Nghiên cứu điển hình: Tại sao một nhà máy xử lý hóa chất chuyển đổi từ RB-SiC sang SSiC
Một cơ sở xử lý hóa chất hoạt động trong môi trường axit đang sử dụng các bộ phận được làm từ cacbua silic liên kết phản ứng (RB-SiC) cho phốt bơm và các bộ phận kết cấu chống ăn mòn. Hệ thống này được tiếp xúc với axit sulfuric đậm đặc (H₂SO₄) ở nhiệt độ cao khoảng 100°C.
Sau vài tháng vận hành, nhà máy nhận thấy hiệu suất giảm dần, bao gồm xói mòn bề mặt và thay đổi kích thước trong một số thành phần RB-SiC.
Để cải thiện tuổi thọ sử dụng và độ ổn định khi vận hành, nhóm kỹ thuật đã đánh giá cacbua silic thiêu kết không áp suất (SSiC) làm vật liệu thay thế.
Phân tích vật liệu cho thấy rằngcác thành phần cacbua silic liên kết phản ứng (RB-SiC)chứa khoảng 10–15% pha silicon tự do.
Trong môi trường axit mạnh, lượng silicon dư này có thể bị ăn mòn có chọn lọc, dần dần làm suy yếu cấu trúc vật liệu và giảm độ tin cậy lâu dài.
Kết quả là cấu trúc vật chất dần yếu đi dẫn đến:
- Ăn mòn bề mặt
- Giảm độ bền cơ học
- Tăng tần suất bảo trì
- Tuổi thọ linh kiện ngắn hơn
Dữ liệu thử nghiệm trong điều kiện axit sulfuric cho thấy sự khác biệt đáng kể về tốc độ ăn mòn:
- SSiC:1,8 mg/cm2·năm
- RB-SiC:55,0 mg/cm2·năm
Sự khác biệt này trở nên quan trọng trong hoạt động liên tục lâu dài.
Cơ sở này đã thay thế một số bộ phận RB-SiC bằngcác thành phần cacbua silic thiêu kết không áp suất (SSiC)được sản xuất với sự kiểm soát mật độ cao.
Các đặc tính vật liệu chính bao gồm:
- mật độ ≥ 3,05 g/cm³,
- độ xốp mở gần như bằng không,
- không có pha silicon tự do,
- cường độ uốn ≥ 380 MPa,
- và hiệu suất nhiệt độ cao ổn định.
Sau khi chuyển sang sử dụng các thành phần SSiC, nhà máy đã nhận thấy một số cải tiến:
- Cải thiện khả năng chống ăn mòn
Sự vắng mặt của silicon tự do làm giảm đáng kể sự tấn công của axit. - Tuổi thọ dài hơn
Khoảng thời gian thay thế thành phần tăng lên đáng kể. - Hoạt động ổn định hơn
Độ ổn định kích thước dưới áp suất nhiệt và hóa học được cải thiện. - Giảm thời gian dừng bảo trì
Tốc độ ăn mòn thấp hơn dẫn đến ít phải ngừng hoạt động để thay thế bộ phận hơn.
Sự khác biệt chính giữaVật liệu gốm SSiCVàhệ thống cacbua silic liên kết phản ứng (RB-SiC)nằm ở sự có mặt của silicon tự do.
RB-SiC chứa silicon dư được hình thành trong quá trình xâm nhập phản ứng, trong khi SSiC tạo thành cấu trúc SiC dày đặc, thiêu kết hoàn toàn mà không có pha silicon thứ cấp.
Trong môi trường ăn mòn mạnh, đặc biệt là axit, pha silicon trong RB-SiC trở thành điểm yếu của vật liệu.
Điều này làm cho SSiC trở thành sự lựa chọn phù hợp hơn cho:
- Thiết bị xử lý hóa chất
- Linh kiện bơm chống ăn mòn
- Môi trường axit nhiệt độ cao
Khi lựa chọn giữa SSiC và SiC liên kết phản ứng, môi trường vận hành đóng một vai trò quan trọng.
Đối với các ứng dụng liên quan đến:
- Nhiệt độ cao (>1200°C)
- Axit mạnh hoặc hóa chất ăn mòn
- Yêu cầu ổn định kết cấu lâu dài
SSiC thường cung cấp hiệu suất lâu dài tốt hơn.
RB-SiC vẫn là một giải pháp khả thi cho các ứng dụng ưu tiên hiệu quả chi phí và môi trường hoạt động ít khắc nghiệt hơn.
Các thành phần cacbua silic thiêu kết không áp suất (SSiC) được sử dụng rộng rãi trong:
- hệ thống xử lý hóa chất,
- linh kiện bơm chống ăn mòn,
- vòng đệm,
- và môi trường axit có nhiệt độ cao.
Những ưu điểm chính bao gồm:
- kháng axit tuyệt vời,
- không có pha silicon tự do,
- độ xốp thấp,
- và sự ổn định lâu dài của cấu trúc.
Khám phá:
