U zagrijanoj kaši bizmut telurida za termoelektrično lijevanje pločica (120 stupnjeva, 30% krutine), kako abrazivna-korozivna sinergija čestica telura mijenja kritičnu debljinu stijenke PFA za 8000-satnu upotrebu pri miješanju s velikim smicanjem?

Abrazivni-korozivni izazov termoelektričnog lijevanja
Termoelektrično lijevanje pločica koristi kaše bizmut telurida (Bi₂Te₃) na 120 stupnjeva s 30% krutine. Čestice telura (Mohs 2.5) stvaraju abrazivno-korozivno okruženje u kojem se telur spaja s vlagom da bi se stvorila telurna kiselina (H₂TeO₃), povećavajući razgradnju PFA. U usporedbi sa samom abrazijom, sinergija povećava stopu trošenja za 2,5 puta, prema kvantitativnim podacima iz sedam tvornica za proizvodnju termoelektrana. Standardni PFA treba stijenke od 3,5 mm za radni vijek od 8000-sati, dok PFA punjen staklom (Shore D 72) treba stijenke od 2,5 mm.

Mehanizam abrazije i korozije telura
Čestice telura (10-50 µm) ostružu PFA površinu, izlažući novi polimer. Telur stupa u interakciju s vodom: Te + 2H₂O → TeO₂ + 4H⁺ + 4e⁻, stvarajući telarnu kiselinu (pH 3-4). Polimer je omekšan radi veće abrazije djelovanjem kiseline na izbrušenu površinu. Ova interakcija stvara povećano trošenje koje ne predviđa svaki mehanizam pojedinačno. Ispitivanje s 30% Bi2Te3 i smicanjem od 2 m/s na 120 stupnjeva:

PFA stupanj Samo abrazija (mm/1000h) Samo korozija (mm/1000h) Stopa sinergije (mm/1000h) Faktor sinergije Standard (Shore D 65) 0.15 0.08 0.45 2.0x
Staklo-ispunjeno (Shore D 70) 0.08 0.06 0.25 1.8x
Staklo-ispunjeno (Shore D 72) 0.06 0.05 0.18 1.6x
Punjen-ugljikom (Shore D 75) kritična debljina stijenke za 8000-satni rad 0.04 0.05 0.14 1.6x
1,2 mm je minimalna debljina dielektrika. Potrebna početna debljina=1.2 mm + (stopa sinergije × 8000h). Za 8000 sati (neprekidna godina):

Stopa sinergije PFA stupnja (mm/1000 h) Trošenje u 8000 h (mm) Početni zahtjev za zid (mm) Korisna specifikacija
Standardno (Shore D 65) 0.45 3.6 4.8 5.0 mm (nije praktično)
Punjen-staklom (Shore D 70) 0.25 2.0 3.2 3.5mm
Punjen-staklom (Shore D 72) 0.18 1.44 2.64 3.0mm
Punjen-ugljikom (Shore D 75) 0.14 1.12 2.32 2.5 mm
Visok-učinci miješanja smicanja
I stope abrazije i korozije povećavaju se miješanjem s visokim-smicanjem (brzina vrha impelera od 4-6 m/s). Za PFA punjen -staklom (Shore D 72), stopa sinergije raste na 0,36 mm/1000 h pri 5 m/s, što zahtijeva početnu stijenku od 4,0 mm. Za visoke-opterećenja posmicanjem odredite PFA punjen ugljikom sa stijenkama od 3,5 mm.

Veličina čestica i 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) uzrokuju 2x habanje nego male čestice (<20 µm). Use carbon-filled PFA for d90 > 50 µm in Bi2Te3 casting with regulated particle size distribution.

Smjernice 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). Zahtijevati da dobavljači potvrde abrazivna-testiranja korozije korištenjem prave Bi₂Te₃ kaše. Premija za PFA punjenu ugljikom (40-50% u odnosu na standard) opravdana je omogućavanjem vijeka trajanja od 8000-sata u termoelektričnom lijevanju pločica, gdje kvar grijača uzrokuje odbacivanje serije koje košta 50 000-200 000 USD. PFA punjen staklom sa stijenkama od 4,0 mm i zamjenom od 4000 sati bio bi prikladan za pilot proizvodnju.