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高性能碳化硅陶瓷热交换管

【技术开发单位】中国科学院上海硅酸盐研究所

  【技术简介】中国科学院上海硅酸盐研究所从1987年开始,在国内率先开展高性能碳化硅陶瓷的研究。在国家“十一五”“863”计划支持下,在国内率先开展新型碳化硅陶瓷热交换部件的研究开发;2009年成功研制出碳化硅陶瓷热交换管,主要性能达到国际先进水平。2010年成功研制出1500mm长碳化硅陶瓷热交换管,2012年开始建立3000mm长碳化硅陶瓷热交换管的中试生产线。
  碳化硅陶瓷在热交换领域的应用主要特点在于其高导热和全面的耐腐蚀性能。对于这种长管、薄壁结构来说,必须采用挤出成型和常压固相烧结工艺实现。
  对于B-C固相烧结体系来说,实现其在水基浆料中的分散是较为困难的。特别是纳米碳黑的水基分散是公认的技术瓶颈。上海硅酸盐研究所在碳化硅陶瓷领域的长期技术积累,解决了这个难点,将纳米碳黑进行表面改性,能够实现其在碳化硅浆料中的均匀分散。
  另一方面,高纯碳化硅陶瓷水基挤出成型的关键在于合理的粉体处理工艺。均匀分散、高流动粉体和高塑性泥料是关键。基于碳化硅陶瓷在航空、航天等领域的粉体处理核心技术,引入到水基挤出成型工艺中来,顺利实现了碳化硅陶瓷热交换管的挤出成型。
  最后,对于长管、薄壁碳化硅陶瓷热交换管的高温变形控制是至关重要的。上海硅酸盐研究所在各种碳化硅光学部件复杂形状的精密加工技术、可靠的低应力烧结保证了碳化硅热交换管的高温烧结。

  【技术特点】碳化硅陶瓷热交换管的生产技术特点在于国产化粉体改性处理、连续化水基挤出成型、自动化干燥和无变形高温烧结等整套装备和技术。该技术的优势在于生产连续化、自动化和高效率。
  国内目前尚无掌握高性能碳化硅陶瓷热交换管的研制厂家,特别是长度1500mm以上的制备技术没有取得突破。国际上仅有法国圣戈班公司具备碳化硅陶瓷热交换管的生产能力。
  从产品性能指标上看,上海硅酸盐所碳化硅陶瓷热交换管的主要性能指标与国际公司相当;从技术成熟度来说,法国圣戈班公司已实现碳化硅陶瓷热交换管的商业化生产,全套生产线已经完善。上海硅酸盐所尚处于中试放大研发阶段,但已经小批量研制出1500mm长度碳化硅陶瓷热交换管,正在进行3000mm长中试生产线的建设,并且建立了相关企业技术标准,完成了行业技术标准的起草工作;从产品价格上来说,国外产品无论在原材料还是人力成本上均处于劣势,国产碳化硅陶瓷热交换管在产品价格方面具有较明显的优势。

  【技术指标】

密度:³ 3.05 g/cm3;径向抗压强度:³ 400MPa;断裂韧性:³3.5 MPa×cm1/2

热导率:³ 120 W/m×K;热膨胀系数(室温~1200℃):4.05.0×10-6·K-1;外径尺寸:1540mm;长度:3000mm;壁厚:1.54.0mm;国产碳化硅陶瓷粉体:平均粒径d50£ 0.5 μm,纯度³ 99%,成本£ 200/公斤。

  【技术水平】国际先进

  【可应用领域和范围】电力、钢铁、冶金、化工、机械、纺织等工业领域热交换器及冷凝器核心部件,特别适用于耐高温、耐高压、耐强酸强碱腐蚀、耐高速气流冲刷、耐颗粒磨损等苛刻工况条件。

  【专利状态】已获得专利3项,申请专利4项。

  【技术状态】小批量生产阶段

  【合作方式】合作开发

  【投入需求】项目首期总投资1.6亿元人民币。

  【转化周期】2年

  【预期效益】目前对节能减排和环保的要求越来越高,高温、高压、强酸碱腐蚀环境下的热交换市场需求越来越迫切。碳化硅陶瓷换热器是一种新型高性能换热器,它综合利用了碳化硅陶瓷的高强度、耐高温、高导热和全面的耐酸碱腐蚀特性,一旦取得推广应用,其带来的经济效益和社会效益都将是巨大的。据相关统计预测到2015
年石墨换热器的潜在市场容量200 亿元以上,氟塑料和贵金属换热器分别在100
亿元左右。假如其中即使有20%的碳化硅陶瓷换热器取代,2015年碳化硅陶瓷换热器的市场容量达80 亿元以上。

  【联系方式】黄政仁 
021-52414901/13918091890