Trend razvoja napredne kompozitne visokotemperaturne toplinske opreme

Takozvani kompozitni materijal odnosi se na višefazni novi materijalni sustav pripremljen od dvije ili više komponentnih materijala korištenjem određene procesne tehnologije, a njegova sveobuhvatna izvedba bolja je od odgovarajućih komponentnih materijala. Napredni kompozitni materijal odnosi se na kompozitni materijal koji se sastoji od visokoučinkovitih ojačanja kao što su karbonska vlakna, aramong i drugi visokoučinkoviti polimeri otporni na toplinu, uključujući metalnu bazu, keramičku bazu i ugljičnu (grafitnu) bazu i funkcionalni kompozitni materijal. Svaki sastavni materijal kompozitnog materijala igra sinergističku ulogu u izvedbi. U usporedbi s tradicionalnim materijalima, ima visoku specifičnu čvrstoću, malu težinu, visok specifični modul i dobru otpornost na zamor. I dobre performanse prigušivanja vibracija i mnoge druge prednosti, široko se koriste u nacionalnoj obrambenoj industriji, zrakoplovnoj industriji, proizvodnji automobila i drugim područjima.

S razvojem polja visoke tehnologije, posebno s razvojem naprednih tehnologija zrakoplovne i svemirske opreme kao što su ultra-brzi projektili, velika lansirna vozila, svemirske kapsule, nadzvučni lovci i nova generacija velikih zrakoplova, te s poboljšanjem ljudskih Svijest o očuvanju resursa i zaštiti okoliša, zahtjevi za naprednim kompozitnim materijalima postupno rastu. Stoga je visokotemperaturna toplinska oprema naprednih kompozitnih materijala sve zahtjevnija. Kao takozvana "generacija materijala, generacija opreme", povijest razvoja naprednih kompozitnih materijala pokazuje da pojava generacije novih materijala podržava istraživanje i razvoj generacije nove opreme, a razvoj generacije nove opreme dovodi do primjene generacije novih materijala.

Proces pripreme naprednih kompozitnih materijala otpornih na visoke temperature također se stalno uvodi, ali bez obzira na vrstu procesa pripreme, mora se koristiti toplinska oprema. U procesu pripreme karbonskih vlakana, kompozitnih materijala ugljik/ugljik i većine kompozitnih materijala s keramičkom matricom, postoji proces anorganskih ili keramičkih sirovina, a ovaj proces mora biti dovršen posebnom toplinskom opremom kako bi se izbjegla oksidacija neoksidnih komponenti kao što su ugljična vlakna, ugljična matrica, organske sirovine na visokim temperaturama. Za kompozite s metalnom matricom, postupci toplinske obrade kao što su vakuumsko žarenje, kaljenje i pougljičenje često su potrebni u procesu pripreme, a ti procesi također zahtijevaju posebnu toplinsku opremu za dovršetak. Samo je struktura, princip i funkcija toplinske opreme koja se koristi u različitim procesima različita. Na primjer, Muffle peć koja se koristi za pečenje SiO2f/SiO2 kompozitnih materijala i komponenti pripremljenih Sol-gel postupkom je relativno jednostavna u strukturi, principu i funkciji; Na primjer, CVI peć koja se koristi u pripremi Cf/SiC kompozitnih materijala i komponenti postupkom CVI ima mnogo složeniju strukturu, princip i funkciju. Međutim, bez obzira je li ta toplinska oprema jednostavna ili ne, njihova razina izvedbe često određuje razinu učinkovitosti pripremljenih materijala i komponenti, što je takozvana "generacija opreme, generacija materijala".

Kako bi se podržao razvoj tehnologije opreme u naprednom zrakoplovstvu i drugim područjima, u isto vrijeme, kako bi se pomoglo uštedi resursa i zaštiti okoliša, performanse naprednih kompozitnih materijala nastavljaju se probijati, odgovarajući proces pripreme kontinuirano se poboljšava , što je također dovelo do napretka napredne tehnologije kompozitne toplinske opreme i prema velikom, integriranom, automatiziranom, inteligentnom i zelenom smjeru.

Kontinuiranim razvojem zrakoplovne industrije i sve većom potražnjom za malom težinom, pouzdanošću i udobnošću, očekuje se spajanje više komponenti u cjelinu i smanjenje broja komponenti, čime veličina zrakoplovnih komponenti postaje sve veća i veća, a toplinska oprema velikih razmjera postaje sve potrebnija. Na primjer, veličina izgleda napredne kompozitne komponente zrakoplovnog vozila je čak 3000*3000*4000 mm, a odgovarajuća veličina kućišta toplinske opreme je čak 6000*6000*10000 mm.

Veličina komponenti tradicionalne toplinske opreme za proizvodnju je ograničena, a komponenta se oslanja na spajanje, njena stabilnost je loša i ne može biti bolja masovna proizvodnja. Toplinska oprema velikih razmjera može proizvesti velike komponente, što pruža mogućnost zadovoljenja potreba zrakoplovne industrije. U isto vrijeme, nakon velike toplinske opreme, više komponenti se može proizvesti u jednoj proizvodnji, što može poboljšati učinkovitost proizvodnje i smanjiti troškove.

