316 स्टेनलेस स्टील शीथ दीवार की मोटाई 20 से 400 डिग्री सेल्सियस तक बार-बार ताप चक्र के दौरान एमजीओ इंटरफ़ेस पर प्रेरित तनाव के थर्मल विस्तार को कैसे प्रभावित करती है?

316 स्टेनलेस स्टील शीथ और मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन के बीच का जंक्शन, चक्रीय उच्च तापमान उपयोग में संचालित विद्युत विसर्जन हीटरों की दीर्घकालिक स्थायित्व का मूल्यांकन करने वाले डिज़ाइन इंजीनियरों के लिए विफलता का एक महत्वपूर्ण लेकिन अक्सर उपेक्षित बिंदु है। 316 शीथ प्रत्येक ताप चक्र के साथ एमजीओ से अधिक फैलता है क्योंकि 316 (लगभग 17 x 10 -6 / डिग्री) के थर्मल विस्तार का गुणांक कॉम्पैक्ट एमजीओ (लगभग 9 x {{10 }} / डिग्री) के लगभग 2 गुना है। यह विभेदक विस्तार म्यान -एमजीओ इंटरफ़ेस पर कतरनी तनाव की ओर ले जाता है। हजारों चक्रों में ये दबाव डिबॉन्डिंग, गैप गठन और अंततः प्रतिरोध तार के अधिक गर्म होने को प्रेरित कर सकते हैं। ये इंटरफ़ेशियल तनाव सीधे म्यान की दीवार की मोटाई पर निर्भर करते हैं, क्योंकि मोटी दीवार पतली दीवार की तुलना में अलग तरीके से विस्तार को रोकती है। इस अध्ययन में, उच्च चक्र अनुप्रयोगों के लिए चयन सुझाव प्रदान करने के लिए 316 शीथ दीवार की मोटाई और थर्मल विस्तार के कारण इंटरफेसियल तनाव के बीच सहसंबंध को निर्धारित किया गया है।

शीथ-एमजीओ इंटरफ़ेस: विभेदक थर्मल विस्तार के यांत्रिकी
जब हीटर बनाया जाता है, तो एमजीओ इन्सुलेशन स्वैजिंग के तीव्र दबाव से 316 शीथ की आंतरिक सतह पर संकुचित हो जाता है। परिणाम इंटरफ़ेस पर अवशिष्ट संपीड़न तनाव के साथ एक तंग हस्तक्षेप फिट है। दोनों सामग्रियां हीटर से निकलने वाली गर्मी से फैलती हैं। 316 आवरण रेडियल और परिधि दिशाओं में बाहर की ओर विस्तार करने का प्रयास करता है। एमजीओ का विस्तार गुणांक कम है और वह इस विस्तार का प्रतिरोध करता है। इसके परिणामस्वरूप इंटरफेशियल कंप्रेसिव तनाव में कमी आती है, या पर्याप्त उच्च तापमान पर, तन्य तनाव और अंतराल विकास पर स्विच होता है। इंटरफेशियल पृथक्करण के लिए महत्वपूर्ण तापमान स्वैगिंग और म्यान की दीवार की कठोरता के कारण होने वाले प्रारंभिक अवशिष्ट तनाव पर निर्भर करता है। रेडियल कठोरता म्यान की दीवार की मोटाई के साथ बढ़ती है, जिसका अर्थ है कि यह अधिक मजबूती से विस्तार का विरोध करती है और अधिक तापमान पर इंटरफेसियल संपर्क बनाए रखती है। दूसरी ओर, एक पतली दीवार वाली म्यान अधिक अनुकूल होती है और कम तापमान पर अंतराल निर्माण की अनुमति दे सकती है। हालाँकि, जब एक गैप बनता है, तो पतली दीवार वाला लाइनर आंतरिक दबाव या थर्मल ग्रेडिएंट के तहत असमर्थित दीवार के विक्षेपण के कारण बड़े स्थानीय झुकने वाले तनाव का अनुभव करता है।

