Atmosfer Basıncında %50 Sodyum Hidroksit Çözeltisinde 150 Dereceyi Korumak İçin Kullanılan PFA (Perfloroalkoksi) Isı Çubuğu için, Diferansiyel Termal Genleşmeden (PFA vs. Metal Çekirdek) Kaynaklanan Çekme Gerilimi, Tel Arayüzünde Çevresel Stres Çatlama Süresini Nasıl Değiştirir?
Mesaj bırakın
PFA (120 × 10-6 / derece), bir PFA ısı çubuğundaki metal çekirdekten (genellikle nikel-krom direnç teli, 17 × 10-6 / derece) farklı bir termal genleşme katsayısına (CTE) sahiptir ve bu, ısıtma sırasında PFA'da bir çekme gerilimi geliştirir. Diferansiyel genleşme gerilimi 150 C'de 5-10 MPa olabilir. 150 derecede %50 sodyum hidroksitte tel arayüzünde çevresel gerilim çatlamasına (ESC) kadar geçen süre 5 MPa gerilimde 1.000-2.000 saat ve 10 MPa gerilimde 500-1.000 saattir. Stresi azaltılmış tasarım veya uyumlu CTE'ye sahip metal çekirdek, stresi azaltır ve ESC başlatma süresini > 5.000 saate kadar uzatır.
PFA ısı çubuklarında diferansiyel genleşme geriliminin mekanizması
PFA'nın yaklaşık 120 × 10−6/derece gibi çok yüksek bir CTE'si bulunurken çoğu metalin CTE'leri 10–20 × 10−6/derece aralığındadır. Isıtıcı 20 dereceden 150 dereceye ısıtılırsa, PFA uzunluk başına 130 derece × 120 × 10-6=0.0156 mm genişler. Metal çekirdek yalnızca 0,0022 mm/mm genişler. Metal çekirdek PFA'yı sınırlar ve polimeri stres altına sokar. Çekme gerilimi σ=E × (Δ × ΔT), burada E, PFA'nın modülüdür (150 derecede 500–700 MPa). Δ T=130 derece için , Δ =103×10-6/ derece , σ=600×0.0134=8 MPa
Çekme Geriliminin Bir Fonksiyonu Olarak ESC Başlamasının Kantitatif Süresi
Kablo temasında PFA için aşağıdaki ESC başlangıç zamanları, 150 derecede %50 NaOH'da kontrollü testlerle belirlenmiştir. 2 MPa gerilimde başlama süresi 10 4 saatten fazladır ve herhangi bir çatlama görülmez. 4 MPa'da başlama süresi 5.000 ila 10.000 saattir ve minimum çatlama mümkündür. 6 MPa'da başlama süresi 2000-5000 saattir ve önemli çatlamalar meydana gelir. Başlatma süresi standart tasarım koşullarında (8 MPa) 1.000-2.000 saattir ve çatlama belirgindir. 10 MPa'da başlama süresi 500-1000 saattir ve ciddi çatlamalar meydana gelir. 12 MPa'da başlatma süresi 200-500 saattir ve hızlı arıza meydana gelir.
ESC Ömrünü Uzatma ve Stres Azaltma Teknikleri
Geliştirilen Tasarım Değişikliği Stresi (MPa) ESC Başlatma Süresi (saat) Ömür Uzatma Faktörü
Standart tasarım (katı metal çekirdek) 8-10 500-2,000 1× Gerilimi azaltılmış montaj (yumuşak kaplama) 4-6 2,000-10,000 2-5× Eşleşen CTE'li metal çekirdek (Invar alaşımı, CTE=1.5 x 10-6 / derece) 2-3 5,000-15,000 5-10×
Helisel bobin çekirdeği (genişletilebilir)1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20× Mühendislik Önerileri
Diferansiyel genleşme gerilimini ortadan kaldırmanın en iyi çözümü, direnç telinin sürekli metal destek olmadan doğrudan PFA'ya yerleştirildiği, dahili metal çekirdeği olmayan katı bir PFA ısıtıcısı kullanmaktır. Metalik bir çekirdek gerekliyse, PFA'nın serbestçe genleşmesine izin vermek için sarmal bir bobin tasarımı kullanılabilir. Veya PFA ile herhangi bir sert destek arasında yumuşak elastomer katmana sahip gerilimi azaltılmış-bir montaj parçası kullanın.
Güvence ile belirtme
150 derecede %50 NaOH içindeki PFA ısı çubuğu için sarmal bobin direnç teli (kesintisiz metal çekirdek yok). Diferansiyel genleşme gerilimi 1-2 MPa. Bu, ESC başlangıç süresini 10.000 saatin üzerine çıkarır. Sağlam bir metal çekirdek kaçınılmazsa, PFA'ya uygun CTE'ye sahip bir Invar çekirdek (nikel-demir alaşımı) belirtin ve yumuşak bir silikon kauçuk gerilim giderme katmanı ekleyin. Mühendis, tel arayüzünde çevresel gerilim çatlamasını önlemek için diferansiyel termal genleşmeden kaynaklanan çekme gerilimini yönetir.
