150 ডিগ্রী থেকে 20 ডিগ্রী থেকে আকস্মিক ঠাণ্ডা নিভে যাওয়ার জন্য পিএফএ শিথের পুরুত্বের ব্যবহারিক নিম্ন সীমা কত?

ইলেক্ট্রোপ্লেটিং লাইন, সেমিকন্ডাক্টর ওয়েট বেঞ্চ এবং রাসায়নিক চুল্লিতে প্রক্রিয়া বিপর্যস্ত অবস্থা কখনও কখনও পিএফএ এনক্যাপসুলেটেড নিমজ্জন হিটারগুলিকে দ্রুত ঠান্ডা নিভিয়ে দেয় – একটি অপ্রত্যাশিত ঠান্ডা তরল প্রবাহ যা স্নানের তাপমাত্রাকে অপারেটিং স্তর থেকে (সাধারণত 130-150 ডিগ্রি সেকেন্ড অ্যাসিড বাথের জন্য 130-150 ডিগ্রি) কমিয়ে দেয়। তাপীয় শকের এই দৃশ্যটি PFA খাপের উপর উল্লেখযোগ্য চাপ সৃষ্টি করে। পলিমারের বাইরের পৃষ্ঠটি ঠান্ডা তরলের সাথে মিলিত হওয়ায়, এটি অবিলম্বে ঠান্ডা হয়ে যায়, যখন ধাতব গরম করার কেন্দ্রের কারণে ভিতরের পৃষ্ঠটি গরম থাকে। খাপের পুরুত্বের মাধ্যমে তাপীয় গ্রেডিয়েন্ট ঠান্ডা (বাহ্যিক) পৃষ্ঠে প্রসার্য চাপ এবং উত্তপ্ত (অভ্যন্তরীণ) পৃষ্ঠে সংকোচনমূলক চাপ সৃষ্টি করে। ঠান্ডা পৃষ্ঠের তাপমাত্রায় যদি প্রসার্য চাপ পলিমারের শক্তিকে ছাড়িয়ে যায়, তাহলে ক্র্যাকিং বাইরে থেকে ভিতরের দিকে ছড়িয়ে পড়ে। একই শীতল করার হারের জন্য, পাতলা পিএফএ শীথগুলিতে খাড়া তাপীয় গ্রেডিয়েন্ট থাকে কারণ ভিতরের থেকে বাইরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা যে দূরত্বে কম হয় তা কম। অস্বাভাবিকভাবে, একটি খুব পাতলা খাপ মাঝারি পুরুত্বের একটির চেয়ে ভালভাবে নিভে যেতে পারে কারণ এটি সমানভাবে শীতল হয় এবং একটি বড় গ্রেডিয়েন্টকে সমর্থন করতে পারে না। ব্যবহারিক নিম্ন বেধের সীমা নির্ধারণ করা হয় গ্রেডিয়েন্ট স্টিপনেস এবং পরম স্ট্রেস ম্যাগনিটিউডের প্রতিযোগী প্রভাব দ্বারা, পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি নিরাপদ কাজের খাম প্রতিষ্ঠা করে।

একটি তাত্ক্ষণিক নিভৃত সময় তাপ গ্রেডিয়েন্ট উন্নয়ন
150 ডিগ্রির সামঞ্জস্যপূর্ণ তাপমাত্রায় একটি পিএফএ খাপ নিন। হিটারকে দ্রুত 20 ডিগ্রির একটি তরলে নিমজ্জিত করা হয় শক্তিশালী পরিবাহী তাপ স্থানান্তর সহগ (h=1,000–3,000 W/m2·K, উত্তাল জল বা পাতলা অ্যাসিডের জন্য সাধারণ মান)। বাইরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা ০.১-০.৩ সেকেন্ডের মধ্যে তরল অবস্থায় নেমে আসে। অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের প্রাথমিক তাপমাত্রা 150 ডিগ্রী কারণ পলিমার ধাতব কোর থেকে আসা তাপ অবিলম্বে পরিচালনা করতে সক্ষম হয় না। পরিবাহী সীমার অবস্থার সাথে একমাত্রিক তাপ পরিবাহী সমীকরণ ব্যবহার করে খাপের পুরুত্বের উপর একটি তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট প্রতিষ্ঠিত হয়। σ থার্মাল=E ΔT 1 − v যেখানে E হল PFA-এর টেনসিল মডুলাস, গড় তাপমাত্রায় PFA-এর প্রসার্য মডুলাস, তাপীয় প্রসারণের রৈখিক সহগ (110–120 ppm/ডিগ্রী), বৃত্তাকার P's4 (110-120 পিপিএম/ডিগ্রি), বৃত্তাকার 4.4.4. এবং ΔT হল খাপের বেধ জুড়ে তাপমাত্রার পার্থক্য। একটি প্রদত্ত শীতল হার এবং তরলের জন্য, ΔT পুরুত্বের সাথে খাপের আঁশ জুড়ে। একটি মোটা আবরণ একটি বড় ভিতরের{23}}থেকে বাইরের তাপমাত্রার পার্থক্য তৈরি করবে কারণ প্রাচীরের মধ্য দিয়ে তাপ স্থানান্তর করতে বেশি সময় লাগে।

