resistencia a la temperatura del material de recubrimiento (por ejemplo, el recubrimiento pyc ≤ 1600 ° c, el recubrimiento sic ≤ 1800 ° c), y la tasa de calentamiento se recomienda ≤ 5 ° C / MIN para reducir la tensión térmica.

- compatibilidad de los medios: al transportar medios fuertemente oxidados (como el ácido nítrico concentrado), es necesario elegir un recubrimiento de platino o una estructura de protección de doble capa; Los fluidos que contienen partículas sólidas necesitan aumentar el recubrimiento de dureza (como el recubrimiento wc - co).

3. estrategia de mantenimiento

Pruebas periódicas: medición trimestral del espesor por ultrasonido para monitorear el desgaste del recubrimiento; La detección de fugas por espectrometría de masas de helio se realiza cada año para evitar la exposición del sustrato.

- método de limpieza: la escala leve se puede remojar en ácido clorhídrico diluido al 5%, los sedimentos obstinados deben limpiarse con un cepillo de nylon blando, y las bolas de alambre de acero están prohibidas para evitar arañazos en el recubrimiento.

- cambio de falla: se desactivará y reemplazará inmediatamente cuando se produzcan grietas en el recubrimiento (anchura superior a 0,1 mm) o cuando el área de desprendimiento local supere el 5%.

3. análisis en profundidad de los escenarios de aplicación en varios campos

1. equipos de fabricación de semiconductores

Como tubo de distribución de gas del horno de difusión y el sistema pecvd, el tubo de grafito recubierto debe cumplir con los requisitos de pureza ultra alta (contenido de impurezas inferior a 1 ppm). Un caso de una fábrica de obleas de 12 pulgadas muestra que el uso de tubos de grafito recubiertos de sic puede prolongar la vida útil de la tubería de gas de 6 meses a 2 años, reduciendo al mismo tiempo el riesgo de contaminación por partículas.

2. componentes clave de la industria fotovoltaica

En el horno de dibujo de silicio monocristalino, el tubo de grafito, como estructura de soporte del crisol, soporta la erosión del silicio fundido a 1420 ° c. Después del tratamiento con recubrimiento de lote, su vida útil alcanzó 150 hornos, tres veces más que los productos sin recubrimiento.

3. sistemas de propulsión aeroespacial

El soporte del inyector del motor de cohete líquido está recubierto con una matriz de grafito reforzada con fibra de carbono + ZRB ic, que puede mantener la integridad estructural en un ambiente de gas de 3.000 ° c. El motor SpaceX meilin aplica este tipo de materiales para lograr un avance de rendimiento con una relación de empuje superior a 100.

4. equipo químico

¿- catéteres de ánodos de electrolizadores para la industria cloro - alcalina, recubiertos con TAC para resistir la corrosión de gases mixtos cl¿ o¿ 2? Los datos de un dispositivo con una producción anual de 300000 toneladas muestran que el ciclo de mantenimiento de los tubos de grafito recubiertos se ha extendido de tres a 18 meses, con beneficios económicos directos de más de 10 millones de yuanes.

5. producción de baterías de nueva energía

En el horno de sinterización de materiales negativos de la batería de litio, el tubo de grafito debe soportar una alta temperatura de 900 ° C y una atmósfera protectora de n※ C / h※ como aparato portador. Las pruebas de una empresa de cabeza mostraron que la frecuencia de reemplazo de tuberías se redujo en un 70% después del uso del recubrimiento compuesto de al ₃ o - y ₃ O.