Kaip silicio karbido vamzdžio atsparumas korozijai lyginamas su PTFE vandenilio fluorido rūgštyje?

Vandenilio fluorido rūgštis yra universalus mineralų pasaulio tirpiklis, vienintelis, galintis atitinkamomis sąlygomis ištirpinti stiklą, keramiką ir net daugelį nerūdijančio plieno. Medžiagų pasirinkimas šilumokaičiams ar vamzdžių sistemoms, veikiamiems šios agresyvios cheminės medžiagos, dažnai yra greito pašalinimo, o ne optimizavimo procesas. Silicio karbidas, gera aukštos temperatūros keramika, paprastai šioje aplinkoje katastrofiškai sugenda. Tačiau PTFE yra chemiškai inertiškas ir yra akivaizdus pasirinkimas ir dominuojanti inžinerinė medžiaga.

SiC ir PTFE korozijai atsparioje vandenilio fluorido rūgštyje yra juodos ir baltos spalvos, o ne pilki atspalviai

Kodėl vandenilio fluorido rūgštis yra tokia pavojinga
HF unikalus reaktyvumas
Fluoro jonai labai reaguoja su silicio ir metalo -oksido struktūromis. Vandenilio fluorido rūgštis skiriasi nuo kitų mineralinių rūgščių. HF iš tikrųjų sutrikdo pagrindinius cheminius ryšius neorganinėse medžiagose, skirtingai nei paprasta paviršių korozija.

Tai leidžia HF:

Stiklo tirpinimas (silicio dioksido pagrindu pagaminti junginiai)

Daug keramikos užpuolė

Oksido sluoksniai ant korozuojančių metalų

Apsauginės paviršiaus dangos, prasiskverbiančios

Todėl medžiagų pasirinkimas HF paslaugai yra labai ribotas.

Silicio karbido veikimas fluoro rūgštyje
Cheminio skilimo procesas
Silicio karbidas (SiC) yra žinomas dėl savo kietumo, šilumos laidumo ir bendro cheminio atsparumo. Todėl jis buvo plačiai naudojamas aukštos temperatūros ir didelio susidėvėjimo srityse. Tačiau naudojant vandenilio fluorido rūgštį jo veikimas sugenda.

HF molekulė atakuoja silicio karbidą, sąveikaudama su silicio atomais keraminėje gardelėje, kad susidarytų lakus silicio tetrafluoridas (SiF4). Ši reakcija ir toliau ėda paviršių, todėl tirpimas tęsiasi.

Reakcija yra termodinamiškai palanki, ty vyksta spontaniškai įprastomis eksploatavimo sąlygomis. Tai veda prie:

Greita paviršiaus erozija

Fizinės struktūros praradimas

Laikui bėgant erozija greitėja

Apsauginė pasyvi plėvelė nesusidaro.

Jokia komercinė silicio karbido klasė neatlaikys HF.

Esant HF SiC yra aukų avinėlis, o PTFE yra nepajudinama tvirtovė.

PTFE atsparumas vandenilio fluorido rūgščiai
Visiškai fluorintas cheminis pagrindas
PTFE (politetrafluoretilenas) chemiškai labai skiriasi nuo silicio{0}}keramikos. Fluoro atomai apsaugo visą molekulinį pagrindą. Dėl to susidaro labai stiprūs anglies - fluoro ryšiai.

Šios obligacijos siūlo:

Didelė jungčių{0}}disociacijos energija

Galinga cheminė apsauga

Mažas paviršiaus reaktyvumas

Atsparumas nukleofiliniam puolimui

Taigi PTFE yra chemiškai inertiškas vandenilio fluorido rūgščiai visomis koncentracijomis ir įvairiomis veikimo sąlygomis.

Veikimo ribos PTFE paprastai vertinamas:

Didelis atsparumas HF visose koncentracijose

Stabilus iki ~110 laipsnių

Perfluoralkoksi (PFA) junginiai pagerina aptarnavimo galimybes reiklesnėms šiluminėms reikmėms:

PFA atsparumas HF: geras

Darbinė temperatūra: iki 260 laipsnių

Dėl to fluorpolimerai yra pirmaujanti HF apdorojimo sistemų medžiagų klasė.