একটি 0.5 মিমি পুরু আবরণের সাহায্যে, অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের তাপমাত্রা 80 ডিগ্রিতে হ্রাস পায় 0.5 সেকেন্ডের মধ্যে এবং থ্রু-বেধ $\\Delta T$ সর্বাধিক প্রায় 60 ডিগ্রি (অভ্যন্তরীণ 80 ডিগ্রি, বাইরের 20 ডিগ্রি)। 2.0 মিমি একটি খাপের পুরুত্বের জন্য ভিতরের পৃষ্ঠটি 0.5 সেকেন্ডের পরে 130 ডিগ্রীতে থাকে যা 110 ডিগ্রী ΔT দেয়। তাপীয় চাপ অনুমান করা হয়েছে: 0.5 মিমি খাপ: σ=600 MPa * 0.00011 * 60 / (1 - 0.45)=~7.2 MPa; 2.0 মিমি খাপ: σ=600 MPa * 0.00011 * 110 / (1 - 0.45)=~13.2 MPa; মোটা খাপ তাপ সঞ্চালনের জন্য দীর্ঘ চ্যানেলের উপর আধিপত্য বিস্তার করে, কারণ তাপীয় চাপের দ্বিগুণ ঘনত্ব তৈরি করে। এই বিশ্লেষণটি ইঙ্গিত করে যে পাতলা আবরণগুলি আসলে মোটাগুলির চেয়ে নিভানোর জন্য বেশি প্রতিরোধী, যদি না খাপটি এত পাতলা হয় যে এটি চাপ বা যান্ত্রিক পরিচালনা করতে পারে না।

চিকন বনাম পুরু আবরণ নিভিয়ে ফেলতে ব্যর্থতার মোড
0.3 মিমি থেকে 3.0 মিমি পুরুত্বের পিএফএ এনকেসড হিটারে পরীক্ষামূলক নিভানোর পরীক্ষা তিনটি পৃথক ব্যর্থতার শাসন দেখায়। খুব পাতলা ডোমেনে (0.3-0.6 মিমি) প্রধান ব্যর্থতা মোড হল বাহ্যিক চাপ থেকে যান্ত্রিক পতন এবং তাপীয় চাপ ক্র্যাকিং নয়। নিভানোর সময় পিএফএ ঠান্ডা হয় এবং সঙ্কুচিত হয়। যদি খাপের মধ্যে কোনো আণুবীক্ষণিক ফাঁক বা দুর্বল স্থান থাকে, তাহলে সংকোচনের ফলে পিএফএ এবং ধাতব কোরের মধ্যে একটি শূন্যতা তৈরি হয় এবং পাতলা পলিমার কোরের বিপরীতে ভিতরের দিকে ধসে পড়ে। পতনটি চাদরের পৃষ্ঠে পরিধিযুক্ত লহর বা বলি হিসাবে দেখায়। বলিরেখাগুলি তাত্ক্ষণিক বৈদ্যুতিক ব্যর্থতা নয়, তবে তারা ক্রমাগত গরম করার সময় স্থানীয় চাপ সহ্য করে এবং সাধারণত 10-50 পরবর্তী তাপচক্রের পরে ফ্র্যাকচার হয়। তাপীয় চাপ নিভৃত প্রতিরোধের বাস্তবসম্মত নিম্ন সীমা নয়; এটি দ্রুত শীতল হওয়ার সময় সৃষ্ট কম্প্রেসিভ হুপ স্ট্রেসের অধীনে তার নলাকার আকার ধরে রাখার ক্ষমতা।