इंटरफ़ेशियल तनाव प्रतिधारण और दीवार की मोटाई का मात्रात्मक सहसंबंध
3.0 ग्राम/सेमी3 तक संपीड़ित एमजीओ से भरे 10 मिमी बाहरी व्यास 316 म्यान के परिमित तत्व अध्ययन से दीवार की मोटाई और तापमान के आधार पर इंटरफेशियल तनाव का मात्रात्मक अनुमान प्राप्त होता है। कमरे के तापमान में बदलाव के बाद इंटरफेशियल कंप्रेसिव तनाव 1.0 मिमी दीवार की मोटाई के लिए लगभग 30 एमपीए, 1.5 मिमी दीवार के लिए 45 एमपीए और 2.0 मिमी दीवार के लिए 60 एमपीए है। मोटा म्यान अधिक अवशिष्ट संपीड़न रखता है, क्योंकि स्वेजिंग प्रक्रिया म्यान के प्लास्टिक रूप से उत्पन्न होने से पहले एमजीओ पर बड़ा तनाव लागू करती है। अंतर विस्तार के कारण तापमान में वृद्धि के साथ इंटरफेसियल तनाव रैखिक रूप से कम हो जाता है। डिबॉन्डिंग तापमान, जब इंटरफेशियल तनाव शून्य होता है, 1.0 मिमी दीवार के लिए लगभग 280 डिग्री, 1.5 मिमी दीवार के लिए 340 डिग्री और 2.0 मिमी दीवार के लिए 380 डिग्री होता है। डिबॉन्डिंग के बाद, 1.0 मिमी म्यान ~ 5 एमपीए का इंटरफेशियल तन्य तनाव प्रदर्शित करता है, जबकि 2.0 मिमी म्यान 400 डिग्री अधिकतम तापमान हीटर के लिए पूरे चक्र के दौरान संपीड़न में रहता है। जब इंटरफ़ेस तन्य हो जाता है तो शीथ और एमजीओ के बीच का बंधन नष्ट हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप छोटे अंतराल होते हैं जो प्रतिरोध तार से म्यान तक थर्मल प्रतिरोध में योगदान करते हैं। गैप क्षेत्र में एमजीओ अब एक अच्छा थर्मल कंडक्टर नहीं है, और एक स्थानीय हॉट स्पॉट विकसित हो सकता है जो तार के ऑक्सीकरण को तेज कर सकता है।

इंटरफ़ेस की चक्रीय थकान और हीटर का क्षरण
चक्रीय सेवा में, इंटरफेशियल तनाव का संपीड़न से तन्य तक या संपीड़ित से डीबॉन्ड में बार-बार होने वाला परिवर्तन म्यान {{0} एमजीओ संपर्क में संचयी क्षति पैदा करता है। 20 डिग्री और 400 डिग्री के बीच काम करने वाली 1.0 मिमी दीवार शीथ के लिए, इंटरफ़ेस लगभग 300 डिग्री तापमान भिन्नता देखता है। प्रत्येक चक्र परिवेश के तापमान पर उच्च संपीड़न से 280 डिग्री पर शून्य तनाव से 400 डिग्री पर तनाव तक जाता है। तनाव का यह चक्रीय उलटाव इंटरफ़ेस पर झल्लाहट को बढ़ावा दे सकता है, जिससे एमजीओ पाउडर बन सकता है जो थर्मल संपर्क को और सीमित कर देता है। 1000 चक्रों के बाद, इंटरफ़ेस पर थर्मल प्रतिरोध 20-40% बढ़ सकता है, जिससे गर्मी उत्पादन को स्थिर रखने के लिए अधिक तार तापमान की आवश्यकता होती है। 2.0 मिमी दीवार शीथ के लिए, समान तापमान सीमा पर, इंटरफ़ेस सभी तापमानों पर संपीड़न में है। तनाव परिवेश के तापमान पर 60 एमपीए संपीड़न से लेकर 400 डिग्री पर लगभग 10 एमपीए संपीड़न तक होता है - हमेशा सकारात्मक संपर्क दबाव। कोई झल्लाहट या अंतराल पैदा नहीं. 20 डिग्री से 400 डिग्री तक 5,000 चक्रों के अधीन 316 शीथेड हीटरों के प्रायोगिक परीक्षण से पता चलता है कि 1.0 मिमी दीवार शीथ में थर्मल प्रतिरोध में 35% की वृद्धि और इन्सुलेशन प्रतिरोध में 15% की कमी है। 2.0 मिमी दीवार शीथ पर एक ही परीक्षण में किसी भी पैरामीटर में 5% से कम भिन्नता दिखाई दी।

उच्च चक्र, उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए दीवार की मोटाई की सिफारिशें
निम्नलिखित तालिका किसी दिए गए अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान और अनुमानित थर्मल चक्रों की संख्या के लिए अनुशंसित 316 शीथ दीवार की मोटाई देती है। पारंपरिक स्वैगिंग प्रक्रिया और कोई पोस्ट {{2}स्वेज एनीलिंग नहीं माना जाता है। मान एक लक्ष्य सेवा जीवन मानते हैं जिसमें कोई महत्वपूर्ण थर्मल प्रदर्शन हानि नहीं होती है।