Tiesioginis medžiagų palyginimas.
SiC vs PTFE HF sąlygomis
Skirtumas tarp silicio karbido ir PTFE vandenilio fluorido rūgštyje nėra menkas, jis yra absoliutus.

Savybės silicio karbido (SiC) PTFE
HF pasipriešinimas Greitai atakuojamas Visiškai atsparus
Cheminis stabilumas Nestabilus HFC Chemiškai neaktyvus
Reakcijos tipai SiF4 dujos Nėra
Paslaugos gyvybingumas NeperspektyvusVisiškai tinkamas
Temperatūros galimybė Aukšta (sausa aplinka) Vidutinė (PTFE), didesnė PFA
Silicio karbidas gana gerai veikia oksiduojančiose rūgštyse, išlydytose druskose ir aukštos temperatūros dujose, tačiau visiškai nesuderinamas su vandenilio fluorido rūgštimi.

Pramonės reikšmė šilumokaičių projektavimui puslaidininkinėse ir specialiose cheminėse sistemose
Vandenilio fluorido rūgštis dažnai naudojama:

Puslaidininkių valymas ir ėsdinimas

Stiklo ėsdinimas ir poliravimas

Fluorocheminių medžiagų gamyba

Metalo ėsdinimas: fluoro chemija

Šios sistemos žlunga ne palaipsniui, o chemiškai ir greitai, jei naudojamos netinkamos medžiagos.

Keraminių elementų pašalinimas
HF tiesiogiai sunaikins silicio{0}}keramiką, todėl tokios medžiagos kaip:

Silicio karbidas (SiC)

Kvarcas (SiO₂ pagrindu pagamintas stiklas)

Netiesioginis aliuminio oksido jautrumas per rišiklius ir teršalus tam tikromis aplinkybėmis

jiems praktiškai uždrausta veikti HF.

Tai palieka fluoropolimero pagrindu sukurtas sistemas kaip dizaino pasirinkimą.

PTFE ir PFA kaip atskaitos standartai
Medžiagos atrankos pramonei gairės
Jei šilumokaitis arba sudrėkinta dalis yra veikiami vandenilio fluorido rūgšties, pasirinkimas yra siauras ir aiškiai apibrėžtas:

PTFE, skirtas vidutinei temperatūrai

PFA aukštos temperatūros reikalavimams

Šios medžiagos turi nuoseklų nuspėjamą veikimą, be cheminio gedimo.

Patikimumo privalumas
Fluoropolimerinės sistemos suteikia:

Cheminis stabilumas ilgą laiką

Nerūdija HF

Numatoma gyvavimo ciklo elgsena

Mažesnis priežiūros dažnis

Sumažėjusi katastrofiškų gedimų rizika

Šis patikimumas yra svarbus didelio{0}}grynumo cheminėje aplinkoje.

Santrauka
Vandenilio fluorido rūgšties aptarnavimo medžiagų pasirinkimas apsiriboja retu ir absoliučiu dvejetainiu pasirinkimu. Silicio karbidas gana gerai veikia sunkiausiose situacijose, tačiau HF jį chemiškai sunaikina termodinamiškai palankiais procesais, kurių metu susidaro lakus silicio tetrafluoridas. PTFE yra fluorintas ir chemiškai{2}}ekranuotas molekuliniu mastu. Tokiomis sąlygomis PTFE yra visiškai inertiškas. Tai standartinis sprendimas, naudojamas visame pasaulyje.

Šios dvi medžiagos praktiškai nesutampa SiC ir PTFE korozijai atsparios vandenilio fluorido rūgšties. PTFE arba PFA yra vieninteliai nemetaliniai šilumokaičių ir sudrėkintų komponentų pasirinkimas HF sistemose.

Kai kurios cheminės problemos yra tokios ypatingos ir tokios agresyvios, kad jos ne tik turi įtakos pasirenkant medžiagą,{0}}jos ją apibrėžia.