Comportamiento de las bridas cerámicas a temperaturas extremas

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Propiedades de los materiales de las bridas cerámicas
Bridas cerámicas suelen estar fabricados con materiales cerámicos de alto rendimiento, como cerámica de nitruro de silicio, cerámica de circonio, etc. Estos materiales tienen estructuras cristalinas únicas y excelentes propiedades fisicoquímicas que les confieren un buen rendimiento a temperaturas extremas.

• Alto punto de fusión: El punto de fusión de la cerámica de nitruro de silicio supera los 1600 ° C, y el punto de fusión de la cerámica de circonio llega hasta los 2700 ° C. Esto permite que la brida cerámica mantenga la integridad estructural en entornos de alta temperatura sin ablandarse ni fundirse como los materiales metálicos tradicionales.
• Resistencia a la oxidación: Las cerámicas de nitruro de silicio pueden formar una densa película de óxido de silicio en un entorno oxidante a alta temperatura, impidiendo la penetración ulterior de oxígeno y protegiendo así el material del daño oxidativo. Las cerámicas de óxido de circonio también tienen una excelente resistencia a la oxidación y permanecen estables incluso a temperaturas extremas.
  Bajo coeficiente de expansión térmica: El coeficiente de expansión térmica de la cerámica de nitruro de silicio es sólo 1/4 del de los metales, lo que significa que el tamaño de la brida cerámica cambia menos cuando cambia la temperatura, lo que puede reducir eficazmente la concentración de tensiones y la deformación causada por la expansión y contracción térmica.

Comportamiento de las bridas cerámicas a temperaturas extremas
A temperaturas extremadamente altas, las bridas cerámicas pueden mantener estables sus propiedades físicas y químicas.

• Resistencia mecánica: Las bridas cerámicas de nitruro de silicio pueden mantener una buena resistencia mecánica incluso a altas temperaturas de miles de grados. Por ejemplo, en un sistema de brida de bucle primario de reactor nuclear, la brida cerámica tiene un índice de fugas de sellado inferior a 0,01 g/h en un entorno de agua a alta presión de 350 ° C/15,5 MPa.
• Rendimiento de sellado: Las bridas cerámicas pueden mantener un buen rendimiento de sellado a altas temperaturas. Por ejemplo, en la tubería de hidrógeno-oxígeno de los motores aeroespaciales, las bridas cerámicas pueden moverse menos de 5 micras en la interfaz de sellado en condiciones extremas de entorno de hidrógeno líquido a -253 ° C y el impacto de gas a 1600 ° C.
• Resistencia al choque térmico: Las bridas cerámicas tienen una excelente resistencia al choque térmico. Por ejemplo, la cerámica de nitruro de silicio conserva más de 95% de su resistencia residual después de 100 ciclos de enfriamiento rápido y calentamiento rápido a Delta T = 800 ° C.

Comportamiento de las bridas cerámicas a temperaturas extremadamente bajas
Las bridas cerámicas no sólo funcionan bien en entornos de altas temperaturas, sino que también mantienen un buen rendimiento en entornos de temperaturas extremadamente bajas.

• Sellado a baja temperatura: En la tubería de hidrógeno y oxígeno del motor aeroespacial, la brida cerámica tiene un desplazamiento de la interfaz de sellado de menos de 5 micras en el entorno de hidrógeno líquido de -253 ° C. Esto demuestra que la brida cerámica todavía puede mantener un buen rendimiento de sellado a temperaturas extremadamente bajas.
• Resistencia a bajas temperaturas: Los materiales cerámicos no se vuelven quebradizos como los metales a bajas temperaturas, sino que pueden mantener una gran resistencia y tenacidad. Por ejemplo, la cerámica de nitruro de silicio puede mantener una elevada resistencia mecánica a bajas temperaturas.

Tecnología de conexión de bridas cerámicas
Para garantizar la fiabilidad de las bridas cerámicas a temperaturas extremas, la tecnología de unión también es crucial.

• Tecnología de soldadura activa: Mediante el uso de soldadura activa Ag-Cu-Ti, se puede conseguir una buena conexión entre cerámica y metales. Por ejemplo, en la conexión de cerámica de nitruro de silicio con metales, se utiliza el sistema Ag-27,5Cu-4,5Ti (wt.%), y la temperatura de la línea de fase líquida es de 850 ° C, lo que puede formar una capa de reacción TiN/TiSi 2O continua.
  Proceso de soldadura por difusión en fase sólida: un proceso especial desarrollado para todo el ciclo de vida de las tuberías de energía nuclear, capaz de conectar firmemente cerámicas y metales a altas temperaturas.
  Innovación en la soldadura de revestimiento por láser: utilizando láser de fibra de 3 kW para lograr la soldadura de revestimiento local, que puede controlar eficazmente la profundidad del baño de fusión y mejorar la hermeticidad y la vida de fluencia a alta temperatura de la unión soldada.

Campo de aplicación
Las excelentes propiedades de las bridas cerámicas hacen que se utilicen ampliamente en muchos campos.
Aeroespacial: se utiliza en la fabricación de estructuras críticas, como componentes de motores y sistemas de protección térmica, capaces de soportar temperaturas extremadamente altas y bajas.
Industria nuclear: En los reactores nucleares, las bridas cerámicas garantizan la estanqueidad y la seguridad del sistema.
Industria química: se utiliza en reactores de alta temperatura, tuberías y otros componentes clave, capaces de resistir la corrosión a alta temperatura.

Bridas cerámicas ofrecen un buen rendimiento en entornos de temperaturas extremas gracias a su alto punto de fusión, resistencia a la oxidación, bajo coeficiente de expansión térmica y excelente resistencia al choque térmico. Tanto a altas como a bajas temperaturas, las bridas cerámicas mantienen estables sus propiedades físicas y químicas, garantizando la fiabilidad y seguridad del sistema.