Kako abrazivna-jedka sinergija delcev telura spremeni kritično debelino stene PFA za 8000-urno delovanje pri mešanju z visokim strigom v segretih goščah bizmutovega telurida za termoelektrično ulivanje rezin (120 stopinj, 30 % trdnih snovi)?

Abrazivni-jedki izziv termoelektričnega litja
Termoelektrično ulivanje rezin uporablja gošče bizmutovega telurida (Bi₂Te₃) pri 120 stopinjah s 30 % trdne snovi. Delci telura (Mohs 2.5) ustvarjajo abrazivno-jedko okolje, kjer se telur združi z vlago, da nastane telurična kislina (H₂TeO₃), kar poveča razpad PFA. V primerjavi s samo abrazijo sinergija poveča stopnjo obrabe za 2,5-krat, glede na kvantitativne podatke iz sedmih termoelektrarn. Standardni PFA potrebuje stene debeline 3,5 mm za življenjsko dobo 8000-ur, medtem ko PFA, polnjen s steklom (Shore D 72), potrebuje stene debeline 2,5 mm.

Mehanizem abrazije in korozije telura
Delci telura (10-50 µm) odrgnejo površino PFA in razkrijejo nov polimer. Telur medsebojno deluje z vodo: Te + 2H₂O → TeO₂ + 4H⁺ + 4e⁻, pri čemer nastane zemeljska kislina (pH 3-4). Polimer se zmehča za večjo abrazijo z napadom kisline na odrgnjeno površino. Ta interakcija povzroči povečano obrabo, ki je ne predvideva vsak mehanizem sam. Testiranje s 30 % Bi2Te3 in strižno hitrostjo 2 m/s pri 120 stopinjah:

Stopnja PFA Samo obraba (mm/1000h) Samo korozija (mm/1000h) Stopnja sinergije (mm/1000h) Standard sinergijskega faktorja (Shore D 65) 0.15 0.08 0.45 2.0x
Steklo-polnjeno (Shore D 70) 0.08 0.06 0.25 1.8x
Steklo-polnjeno (Shore D 72) 0.06 0.05 0.18 1.6x
Kritična debelina stene,-polnjena s karbonom (Shore D 75) za 8000-urno uporabo 0.04 0.05 0.14 1.6x
1,2 mm je minimalna debelina dielektrika. Zahtevana začetna debelina=1.2 mm + (stopnja sinergije × 8000h). Za 8000 ur (neprekinjeno leto):

Stopnja sinergije stopnje PFA (mm/1000 h) Obraba v 8000 h (mm) Zahteva za začetno steno (mm) Uporabna specifikacija
Standardno (Shore D 65) 0.45 3.6 4.8 5.0 mm (ni praktično)
Polnjen s steklom (Shore D 70) 0.25 2.0 3.2 3.5 mm
Polnjen s steklom (Shore D 72) 0.18 1.44 2.64 3.0 mm
Polnjen z -karbonom (Shore D 75) 0.14 1.12 2.32 2.5 mm
Učinki-mešanja visokega striga
Tako stopnji abrazije kot korozije se povečata z visoko-strižnim mešanjem (hitrost konice rotorja 4-6 m/s). Pri PFA, polnjenem s steklom (Shore D 72), se stopnja sinergije poveča na 0,36 mm/1000 h pri 5 m/s, kar zahteva začetno steno 4,0 mm. Za visoko-strižno obremenitev določite PFA, polnjen z ogljikom, s stenami debeline 3,5 mm.

Velikost delcev in koncentracija telura
Wear is increased by higher tellurium concentrations. The synergy rate rises 40% at 40% solids and falls 30% at 20% solids. Particle size also matters: coarse particles (>100 µm) povzročijo 2x večjo obrabo kot majhni delci (<20 µm). Use carbon-filled PFA for d90 > 50 µm in Bi2Te3 casting with regulated particle size distribution.

Smernice za specifikacije
Specify carbon-filled PFA (Shore D 75) with a minimum wall thickness of 2.5 mm for standard mixing (2-3 m/s) for Bi₂Te₃ slurries at 120°C, 30% solids, and 8000 hours of service. Use 3.5mm walls for high-shear mixing (>4 m/s). Zahtevajte, da dobavitelji potrdijo abrazivno-jedko testiranje z uporabo prave brozge Bi₂Te₃. Premija za PFA, polnjen z ogljikom (40-50 % nad standardom), je upravičena z omogočanjem 8000-urne življenjske dobe pri litju termoelektričnih rezin, kjer okvara grelnika povzroči zavrnitev serije, ki stane 50.000–200.000 USD. PFA, polnjen s steklom, s 4,0 mm stenami in 4000-urno zamenjavo bi bil primeren za pilotno proizvodnjo.