Sənaye sensorları bəzi olduqca şiddətli şəraitdə işləməlidir, məsələn, təxminən 1750 dərəcə Selsi temperaturunda maye metal və ya həqiqətən intensiv olan kimyəvi emal zavodlarının daxilində. Bu sensorların qorunması üçün keramik borular tez-tez zədələnməyə qarşı birinci səviyyəli qoruyucu kimi istifadə olunur. Bu borular adətən alümina və ya zirkoniya kompozitləri kimi materiallardan hazırlanır ki, bunlar parçalanmadan ekstremal istiliyi dözə bilir və əksər maddələrlə kimyəvi reaksiyaya girə bilməz. Keramikanın metallara nisbətən fərqlənən ən vacib xüsusiyyəti onların sayısız istiləşmə və soyuma dövrlərindən sonra belə formasını saxlaya bilməsidir. Bu o deməkdir ki, sensor göstəricilərində daha az sürüşmə olur, çünki metal qədər genişlənmir və daralmır. 2023-cü ildə materialların davamlılığı ilə bağlı yayımlanan son araşdırmaya görə, yalnız şüşə sobalarında paslanmayan poladdan keramik borulara keçid sensorların dəyişdirilməsini təxminən üçdə iki qədər azaldıb.
Ekstrem temperatur dalğalanmaları ilə məşğul olduqda, xüsusilə komponentləri gərginliyə məruz qoyan və çatlamalara səbəb olan dəqiqədə 200 dərəcə Selsi və ya daha çox olan sürətli dəyişikliklərlə işləyərkən keramik borular ənənəvi materialların əksərini asanlıqla üstələyir. Sirr onların istilik genişlənməsi xüsusiyyətlərində də yerləşir. Məsələn, alümina keramiklərinə baxaq – bu material təxminən 8,6 mikrometr/metr/dərəcə Selsiyə qədər genişlənir ki, bu da standart 316 paslanmayan poladdakı 17,3 rəqəmindən çox aşağıdır. Bu o deməkdir ki, keramik hissələr isidilmə və soyudulma prosesləri nəticəsində o qədər yorulmur. Materialların zamanla necə möhkəmlik göstərdiyini araşdıran tədqiqatlar zirkoniya əsaslı borular haqqında olduqca təsirli bir şey aşkar etmişdir. Onların 1200 dərəcə Selsi hərarətdən otaq temperaturu olan 25 dərəcəyə qədər tam 5000-dən çox istilik siklinə tab gətirdiyi və heç bir aşınma əlaməti göstərmədiyi sübut edilmişdir. Belə möhkəmlik onları sobalar və istilik müalicə peçləri kimi sənaye sahələrində təkrar-təkrar isidilən və soyudulan şəraitdə istifadə üçün ideal namizəd edir.
Kimyəvi zavodlarda və tullantı yandırma qurğularında keramik borular aşağıdakı kimi ağır şəraitə dözümlüdür:
Korroziyaya qarşı tədqiqatlar göstərir ki, neft-kimya sahəsində keramik qoruyucu örtükli sensorların ömrü polimer örtüklü metal qılıflara nisbətən 3–5 dəfə uzun olur.
Keramik qoruyucu borular davamlı işlədikdə təxminən 1600 dərəcə Selsiyə qədər temperaturu dözə bilir və bəzi inkişaf etmiş kompozit növləri son zamanlardakı yüksək temperaturlu materiallar üzrə araşdırmalara əsasən 2000 dərəcədən yuxarı səviyyələri test edilib. Polimerlər isə tamamilə fərqlidir, onlar temperatur təxminən 300 dərəcədən yuxarı qalxdıqda parçalanmağa başlayır. Alümina əsaslı keramiklər çox az genişlənir, hətta 1200 dərəcə Selsiyə çatdıqda xətti olaraq 1 faizdən azdır. Zirkoniya isə olduqca təəccüblüdür, çünki dəqiqədə 500 dərəcədən artıq istilik dəyişikliyinə çatmadan çatlamadan dözə bilir. Bu xüsusiyyətlər keramikləri digər materialların sadəcə dayanmayacağı ekstremal mühitlərdə o qədər qiymətli edir.