U procesu velikih istraživanja i razvoja toplinske opreme, optimizacija temperaturnog polja opreme i polja protoka putem simulacije važan je razvojni trend, a također je važno tehničko sredstvo za prilagodbu i optimizaciju koeficijenta toplinskog širenja povezane opreme komponente, rješavaju problem povećanja apsolutnog iznosa toplinske ekspanzije i kvara ekspanzije grijaćih elemenata na visokim temperaturama.

Drugi trend u razvoju toplinske opreme je integracija, odnosno integracija toplinske opreme različitih procesa srodnih materijala u jednu/set opreme. Integracija može smanjiti proces grijanja i hlađenja svakog procesa, smanjiti potrošnju energije, poboljšati učinkovitost proizvodnje, pa čak i ostvariti transformaciju s povremene proizvodnje na kontinuiranu proizvodnju i poboljšati učinak proizvoda. Na primjer, priprema karbonskih vlakana općenito uključuje predoksidaciju, karbonizaciju na niskoj temperaturi, karbonizaciju na visokoj temperaturi, grafitizaciju i druge procese toplinske obrade. U tradicionalnom procesu, toplinska oprema ovih procesa je neovisna jedna o drugoj, tako da je cijeli proces isprekidan, očito, svaki proces ima proces grijanja i hlađenja, a postoji i proces prijenosa između procesa. Ako se toplinska oprema ovih procesa organski kombinira i integrira u jednu/skup toplinske opreme kako bi se formirala oprema za kontinuiranu proizvodnju, to ne samo da poboljšava učinkovitost proizvodnje, već i uvelike štedi toplinsku energiju koju troši i gubi izvorna toplinska oprema svakog procesa zbog zagrijavanja i hlađenja. I ne samo to, integrirana kontinuirana proizvodnja, već i učinkovito eliminira negativan učinak zraka tijekom procesa prijenosa između tradicionalnih procesnih procesa na kvalitetu vlakana, poboljšava kvalitetu vlakana.

Funkcija proizvoda je podijeljena na module, svaki modul je dizajniran zasebno, te je poboljšana univerzalnost modula, ali je veza između modula jednostavna i učinkovita. Time se smanjuje ciklus dizajna proizvoda, poboljšava učinkovitost razvoja proizvoda i poboljšava učinkovitost remonta i održavanja tijekom korištenja opreme, smanjujući korisnikove troškove remonta i održavanja. Poteškoća integriranog razvoja toplinske opreme je u tome što svaki proces ne utječe jedan na drugi. Nereagirane sirovine ili nepotpuni proizvodi prethodnog procesa ne mogu utjecati na proces sljedećeg procesa ili se proizvodi procesa ne mogu vratiti u prethodni proces. U isto vrijeme, ako su različite atmosfere zaštićene između svakog procesa, miješanje i drugi učinci ne mogu se proizvesti između različitih atmosfera.

Toplinska oprema usvaja sustav automatskog upravljanja, u procesu proizvodnje, temperaturu, atmosferu, tlak i druge parametre automatski kontrolira oprema, smanjujući ručno upravljanje i odstupanja ili neispravne radnje izazvane čovjekom, poboljšavajući točnost proizvodnog procesa. Osim toga, u usporedbi s ručnim transportom materijala s tradicionalnom toplinskom opremom, automatsko vaganje materijala, hranjenje, pražnjenje i automatski transport materijala između svakog procesa smanjuju utjecaj ljudskih čimbenika na kvalitetu proizvoda i poboljšavaju stabilnost kvalitete. U isto vrijeme, smanjenje ručnog rada vodi smanjenju sigurnosnih opasnosti u proizvodnji. Osim toga, s razvojem industrije novih materijala i primjenom raznih novih procesa, zahtjevi za operatere postaju sve veći i veći. Poboljšanje automatizacije opreme i pojednostavljenje rada opreme može smanjiti tehničke zahtjeve, zahtjeve upravljanja i cikluse obuke za osoblje u proizvodnom procesu, te smanjiti troškove rada.

Na temelju automatizacije potrebno je dalje razvijati u smjeru inteligencije. Inteligentna tehnologija toplinske opreme trebala bi uključivati: samosvijest (napredna senzorska tehnologija, Internet stvari), inteligentnu analizu i donošenje odluka (računalstvo u oblaku, inteligentno upravljanje), samoučenje i samoprilagodbu (predviđanje velikih podataka, dijagnoza i optimizacija).