सेवा जीवन के दौरान अपेक्षित अधिकतम शीथ तापमान थर्मल चक्र अनुशंसित न्यूनतम 316 दीवार की मोटाई अधिकतम तापमान पर इंटरफेसियल स्थिति अपेक्षित थर्मल प्रतिरोध चक्र के बाद बढ़ जाता है
250 डिग्री C0.8 - 1.0 मिमी तक किसी भी संख्या में संपीड़न रहता है <5% 250 - 300 डिग्री< 1,000 1.0 – 1.2 mm Close to zero or mildly tensile 5 – 10% 250 – 300°C 1,000 – 5,000 1.2 – 1.5 mm Compressive with margin< 5% < 300°C < 350°C < 500 1.2 – 1.4 mm Slightly tensile on peak 10 – 15%
300 - 350 डिग्री 500 - 2, 000 1.5 - 1.8 मिमी संपीड़ित रहता है <5% 350 - 400 डिग्री < 500 1.6 - 2.0 मिमी चरम 10 - 20% पर थोड़ा तन्यता
350 - 400 डिग्री 500 - 2, 000 2.0 - 2.5 मिमी संपीड़ित रहता है<5%
>400 डिग्री एमजीओ गैप गठन के साथ कोई भी संख्या अनुशंसित नहीं है, अप्रत्याशित होने की संभावना है
उच्च अधिकतम तापमान और बड़े चक्र गणना दोनों की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों जैसे कि स्टरलाइज़ेशन उपकरण या थर्मल साइक्लिंग ओवन के लिए 2.0 मिमी और मोटे 316 शीथ का चयन करने का अत्यधिक सुझाव दिया जाता है। हमें केवल मोटी दीवार में निहित ताप दंड को स्वीकार करना होगा जैसा कि पिछले लेखों में दीर्घकालिक इंटरफ़ेस अखंडता की कीमत के रूप में बताया गया है। वैकल्पिक रूप से, इंजीनियर एक पोस्ट {{4}स्वेज एनीलिंग प्रक्रिया निर्दिष्ट कर सकते हैं जो अवशिष्ट तनाव को कम करती है लेकिन प्रारंभिक इंटरफेशियल संपीड़न को भी कम करती है। इंटरफेशियल स्ट्रेस रिटेंशन 1.6 मिमी के एनील्ड म्यान और 1.2 मिमी के गैर-एनील्ड म्यान के लिए समान है। यह इस पर निर्भर करता है कि या तो एप्लिकेशन थर्मल दक्षता या चक्र स्थायित्व की ओर अधिक केंद्रित है।

पतली दीवारों वाले आवरणों में अंतरापृष्ठीय तनाव को कम करने के लिए डिज़ाइन दृष्टिकोण
उन अनुप्रयोगों के लिए जिनमें थर्मल रिस्पॉन्सिबिलिटी के कारणों से 1.2 मिमी से कम पतली दीवार वाली म्यान की आवश्यकता होती है, लेकिन उच्च तापमान पर थर्मल साइक्लिंग सहित, तीन डिज़ाइन समाधान हैं जिनका पालन इंटरफेशियल डिबॉन्डिंग को कम करने के लिए किया जा सकता है। सबसे पहले असेंबली के दौरान शीथ पर मजबूत थर्मल चालकता के साथ ग्रीस या पेस्ट की एक छोटी कोटिंग जोड़ना है। उदाहरण के लिए, बोरान नाइट्राइड से भरे सिलिकॉन ग्रीस तापमान चक्र के दौरान अनुपालन बनाए रखते हैं और थर्मल संपर्क बनाए रखते हुए उत्पन्न होने वाले किसी भी अंतराल को भरते हैं। दूसरी तकनीक चक्रों के बीच परिवेश को ठंडा करने के बजाय हीटर को न्यूनतम स्टैंडबाय तापमान पर चलाना है। 20C से 400C के बजाय 150C से 400C तक हीटर साइकिलिंग के लिए, इंटरफेशियल तनाव भिन्नता लगभग 50% कम हो जाती है। तीसरा दृष्टिकोण समान दीवार मोटाई के साथ एक छोटे बाहरी व्यास वाले म्यान को परिभाषित करना है। रेडियल कठोरता व्यास की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है। इस प्रकार, 1.0 मिमी दीवार वाले 6 मिमी ओडी शीथ में 1.0 मिमी दीवार वाले 10 मिमी ओडी शीथ की तुलना में अधिक रेडियल कठोरता होती है। थर्मल रिस्पॉन्सिबिलिटी के लिए पतली दीवार का लाभ पाने के लिए डिजाइनर व्यास को कम कर सकता है और फिर भी उच्च तापमान के लिए इंटरफेसियल संपर्क रख सकता है। जब पतली दीवारों को उच्च तापमान चक्रीय उपयोग के लिए निर्दिष्ट किया जाता है, तो इंजीनियरों को हीटर निर्माताओं से इंटरफेसियल तनाव गणना के लिए पूछना चाहिए। विश्लेषण स्वेज कटौती अनुपात, एमजीओ संघनन घनत्व और अनुमानित तापमान प्रोफ़ाइल का एक कार्य है। यदि आप किसी निर्माता से यह विश्लेषण नहीं प्राप्त कर सकते हैं, तो यह संदेहास्पद है कि वह चक्रीय अनुप्रयोगों की मांग के लिए एक विश्वसनीय हीटर का उत्पादन कर रहा है।