Keramikadakı kovalent rabitə istiliyə qarşı xüsusi müqavimət təmin edir. Silisium karbid boruları 200°C ilə 1400°C arasında 15.000-dən çox istiləmə-soyuma dövrünü 2%-dən az daimi deformasiya ilə davamlı şəkildə dözür ki, bu da nüvə enerjisi materialları üzrə tədqiqatlarda təsdiqlənmişdir. Bu möhkəmlik metalın istilik emalı peçlərində gündəlik temperatur dalğalanmasının tez-tez 800°C-dən yuxarı qalxdığı hallarda xüsusi önəm daşıyır.
1200°C-də paslanmayan poladdan hazırlanan qılıflar 12–15% genişlənir, o zaman ki, keramika yalnız 0,5–0,8% genişlənir. Keramika həmçinin metallarda müşahidə olunan əyilmə və ya ərimə kimi anidən baş verən nasazlıqlardan da qaçınır. Sənaye məlumatlarına görə, şüşənin temperlənmə xətlərində keramikla qorunan sensorlar 8–10 il işləyir ki, bu da metal qoruyuculu cihazların 2–3 il işləməsi ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə uzundur.
Al2O3 alümina və ZrO2 zirkonia kimi materiallar təxminən 0,5-dən 14-ə qədər olan ekstremal pH səviyyələrində belə turşulara, əsas maddələrə və müxtəlif həlledicilərə qarşı çox yüksək müqavimət göstərir. Bu keramikaların bu qədər davamlı olmasının səbəbi, ionların hərəkət etməsini dayandıraraq korroziyaya səbəb olmağın qarşısını alan qoruyucu səth təbəqələri yaratma qabiliyyətidir. Bu da kimyəvi emal müəssisələrində digər materialların daha tez dağıldığı yerlərdə onların illərlə düzgün şəkildə işləməsini təmin edir. Əgər metal seçimlərinə baxsaq, əksər metallar bu cür sərt şəraitdə uzunömürlülük üçün nəzərdə tutulmayıb. Testlər göstərir ki, bir çox ümumi metallar oxşar korroziya şəraitinə 300 ilə 500 saat ərzində məruz qaldıqdan sonra artıq nasazlıq əlamətləri göstərir. Buna görə də, bir çox sənaye tətbiqetmələri indi uzunmüddətli etibarlılığa ehtiyac duyulan kritik hissələr üçün keramik komponentlərə güvənir.
Son araşdırmalar sənaye mühitində korroziyaya qarşı keramik qoruyucu boruların üstün dayanıqlığını göstərir:
| Kimyəvi təsir | Alumina (1.000 saat) | 316 Paslanmayan Polad (1.000 saat) | İtki Kütləsi (%) |
|---|---|---|---|
| 20% Sülfat Turşusu | 0.03 | 12.7 | metalə nisbətən -98% |
| 50% Natrium Hidroksid | 0.01 | 8.2 | metalə nisbətən -99% |
| Xlorlaşdırılmış Həlledicilər | 0.00 | 4.1 | metalə nisbətən -100% |
Mənbə: Yüksək Temperaturlu Materiallar Jurnalı, 2023
Bu nəticələr keramikanın pH-nin dəyişdiyi və halogen birləşmələrinin mövcud olduğu mühitlərdə çuxur korroziyasına və gərginlik korroziya çatlamasına davamlılığını nümayiş etdirir.
1400 dərəcə Selsidən yuxarı istilikdə işləyən şüşə sobalarında keramik qoruyucu borular çox yaxşı işləyir, çünki qızdırıldıqda onlar praktiki olaraq genişlənmirlər və ətraflarındakı heç bir maddə ilə kimyəvi reaksiyaya girirlər. Bu borular ərimiş şüşəyə birbaşa yerləşdirildikdə belə dağılmadan və zədələnmədən bütöv qalır, bu da qeyri-istənilən materialların son məhsula qarışmasını dayandırır. Emal zamanı şüşənin nə qədər maye və ya qalın olduğunu idarə etmək üçün dəqiq temperatur göstəricilərinin alınması böyük əhəmiyyət kəsb edir. Artım və ya azalma üzrə 5 dərəcəlik kiçik dəyişikliklər bitmiş şüşə məhsullarının keyfiyyət standartlarını təmin etməsində və ya rədd edilməsində böyük rol oynaya bilər.
Sement peçələrində sensorlara 1.450°C temperatur, qələvi buxarları və aşındırıcı klinker hissəcikləri təsir edir. Bu şəraitdə alumina-cirkoniya kompozitlər metal alternativlərinə nisbətən üç dəfə daha uzun xidmət müddətinə malikdir və dövrəniş edən peç mühitində təmir-tehzinat tezliyini azaldır. Onların poroz olmayan strukturu həmçinin ölçmə nəticələrini pozabilecək sementli çöküntülərin yığılmasını maneə törədir.
Yüksək təmizlikdə olan alumina borular 1.600–1.800°C-ə çatan keramika sobalarında ölçülərin sabitliyini saxlayır, sensorun meylənməsini (drift) qarşısını alır və 5.000 sikldən artıq ±2°C dəqiqliyi təmin edir. Metal istilik emalı peçlərində keramik borular karburlaşma və pulcuqlanmaya davamlıdır — bu, metal örtüklər üçün tipik nasazlıq formalarıdır.
200 sənaye müəssisəsinin 2023-cü ildə keçirdiyi sorğu göstərdi ki, yüksək temperaturlu tətbiqlərdə sensorların metal qorunmasından keramik qorunmaya keçid edənlərin payı 68% təşkil edir. Əsas səbəblərə nasazlıq arasında orta müddətin 40–60% artırılması və sabit, aşağı səs-küy sinyalları tələb edən IIoT sistemləri ilə uyğunluq daxildir.
Ən sənaye keramik qoruyucu boruları, yaxşı işləməsi ilə maliyyə baxımından məqsədəuyğunluq arasında çətin balans yaratmaq üçün alümina, zirkonya və ya müxtəlif kompozit qarışıqlar kimi materiallara güvənir. 99,5% təmiz alümina növü, sobalarda temperaturun dəyişməsi şəraitində 8,1 x 10^-6/C dərəcə olan istilik genişlənmə sürəti sayəsində sabitliyini saxladığı üçün gündəlik tətbiqlərdə populyar qalır. Şərtlər həqiqətən də çətinləşdikdə, istehsalçılar adi keramikadan üç dəfə yaxşı partlamaya davamlılığa malik olan və çevrilmə ilə möhkəmlənmə adlanan xüsusiyyətə malik zirkonyaya üz tutur. Yarımkeçirici istehsal xətləri üçün lazım olan xüsusi təmiz mühitlərdə isə bir çox şirkət bu hibrid materialların çirkləndiricilərin gəzməsinə ənənəvi variantlara nisbətən daha az imkan verdiyinə görə alümina ilə qarışdırılmış silisium karbidə üstünlük verir.
| Xüsusiyyət | Alumina | Zirkoniya |
|---|---|---|
| Sərtlik (Vikers) | 15–19 GPa | 12 GPa |
| Maksimum İş İstiqliliyi | 1,750°C | 2,400°C |
| حرارتي شوكا قارشي دورما | Orta | Mülahizə |
| Kimyəvi müqavimət | Güclü turşuya davamlılıq | Qələvi məhlulun sabitliyi |
2024-cü ilin material analizləri zirkoniyanın 1 100°C-dən yuxarı fazanın sabitliyinin onu kömür yanacağı olan elektrik stansiyaları üçün daha uyğun edir, alumina isə 900°C-dən aşağı kimyəvi emal üçün iqtisadi seçim olaraq qalır.
İrəli səviyyə materiallar üzərində işləyən tədqiqatçılar nadir torpaq oksidləri ilə qarışdırılmış alumina-cirkoniya kompozitlərinin yaradılmasına başlayıblar. Bu yeni materiallar hazırkı standart keramik növlərinə nisbətən təxminən 70% yaxşı performans göstərməsini təmin edən 5000-dən çox istilik tsiklinə dözə bilən boruların hazırlanmasına imkan verir. Digər bir irəliləyiş, 1-dən 14-ə qədər olan bütün pH spektri üzrə korroziyaya qarşı təsirli 98% müqavimət göstərən silikon nitridlə gücləndirilmiş versiyalardan ibarətdir ki, bu da əvvəllər xüsusilə tullantı sularının təmizlənməsi stansiyaları üçün böyük problemlər yaradırdı. Bazar proqnozları, istilik sistemləri texnologiyaları sahəsində ixtisaslaşmış ekspertlərin bildirdiyinə görə, bu kompozit keramik qoruyucu borular orta hesabla onilliyin ikinci yarısına qədər dünya miqyasında sənaye sensor tətbiqetmələrinin təxminən 35%-ni əhatə edə bilər.
EN
