碳化硅陶瓷是一種具有著高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、耐酸堿腐蝕特性的材料,它在使用的過(guò)程中能夠很好地適應(yīng)外界的環(huán)境,被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是最佳的防腐蝕換熱材料。普通陶瓷材料在1200~1400℃時(shí)強(qiáng)度將顯著下降,而碳化硅陶瓷在1400℃時(shí)抗彎強(qiáng)度仍保持在500~600MPa的較高水平,其工作溫度可達(dá)1600~1700攝氏度,且不會(huì)被融化損傷,穩(wěn)定性強(qiáng);高導(dǎo)熱性、超高溫穩(wěn)定性,結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定。碳化硅陶瓷在化工換熱應(yīng)用尤為突出。
碳化硅陶瓷具有著全面的抗氧化的能力以及抗腐蝕的能力,是公認(rèn)的化工防腐領(lǐng)域“夢(mèng)想型”換熱材料,同時(shí)還具備了較高的絕緣性能。相比傳統(tǒng)的石墨、氟塑料、貴金屬、搪玻璃等換熱材料,其換熱效率和使用壽命等具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),特別是在一些復(fù)合強(qiáng)酸環(huán)境下,其超強(qiáng)的抗腐蝕能力更是具有不可替代性,對(duì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的裝備和工藝提升發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
碳化硅陶瓷換熱器主要有以下優(yōu)點(diǎn):- 碳化硅陶瓷換熱器的使用方法直接、簡(jiǎn)單、快捷、高效、環(huán)保、節(jié)能。不需摻冷風(fēng)及高溫保護(hù),維修成本低,無(wú)需對(duì)其進(jìn)行任何操作。適用于各種環(huán)境的燃?xì)夤I(yè)窯爐的余熱回收利用,尤其解決了各種高溫工業(yè)窯爐余熱溫度過(guò)高無(wú)法利用的難題;
- 國(guó)家要求陶瓷換熱器溫度≥1000℃,由于它耐高溫,所以就可以放在高溫區(qū)域,溫度越高,換熱效果越好,節(jié)能越多;
- 適應(yīng)性強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、高溫強(qiáng)度高、抗氧化性能好、熱震性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)。
隨著國(guó)家更多節(jié)能減排政策的出臺(tái),以及化工、冶金等工業(yè)的加速升級(jí)發(fā)展。傳統(tǒng)陶瓷的成型工藝已經(jīng)很難滿足新工藝、新產(chǎn)品、新市場(chǎng)的應(yīng)用趨勢(shì)。傳統(tǒng)陶瓷成型工藝都需要借助模具才能制備出具有一定形狀和強(qiáng)度的陶瓷制品,流程耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。而相比于傳統(tǒng)的成型技術(shù),3D打印陶瓷技術(shù)具有智能、無(wú)模、精密、高復(fù)雜度的制造能力,它能夠完成傳統(tǒng)工藝不可能完成的制造。
▲傳統(tǒng)陶瓷成型與3D打印成型工藝特性對(duì)比
碳化硅陶瓷制備同時(shí)也是特種陶瓷3D打印技術(shù)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。因?yàn)樘蓟杼沾刹牧显诔尚瓦^(guò)程中會(huì)出現(xiàn)缺陷,比如氣孔、裂紋、不均一性等,成型陶瓷器件難以抵抗脆性斷裂,極大地限制了其機(jī)械性能。而復(fù)雜幾何形狀的碳化硅陶瓷構(gòu)件往往難以用傳統(tǒng)的加工技術(shù)制造,這在很大程度上制約了復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷的應(yīng)用。
從碳化硅陶瓷的素坯成型工藝入手,并結(jié)合適宜的燒結(jié)工藝,使燒成的碳化硅陶瓷毛坯達(dá)到近凈成型,以減少后續(xù)加工量,并保證產(chǎn)品性能滿足使用要求,這將成為復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷制備工藝的主要研究方向。升華三維通過(guò)自創(chuàng)的粉末擠出打印技術(shù)(PEP)結(jié)合反應(yīng)燒結(jié)工藝,已實(shí)現(xiàn)了碳化硅熱交換板/塊等的無(wú)模一體化制造。這為實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷熱交換部件的近尺寸、輕量化、一體化制備提供了新途徑。
▲3D打印碳化硅熱交換板/塊(來(lái)源:升華三維)
PEP技術(shù)是由升華三維推出的“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬/陶瓷間接3D打印工藝,具有低溫成型,高溫成性的特性。該工藝合理避開(kāi)了以激光為能量源的3D打印,采用顆粒熔融擠出成型方式,其擠壓噴頭系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡(jiǎn)單,更好地縮減了投入成本。通過(guò)先打印生坯,然后再經(jīng)過(guò)成熟的粉末冶金脫脂和燒結(jié)工藝,得到結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的碳化硅結(jié)構(gòu)件。在碳化硅熱管理器件的制備上,升華三維利用PEP技術(shù)的優(yōu)勢(shì),基于自主研發(fā)的碳化碳顆粒材料UPGM-SiC,采用3D打印方式實(shí)現(xiàn)了碳化硅熱交換器結(jié)構(gòu)件的輕量化、一體化設(shè)計(jì)成型,打印出具有一定強(qiáng)度和密度的生坯。再結(jié)合陶瓷注射成型的脫脂及反應(yīng)燒結(jié)工藝,得到了機(jī)械性能穩(wěn)定、近凈尺寸的構(gòu)件。其重量實(shí)現(xiàn)了大幅度降低、使用過(guò)程中不變形、燃?xì)獾南牧繙p小、使用壽命延長(zhǎng)等。此外PEP打印工藝可以更合理地優(yōu)化熱交換器結(jié)構(gòu),從而解決其常見(jiàn)的熱補(bǔ)償和氣體密封問(wèn)題。可顯著提高節(jié)能效果,進(jìn)一步提高生產(chǎn)能力。▲反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷性能參數(shù)(來(lái)源:升華三維)
碳化硅熱交換部件,具有高強(qiáng)度、耐高溫、高導(dǎo)熱和全面的耐酸堿腐蝕特性,可以作為石墨、不銹鋼、金屬鉭、哈氏合金、氟塑料和其他傳統(tǒng)材料的絕佳替代品,其優(yōu)良的熱交換效率可滿足節(jié)能減排和環(huán)保的迫切需求。是化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)中高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、高磨損極端環(huán)境換熱應(yīng)用的最佳選擇和必然趨勢(shì)。
升華三維作為中國(guó)金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)的開(kāi)拓者和領(lǐng)航者,現(xiàn)已具備了碳化硅陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件制備能力,并朝著更多應(yīng)用領(lǐng)域積極探索。公司已建成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的陶瓷3D打印前后處理工藝流程,涵蓋了材料開(kāi)發(fā)、打印材料密煉造粒機(jī)、3D打印機(jī)、脫脂燒結(jié)爐等全工藝鏈設(shè)備,面向應(yīng)用市場(chǎng)提供高性能間接3D打印整體解決方案及打印服務(wù)。