Керамика лучше

Учёные из института Betriebsforschyngsinstitut (BFI, Германия) разработали оригинальный керамический теплообменный аппарат, позволяющий сократить потери тепла при работе всевозможных промышленных печей (например, на стекольных и инструментальных заводах) с 40 до 25%. Теплообменник предназначается для подогрева поступающего в топку воздуха за счёт тепла отходящих газов. Этот подогрев можно усилить благодаря тому, что созданный из карбида кремния теплообменник работает при температурах свыше 1000 °C, в то время как металлические конструкции не способны выдерживать температуры выше 500-600 °C.

Керамика плохо поддаётся механической обработке, поэтому специалистам BFI нужно было создать технологию производства новых теплообменников. Эта технология включает три основных этапа. На первом этапе из древесноволокнистой плиты средней или высокой плотности с использованием древесного клея изготавливается макет теплообменника (на фото - WT 3.5). На втором этапе его нужно поместить в печь с контролируемым составом воздуха и температурой порядка 1000 °C, где пройдёт пиролиз (разложение без доступа кислорода) органических соединений. После этого температуру повышают до 2000 °C, чтобы оставшийся материал превратился в графит (WT 3.4). От деревянного макета в этот момент остаётся лишь графитовый каркас, который имеет уменьшенные габариты (по ширине и длине примерно на 23%, по высоте - на 44%) и втрое меньшую массу, чем исходный, а также чрезвычайно высокую пористость. Третий производственный этап включает заливку графитового каркаса расплавленным кремнием, который равномерно проникает в графит и взаимодействует с ним, образуя карбид кремния SiSiC. Масса структуры (WT 3.3) на этом этапе увеличивается в 4-4,5 раза.

Полученный керамический теплообменник отличается высокой твёрдостью, хорошей теплопроводностью и малым коэффициентом температурного расширения. Он способен работать при температурах вплоть до 1380 °C, передавая мощность порядка 300 кВт.