নিভানোর পরীক্ষায়, সর্বোত্তম বেঁচে থাকার হার মাঝারি পুরুত্বের পরিসরে (0.7-1.2 মিমি) দেখা যায়। খাপটি পতন এড়াতে যথেষ্ট পুরু (হুপের দৃঢ়তা ঘনত্বের ঘনত্বের সাথে বৃদ্ধি পায়) কিন্তু যথেষ্ট পাতলা যে -বেধের মাধ্যমে \\Delta T বিনয়ী (60-80 ডিগ্রি)। এই শাসনামলে সর্বোচ্চ তাপীয় চাপ 7-10 MPa-এর মধ্যে, PFA (25-30 MPa) এর ঘরের তাপমাত্রার প্রসার্য শক্তির অনেক কম। একটি 1.0 মিমি পিএফএ টিউব 150 ডিগ্রী থেকে 20 ডিগ্রী পর্যন্ত 1,000টি ক্রমাগত নির্গমনের সংস্পর্শে আসে যা কোনও আপাত ভাঙা দেখায় না এবং এর মূল প্রসার্য বৈশিষ্ট্যের 90-95% সংরক্ষণ করে। এই উচ্চ তাপীয় চাপ (12-18 MPa) পুরু শাসনামলে (1.5-3.0 মিমি) শীতল পৃষ্ঠে নিভে যাওয়া উপাদানের শক্তির চেয়ে বেশি। বাইরের পৃষ্ঠটি, 20 ডিগ্রীতে ঠাণ্ডা, বিরতিতে কম প্রসারণ দেখায় (সাধারণত পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় 150-200% বনাম. 300%) এবং ফ্র্যাকচার শক্ততা কমিয়ে. 5 থেকে 50 নিভেন চক্র বাইরের পৃষ্ঠে ফাটল শুরু করে এবং ভিতরের দিকে অগ্রসর হয়। ফ্র্যাকচারের আকৃতি তাপীয় শকের ডায়াগনস্টিক: হিটার বরাবর অক্ষীয়ভাবে প্রসারিত অনেক সমান্তরাল ফাটল, 2-5 মিমি দূরে, প্রাচীরের বেধের 30-70% ভেদ করে। এই ফাটলগুলি অবিলম্বে ফুটো হওয়ার কারণ হয় না কারণ অবশিষ্ট আনক্র্যাকড পিএফএ সিল করতে থাকে, তবে তারা স্ট্রেস কনসেনট্রেটর হিসাবে কাজ করে যা স্বাভাবিক ক্রিয়াকলাপ অনুসরণ করতে ব্যর্থ হয়।

বেধ সীমার উপর শীতল হার এবং তরল মাধ্যমের প্রভাব
বেধের ব্যবহারিক নিম্ন সীমাটি নির্ণয়ের তীব্রতা দ্বারা নির্ধারিত হয়, যা তরলের তাপীয় প্রসারণ এবং সংবহনশীল তাপ স্থানান্তর সহগ দ্বারা প্রভাবিত হয়। জল এবং পাতলা অ্যাসিড (h=1,500-3,000 W/m2.K) দ্বারা দ্রুততম শীতল এবং খাড়া তাপীয় গ্রেডিয়েন্ট তৈরি হয়। জৈব দ্রাবক (h=300–800 W/m2·K) ধীরে ধীরে ঠান্ডা হয়, একই খাপের পুরুত্বের জন্য থ্রু বেধ ΔT 30-50% কমিয়ে দেয়। 0.6 মিমি-এর চেয়ে কম খাপের সাথে, জল নিভানোর সময় আবরণটি ভেঙে যেতে পারে, তবে জৈব দ্রাবক নিভে যাওয়ার জন্য 0.4 মিমি গ্রহণযোগ্য হতে পারে। এয়ার কুলিং (h=10-50 W/m2K) এমনকি 3.0 মিমি শীটের জন্যও সামান্য তাপীয় চাপ সৃষ্টি করে, যেহেতু মন্থর শীতলতা প্রাচীর জুড়ে তাপমাত্রা সমীকরণের অনুমতি দেয়। সীমাটি তরল তাপমাত্রা দ্বারাও সংজ্ঞায়িত করা হয়। 150 ডিগ্রী থেকে 20 ডিগ্রী পর্যন্ত একটি quench হল 130 ডিগ্রী তাপমাত্রা হ্রাস। 120 ডিগ্রী থেকে 20 ডিগ্রী (100 ডিগ্রী ড্রপ) থেকে নিভানোর তীব্রতা হ্রাস করে, একটি 2.0 মিমি খাপে সর্বাধিক তাপীয় চাপ 13.2 এমপিএ থেকে প্রায় 9.5 এমপিএতে হ্রাস পায়, যা মাঝারি ঝুঁকির সীমার মধ্যে পড়ে। অন্যদিকে, ΔT=160 ডিগ্রীর জন্য, 180 ডিগ্রী থেকে 20 ডিগ্রী পর্যন্ত নিভে যাওয়া, এমনকি একটি 0.8 মিমি আবরণও নগণ্য হবে, যেহেতু পাতলা প্রাচীর জুড়ে ΔT এখনও 80-90 ডিগ্রী রয়েছে, যার ফলে 10-12 MPa-এর চাপ সৃষ্টি হয় এবং ধসের অতিরিক্ত ঝুঁকি থাকে।

