ความต้านทานความร้อนช็อกที่เพิ่มขึ้นในเซรามิคอุตสาหกรรม

Anonim

วัสดุเซรามิกใช้ในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์เคมีและไฟฟ้าเนื่องจากความสามารถในการทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง อย่างไรก็ตามในอุณหภูมิสูงเซรามิคจะไวต่อการแตกหักด้วยแรงกระแทกจากความร้อนซึ่งเกิดจากเหตุการณ์ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเช่นการสัมผัสกับหยดน้ำเย็นกับพื้นผิวที่ร้อน วิศวกรที่มหาวิทยาลัยแห่งมลรัฐนิวเม็กซิโกรายงานเกี่ยวกับ AIP Advances การใช้วัสดุเคลือบผิวกันน้ำราคาถูกและเรียบง่ายเพื่อป้องกันความร้อนช็อกในเซรามิค

"เราใช้วัสดุชนิดเดียวกัน แต่ควบคุมการถ่ายเทความร้อนทำให้วัสดุสามารถมองเห็นการไล่ระดับสีที่อ่อนโยนมากขึ้นลดความเครียดที่เกิดขึ้นจากแรงดึงและทำให้เกิดการกระแทกที่ร้อนขึ้นอย่างมาก" Youho Lee จาก University of New Mexico กล่าวและกล่าวว่า ผู้เขียนบทความ

ช็อกความร้อนเป็นปรากฏการณ์ที่มักมีประสบการณ์ในห้องครัวโดยพ่อครัวมือใหม่ไม่ตระหนักถึงความอ่อนแอของแก้วต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมาก หากจานหม้อปรุงอาหารแก้วสดจากความร้อนของเตาอบจะถูกทำลายด้วยน้ำเย็นอุณหภูมิในสภาวะที่ลดลงอย่างฉับพลันจะทำให้เกิดการไล่ระดับสีที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างวัสดุทำให้เกิดแรงดึงและรอยแตกในที่สุด ความไวต่อความร้อนช็อตเดียวกันนี้ส่งผลต่ออายุการใช้งานของเซรามิคอุตสาหกรรม

Lee อธิบายว่าในความพยายามก่อนหน้านี้ในการปรับปรุงความต้านทานความร้อนช็อตนักวิทยาศาสตร์วัสดุเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุตัวเอง แต่เป็นกระบวนการที่มีราคาแพงและยากที่มีข้อบกพร่องโดยธรรมชาติ "ถ้าคุณปรับปรุงวัสดุในแบบเดียวคุณเสียสละคุณสมบัติอื่น ๆ " ลีกล่าว

จากประสบการณ์การศึกษาของเขาสหสาขาวิชาชีพ Lee ได้ทดลองตรวจสอบการถ่ายเทความร้อนดังนั้นเขาจึงตัดสินใจที่จะสำรวจผลของการถ่ายเทความร้อนเมื่อเกิดความร้อนจากเซรามิก

ถ่ายเทความร้อนได้รับการตรวจสอบโดยการทำวิดีโอที่มีความเร็วสูงจากผลกระทบของหยดน้ำบนผิวเซรามิคที่อุ่น "เมื่อถ่ายเทความร้อนได้เร็วช่วงเวลาชนกันจะมีลักษณะเป็นฟองสบู่และไอพ่นบนพื้นผิวที่รุนแรง" ลีกล่าว และโหมดการถ่ายเทความร้อนได้เร็วขึ้นพบว่าสอดคล้องกับการลดความแข็งแรงของวัสดุตามที่ได้รับการประเมินในการทดสอบการดัด การลดลงของความแข็งแรงของวัสดุพบได้มากเมื่อเซรามิคถูกความร้อนสูงถึง 325 องศาเซลเซียสโดยมีการเปลี่ยนแปลงของหยดที่แสดงให้เห็นถึงการถ่ายเทความร้อนได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตามอุณหภูมิที่สูงกว่า 325 องศาเซลเซียสความแข็งแรงของวัสดุได้รับผลกระทบน้อยลงเมื่อเกิดความร้อนช็อตและพลวัตของหยดเปลี่ยนเป็นรูปไอระเหยที่สามารถรับรู้ได้

เพื่อลดการถ่ายเทความร้อนและด้วยเหตุนี้การช็อกความร้อนที่เกิดจากเซรามิคที่อุณหภูมิสูงถึง 325 องศาเซลเซียส Lee จึงใช้ความรู้ด้านวิศวกรรมนิวเคลียร์บางส่วนนั่นคืออัตราการถ่ายเทความร้อนแบบสองเฟสสามารถลดลงได้โดยการขับน้ำออกจากผิว เพื่อสร้างฟิล์มป้องกันไอระเหย ดังนั้นเขาจึงเคลือบผิวด้วยเซรามิกด้วยอนุภาคนาโนซึ่งสร้างพื้นผิวที่ไม่เป็นรูปเป็นร่าง เมื่อการทดลองซ้ำกับวัสดุเซรามิคเคลือบใหม่การเปลี่ยนแปลงของหยดมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากโดยไม่มีการพ่นฟองอากาศอย่างรุนแรง แทนการสร้างฟิล์มไอ ความสำคัญของเซรามิคเคลือบไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงหลังจากเกิดการปะทุของหยด

ลีกล่าวว่า "สิ่งที่เราทำก็ง่ายมากไม่มีอุปกรณ์ราคาแพงหรืออุปกรณ์แฟนซี" "นวัตกรรมของการศึกษานี้คือเพื่อป้องกันการถ่ายเทความร้อนอย่างมากโดยการส่งเสริมการก่อตัวของรูปไอซึ่งทำหน้าที่หุ้มฉนวนวัสดุจากความร้อนช็อต"

จากมุมมองด้านวิศวกรรมนิวเคลียร์ของเขาลีเห็นว่าการค้นพบเหล่านี้สามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้โดยการเพิ่มความทนทานต่อความร้อนและแรงกระแทกของชิ้นส่วนนิวเคลียร์ แต่เคลือบฉนวนนี้ไม่ได้ จำกัด เฉพาะการใช้งานด้านนิวเคลียร์และสามารถใช้กับวัสดุเซรามิกใด ๆ ที่ใช้ในอุตสาหกรรมที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูง

ลีเห็นประโยชน์เพิ่มเติมจากความสัมพันธ์ระหว่างโหมดการถ่ายเทความร้อนกับการเปลี่ยนความแข็งแรงของวัสดุเซรามิคและคิดว่าหน่วยความจำ "เซรามิค" นี้สามารถนำมาใช้ในการตรวจจับการถ่ายเทความร้อนได้ ลีกล่าวว่า "ในงานด้านวิศวกรรมจำนวนมากมันยากที่จะติดตั้งกล้องวิดีโอความเร็วสูงเพื่อประเมินการถ่ายเทความร้อน" "อย่างไรก็ตามคุณสามารถใช้วัสดุเซรามิคสำหรับการประยุกต์ใช้ตัวอย่างเช่นต้องใช้ห้องแรงดันสูงความแรงของมันสามารถใช้เป็นตัววัดการถ่ายเทความร้อนได้"

menu
menu