세라믹 플랜지는 극한의 온도에서 어떻게 작동합니까?
세라믹 플랜지의 재료 특성
세라믹 플랜지 는 일반적으로 질화규소 세라믹, 지르코니아 세라믹 등과 같은 고성능 세라믹 소재로 만들어집니다. 이러한 소재는 독특한 결정 구조와 우수한 물리화학적 특성을 가지고 있어 극한의 온도에서도 우수한 성능을 발휘합니다.
- 높은 융점: 질화규소 세라믹의 녹는점은 1600°C를 초과하고 지르코니아 세라믹의 녹는점은 2700°C에 달하므로 세라믹 플랜지는 기존 금속 소재처럼 연화되거나 녹지 않고 고온 환경에서도 구조적 무결성을 유지할 수 있습니다.
- 산화 저항성: 질화규소 세라믹은 고온의 산화 환경에서 고밀도 실리콘 산화막을 형성하여 산소의 추가 침투를 막아 산화 손상으로부터 재료를 보호할 수 있습니다. 지르코니아 세라믹은 또한 내산화성이 뛰어나 극한의 온도에서도 안정적으로 유지됩니다.
낮은 열팽창 계수: 질화규소 세라믹의 열팽창 계수는 금속의 1/4에 불과하므로 온도 변화에 따라 세라믹 플랜지의 크기가 덜 변하여 열팽창 및 수축으로 인한 응력 집중과 변형을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
극한 온도에서 세라믹 플랜지의 성능
세라믹 플랜지는 극도로 높은 온도에서도 안정적인 물리적, 화학적 특성을 유지할 수 있습니다.
- 기계적 강도: 질화규소 세라믹 플랜지는 수천 도의 고온에서도 우수한 기계적 강도를 유지할 수 있습니다. 예를 들어 원자로 1차 루프 플랜지 시스템에서 세라믹 플랜지는 350°C/15.5MPa의 고압 수 환경에서 밀봉 누출률이 0.01g/h 미만입니다.
- 씰링 성능: 세라믹 플랜지는 고온에서 우수한 씰링 성능을 유지할 수 있습니다. 예를 들어 항공 우주 엔진의 수소-산소 파이프 라인에서 세라믹 플랜지는 -253°C의 액체 수소 환경과 1600°C의 가스 충격이라는 극한 조건에서 씰링 인터페이스에서 5마이크론 미만으로 움직일 수 있습니다.
- 열 충격 저항: 세라믹 플랜지는 열충격 저항성이 뛰어납니다. 예를 들어 질화규소 세라믹은 델타 T = 800°C에서 100회 급속 냉각 및 급속 가열 후에도 95% 이상의 잔류 강도를 유지합니다.
극저온에서 세라믹 플랜지의 성능
세라믹 플랜지는 고온 환경에서도 우수한 성능을 발휘할 뿐만 아니라 극저온 환경에서도 우수한 성능을 유지합니다.
- 저온 밀봉: 항공 우주 엔진의 수소 및 산소 파이프 라인에서 세라믹 플랜지는 -253°C의 액체 수소 환경에서 밀봉 인터페이스 변위가 5미크론 미만입니다. 이는 세라믹 플랜지가 극저온에서도 여전히 우수한 밀봉 성능을 유지할 수 있음을 보여줍니다.
- 저온 강도: 세라믹 소재는 저온에서 금속처럼 부서지지 않고 높은 강도와 인성을 유지할 수 있습니다. 예를 들어 질화규소 세라믹은 저온 환경에서도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있습니다.
세라믹 플랜지의 연결 기술
극한의 온도에서 세라믹 플랜지의 신뢰성을 보장하기 위해서는 접합 기술도 매우 중요합니다.
- 액티브 브레이징 기술: Ag-Cu-Ti 활성 땜납을 사용하면 세라믹과 금속을 잘 연결할 수 있습니다. 예를 들어, 질화규소 세라믹과 금속을 연결할 때 Ag-27.5Cu-4.5Ti(wt.%) 시스템이 사용되며 액상 라인 온도는 850°C로 연속적인 TiN/TiSi 2O 반응 층을 형성할 수 있습니다.
고상 확산 용접 공정: 원자력 파이프라인의 전체 수명 주기를 위해 개발된 특수 공정으로, 세라믹과 금속을 고온에서 견고하게 연결할 수 있습니다.
레이저 클래딩 용접 혁신: 3kW 파이버 레이저를 사용하여 용융 풀의 깊이를 효과적으로 제어하고 용접 조인트의 기밀성과 고온 크리프 수명을 향상시킬 수 있는 국부 클래딩 용접을 달성합니다.
응용 분야
세라믹 플랜지는 뛰어난 특성으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
항공우주: 극한의 고온 및 저온을 견딜 수 있는 엔진 부품 및 열 보호 시스템과 같은 중요한 구조물 제조에 사용됩니다.
원자력 산업: 원자로에서 세라믹 플랜지는 시스템의 견고성과 안전성을 보장합니다.
화학 산업: 고온 원자로, 파이프라인 및 기타 주요 구성 요소에 사용되며 고온 부식에 견딜 수 있습니다.
세라믹 플랜지 는 높은 융점, 내산화성, 낮은 열팽창 계수, 우수한 열충격 저항성으로 인해 극한의 온도 환경에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 고온이든 저온이든 세라믹 플랜지는 안정적인 물리적, 화학적 특성을 유지하여 시스템 신뢰성과 안전성을 보장합니다.