Za inteligentnu toplinsku opremu, prije svega, ona mora imati funkciju samoosjećanja, to jest, kroz naprednu tehnologiju osjeta, online točnu detekciju u stvarnom vremenu različitih relevantnih parametara u samoj opremi i napredni proces pripreme kompozitnog materijala, pa čak i uključivanje relevantna svojstva pripremljenih materijala i komponenti. Inspekcija percipiranih podataka prenosi se u inteligentni procesor podataka opreme ili centar za obradu podataka proizvođača opreme. Zatim inteligentni procesor podataka ili centar za obradu podataka proizvođača opreme analizira te podatke putem računalstva u oblaku i automatski izdaje upute za prilagodbu relevantnim agencijama za opremu prema relevantnim rezultatima analize, a relevantne agencije postižu prilagodbu parametara prema uputama. Konačno, inteligentna oprema treba imati sposobnost samoučenja i prilagodbe, to jest, inteligentna toplinska oprema može se temeljiti na početnim i konačnim parametrima performansi materijala ili komponenti koje treba obraditi, može se temeljiti na predviđanju velikih podataka, dijagnozi i optimizaciji, automatski dati razumnu opremu i procesne parametre, toplinsku obradu materijala i komponenti.

Osim toga, inteligencija toplinske opreme također treba uključivati ​​informacije o opremi. Odnosno, potrebno je digitalizirati, pa čak i vizualizirati informacije o opremi, povezati opremu s mrežom, uspostaviti Internet stvari i pohraniti prikupljene podatke u podatkovni centar opreme kako bi se poboljšala inteligentna analiza i donošenje odluka te samo- sposobnost učenja i prilagodbe te razina inteligentne toplinske opreme.

Sveobuhvatni razvoj toplinske opreme ne bi trebao samo obratiti pozornost na performanse opreme i pridonijeti poboljšanju performansi i proizvodne učinkovitosti materijala i komponenti, već i maksimizirati praksu "visoke učinkovitosti, niske potrošnje energije, niske emisije, nulte emisija" koncept proizvodnje zelenih proizvoda u skladu s trenutnim razvojnim trendom snažnog zagovaranja industrijske proizvodnje i nastoje optimizirati i poboljšati dizajn opreme i proces proizvodnje. Udovoljavajući zahtjevima procesa pripreme materijala i komponenti, potrebno je što je više moguće poboljšati učinkovitost iskorištenja energije i smanjiti štetu i onečišćenje ljudskog tijela i okoliša uzrokovano otpadnim plinovima koji nastaju tijekom procesa pripreme materijala.

Na primjer, u procesu projektiranja i proizvodnje toplinske opreme, Hunan Dingli Technology Co., Ltd. optimizirao je strukturu peći, oblik grijaćeg elementa i distribuciju pomoću računalno potpomognutog dizajna i simulacije, što je poboljšalo uštedu energije i izjednačavanje temperature oprema. U isto vrijeme, kroz proračun i projektiranje prijenosa topline, usvojena je nova toplinsko-izolacijska struktura obloge kako bi se smanjila disipacija topline i skladištenje topline obloge, poboljšala ujednačenost temperature peći i smanjila površinska temperatura vanjsku stijenku plašta peći opreme za 20 ℃. Osim toga, upotrebom premaza infracrvenim zračenjem i drugih novih materijala za uštedu energije, a istodobno upotrebom lagane opeke, vatrostalnih vlakana, kompozitnih obloga, smanjuje se toplinsko zračenje vanjske stijenke ljuske peći, smanjuje toplina gubitak, skratiti vrijeme zagrijavanja. Materijal obloge izrađen je od lagane vatrostalne i termoizolacijske ploče od keramičkih vlakana. U usporedbi s tradicionalnom oblogom od cijele opeke, gubitak topline i gubitak topline u pohranjivanju uvelike su smanjeni. Proizvodi od vlakana su male težine i malog specifičnog toplinskog kapaciteta, što može smanjiti debljinu izolacijskog sloja za oko 1/3, tako da se ukupna težina smanjuje za oko 30%. Osim toga, obloga peći opreme usvaja cijelu strukturu vlakana, materijal se neće pojaviti u procesu toplinske obrade fenomena fluktuacije temperature peći, štedi energiju oko 30% od tradicionalne strukture peći, optimizira tehnologiju obrade otpadnog plina, poboljšati toplinsku učinkovitost, smanjiti emisiju ispušnih plinova. Konačno, prema sastavu otpadnog plina proizvedenog u procesu, dizajniran je odgovarajući uređaj za obradu otpadnog plina, a štetne tvari sadržane u njemu se redom tretiraju kako bi se ostvarila bezopasna emisija otpadnog plina.

"Ako želite obaviti dobar posao, prvo morate naoštriti svoje alate", razvoj tehnologije proizvodnje opreme postao je ključni čimbenik u promicanju i transformaciji kineske industrije novih materijala. Ubrzavanje razvoja napredne tehnologije proizvodnje toplinske opreme koja se odnosi na kompozitne materijale od velike je važnosti za promicanje tehnološkog napretka industrije kompozitnih materijala i realizaciju transformacije iz "Made in China" u "created in China".