PFA উপাদানের পূর্ব-নিভৃত অবস্থাও বেধের সীমা পরিবর্তন করে। চাপহীন কুমারী PFA পূর্বাভাসিত চাপ সহ্য করতে পারে। যাইহোক, তাপীয়ভাবে বয়সী পিএফএ (150 ডিগ্রিতে 1,000 ঘন্টার বেশি) একটি হ্রাস আণবিক ওজন এবং বিরতির সময় একটি হ্রাস প্রসারণ প্রদর্শন করে। 1.2 মিমি পুরুত্বের তাজা পিএফএ 200+ চক্রে টিকে ছিল, যখন 1.2 মিমি জ্যাকেটে বয়স্ক পিএফএ 20 নিভেন চক্রের পরে ফাটল শুরু করেছে। অতএব, 5000-এর বেশি কর্মক্ষম ঘন্টা সহ হিটারগুলির জন্য নিভানোর প্রতিরোধের জন্য বেধের নিম্ন সীমা 0.2-0.3 মিমি বৃদ্ধি করা উচিত। একইভাবে, PFA শক্তিশালী অক্সিডাইজিং অ্যাসিড (ঘনিষ্ঠ সালফিউরিক বা নাইট্রিক অ্যাসিড) দ্বারা প্রভাবিত হয়ে পৃষ্ঠের মাইক্রোক্র্যাক তৈরি করতে পারে, কার্যকর পুরুত্ব হ্রাস করে। 120 ডিগ্রীতে 96 % H2SO4 এ 500 ঘন্টার সংস্পর্শে আসা একটি 1.0 মিমি খাপের জন্য নিভানোর আচরণটি 0.7 মিমি তাজা খাপের মতো, কারণ ক্ষতিগ্রস্ত বাইরের স্তরটি প্রথমে ভেঙ্গে যায় এবং অবশিষ্ট অপ্রভাবিত উপাদানগুলিতে ছড়িয়ে পড়ে।

ন্যূনতম নিরাপদ পুরুত্ব নির্গমন সংবেদনশীল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য
সাথে দেওয়া সারণীতে ন্যূনতম প্রস্তাবিত PFA খাপের বেধগুলি এমন পরিস্থিতিতে যেখানে অপারেটিং তাপমাত্রা থেকে 20 ডিগ্রী পর্যন্ত দ্রুত ঠান্ডা নিভানো সম্ভব। মানগুলি একটি তাজা (অবিকৃত) PFA উপাদানকে নির্দেশ করে যার কোনো পূর্ববর্তী রাসায়নিক অবক্ষয় নেই এবং উল্লেখিত তরলের জন্য একটি সংবহনশীল তাপ স্থানান্তর সহগ। প্রতি বছর 50 বার পূর্বাভাসিত quenches সহ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, সর্বনিম্ন বেধে 0.2 মিমি যোগ করুন।

Maximum Operating Temperature Quench Liquid Medium Minimum Safe PFA Thickness (Fresh Material) Expected Survival After 100 Quenches Failure Mode Below Minimum 130°C Water or dilute acid (pH 3–9) 0.6 mm >95% survival; no apparent breaking Sheath collapse (wrinkling) down 0.5 mm 140°C Water or dilute acid 0.7 mm >90% বেঁচে থাকা; ক্ষুদ্র পৃষ্ঠের ক্রেজিং সম্ভব সম্মিলিত পতন এবং মাইক্রোক্র্যাকিং 150 ডিগ্রি জল বা পাতলা অ্যাসিড 0.8 মিমি 85-95% বেঁচে থাকা; অক্ষীয় ফাটল বিরল (<5%) Collapse below 0.6 mm; thermal cracking below 0.7 mm 160°C Water or dilute acid 1.0 mm 80–90% survival; acceptable for <100 quenchesAxial cracks >1.5 মিমি (ওভার-স্ট্রেস)
150oC 1.2 mm Concentrated acid (60-96% H2SO4) 60-80% survivability; check after each quenchCombine chemical degradation + thermal stress 150°C Organic solvent (isopropanol, acetone) 0.5 mm >95% বেঁচে থাকা দ্রাবক পিএফএ ফুলে যেতে পারে, পতন প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে