لوله صنعتی ZrO2 با عایق حرارتی دمای بالا، لوله سرامیکی دقیق زیرکونیا

لوله زیرکونیا یک قطعه لوله‌ای شکل از جنس ماده سرامیکی پیشرفته زیرکونیا است که دسته مهمی از قطعات شکل‌دار سرامیکی زیرکونیا محسوب می‌شود. این لوله خصوصیات عالی مواد زیرکونیا را در خود دارد و در کاربردهای خاص، نقشی جایگزین‌ناپذیر ایفا می‌کند.

ویژگی‌های عملکردی

لوله‌های زیرکونیا اکثر ویژگی‌های برجسته سرامیک زیرکونیا را به ارث برده‌اند و به دلیل هندسه لوله‌ای خود، عملکردهای منحصربه‌فردی نیز دارند.

• عملکرد عالی در دمای بالا و عایق‌بندی حرارتی

• پایداری در دمای بالا: این ماده می‌تواند به‌صورت پایدار و طولانی‌مدت تا دمای 1100 درجه سانتی‌گراد کار کند °C -1500°C  (بسته به نوع و درصد ماده پایدارکننده) و به‌راحتی نرم یا تغییر شکل نمی‌دهد.
• هدایت حرارتی بسیار پایین: این ماده به‌عنوان یک عایق حرارتی پیشرفته شناخته می‌شود که هدایت حرارتی آن بسیار کمتر از اکثر فلزات و سرامیک‌های اکسیدی (مانند آلومینا) است. این ویژگی لوله‌های زیرکونیا را به لوله‌های کوره‌های دمای بالا و غلاف‌های عایق حرارتی ایده‌آل تبدیل می‌کند.

• عملکرد مکانیکی عالی

• استحکام بالا: بخاطر مکانیسم "سخت‌شدن ناشی از تبدیل فاز"، لوله‌های زیرکنیا در مقایسه با سایر لوله‌های سرامیکی (مانند لوله‌های آلومینایی) دارای مقاومت بیشتری در برابر ضربه و شکستگی هستند و مقاومت بهتری در برابر ضربه‌های مکانیکی و شوک حرارتی دارند.
• استحکام بالا: قادر به تحمل فشارهای داخلی و خارجی مشخص و بارهای مکانیکی است.

• مقاومت عالی در برابر خوردگی

• دارای مقاومت عالی در برابر اکثر اسیدها، قلیاها، فلزات مذاب و شیشه بوده و دچار خوردگی نمی‌شود. این امر امکان استفاده از آن را در محیط‌های شیمیایی بسیار سخت فراهم می‌کند.

• خواص الکتریکی خاص

• هدایت یونی در دمای بالا: هنگامی که با مواد پایدارکننده مانند اکسید ایتریوم آلیاژ داده می‌شود، در دمای بالا (معمولاً بیش از 600 °C ) به یک هدایت‌کننده یون اکسیژن تبدیل می‌شود. این اصل بنیادی استفاده از آن به عنوان جزء اصلی سنسور اکسیژن است.
• عایق بودن در دمای محیط: در دمای محیط یک عایق الکتریکی عالی است.

• ضریب کم گسترش حرارتی

• ضریب انبساط حرارتی آن نزدیک به ضریب انبساط حرارتی برخی فلزات (مانند فولاد) است و هنگام بسته‌بندی یا ترکیب با قطعات فلزی، سازگاری حرارتی خوبی دارد که می‌تواند تنش حرارتی را کاهش دهد.

برتری

• مقاومت یکپارچه در برابر دمای بالا و عایق‌بندی: این ماده به‌تنهایی قادر به تحمل دمای بالا است، انتقال حرارت را به‌طور مؤثر جدا می‌کند و قطعات خارجی را محافظت می‌کند.
• دوام طولانی و قابلیت اطمینان بالا: در شرایط سخت کاری مانند دمای بالا، سایش و خوردگی، عمر مفید آن بسیار بیشتر از لوله‌های فلزی و لوله‌های سرامیکی معمولی است و فرکانس توقف‌ها و تعویض‌ها را کاهش می‌دهد.
• بی‌اثری شیمیایی: این ماده مواد پردازش‌شده (مانند مواد با خلوص بالا و مواد مذاب) را آلوده نمی‌کند و تمیزی فرآیند را تضمین می‌کند.
• چندکاره بودن: این ماده هم به‌عنوان یک جزء ساختاری و هم به‌عنوان یک جزء عملکردی (مانند هدایت یون اکسیژن، پنجره‌های نوری و غیره) عمل می‌کند.

دامنه کاربرد

ویژگی‌های منحصر به فرد لوله‌های زیرکونیا باعث می‌شود که این لوله‌ها به جزء اصلی در بسیاری از حوزه‌های پیشرفته فناوری و صنعتی تبدیل شوند.

• کوره‌های صنعتی دمای بالا و تجهیزات سینترینگ

• لوله کوره: در کوره‌های خلاء و کوره‌های جوی استفاده می‌شود، به عنوان حامل مواد یا محفظه واکنش، قادر به تحمل دماهای بسیار بالای کاری است.
• لوله محافظ ترموکوپل: از ترموکوپل داخلی در برابر خوردگی مستقیم توسط فلز مذاب و جو خورنده محافظت می‌کند و دقت و طول عمر اندازه‌گیری دما را تضمین می‌کند.
• میله‌های غلتکی برای کوره‌های صفحه‌ای و کوره‌های غلتکی: به دلیل مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر خزش در دمای بالا، می‌توان از آن‌ها برای نگهداری و انتقال قطعات کار در کوره استفاده کرد.

• سنسورها (حوزه‌های کاربرد اصلی)

• سنسور اکسیژن: این مهم‌ترین کاربرد کلاسیک است. به طور گسترده در:
• موتور خودرو: محتوای اکسیژن در گازهای خروجی را تشخیص می‌دهد، سیگنال‌های فیدبکی به واحد کنترل الکترونیکی ارسال می‌کند و کنترل دقیق نسبت هوا به سوخت (سنسور لامبدا) را ممکن می‌سازد.
• کنترل احتراق صنعتی: نظارت بر محتوای اکسیژن گاز دودکش در بویلرها، کوره‌ها و غیره، بهینه‌سازی احتراق و صرفه‌جویی در انرژی.
• عملیات حرارتی فلزات: کنترل پتانسیل کربن در جو کوره.
• اصل کارکرد: با استفاده از خصوصیات هدایت یون‌های اکسیژن در لوله‌های زیرکونیا در دمای بالا، هنگامی که غلظت اکسیژن داخل و خارج لوله متفاوت باشد، اختلاف پتانسیلی (اثر نرنست) ایجاد می‌شود.

• متالورژی و صنعت شیشه

• پروب اکسیژن مذاب فلزی: مستقیماً در فلز مذاب مانند فولاد مذاب و مس مذاب فرو برده شده و محتوای اکسیژن آن را به سرعت اندازه‌گیری می‌کند.
• سنسور سطح شیشه و سوراخ جریان: مقاوم در برابر خوردگی توسط مایع شیشه، مورد استفاده برای کنترل و تماس با شیشه مذاب.

• انرژی جدید و تحقیقات علمی

• سلول سوختی اکسید جامد: به عنوان غشای الکترولیت، در دمای بالا یون‌های اکسیژن را هدایت می‌کند و جزء اصلی تولید برق در سلول است.
• واکنشگر آزمایشگاهی: مورد استفاده برای سنتز شیمیایی و تحقیقات مواد که نیازمند محیط‌های با دمای بالا و مقاوم در برابر خوردگی است.

• حوزه‌های دیگر

• آستره مقاوم در برابر سایش: به عنوان آستر لوله‌ها برای انتقال پودرهای بسیار ساینده یا سوسپانسیون‌ها استفاده می‌شود.
• لوله محافظ دستگاه‌های نوری: فیبرهای نوری یا عدسی‌ها را در محیط‌های سخت محافظت می‌کند.

مشخصات فنی