Selección de materiales y procesamiento de válvulas de bola de muñón para tuberías de polisilicio
El silicio policristalino es una forma de silicio simple. Los átomos de silicio se disponen en una red de diamante para formar silicio policristalino. Los núcleos cristalinos forman granos en la misma dirección para formar silicio monocristalino; los núcleos cristalinos forman granos en direcciones diferentes para formar silicio policristalino. El silicio policristalino se utiliza como materia prima para fabricar silicio monocristalino. El silicio monocristalino convierte la energía fotónica en energía electrónica, por lo que es un material semiconductor y fotovoltaico con un excelente rendimiento.
En la actualidad, los principales procesos de producción de polisilicio incluyen el proceso Siemens modificado, el proceso de silano y el proceso de lecho vulcanizado, entre los cuales el proceso Siemens mejorado es el principal utilizado. El proceso Siemens mejorado se utiliza para explicar el entorno de trabajo de las tuberías de dispositivos de polisilicio. El flujo principal del proceso del método Siemens mejorado consiste en la reducción de cuarzo de alta pureza (SiO₂) más C a altas temperaturas para obtener un 98 % de silicio industrial. El silicio industrial se utiliza como materia prima y el ácido clorhídrico (HCl) reacciona en el lecho de sulfuro para generar triclorosilano (SiHCl₃) e hidrógeno (H₂), y posteriormente se utiliza triclorosilano hidrogenado (SiHCl₃) para reducir el silicio (Si). A partir de este análisis, se puede concluir que en los reactores y tuberías del proceso de producción de polisilicio, las válvulas están expuestas a duras condiciones de trabajo, como partículas, polvo, altas temperaturas, exposición al hidrógeno, corrosión y entornos inflamables y explosivos. Como componente de control esencial para tuberías, existen numerosas válvulas. Las válvulas de bola se utilizan ampliamente debido a sus ventajas inherentes de paso total y baja resistencia al flujo. Las válvulas de bola que se utilizan en equipos de proceso y tuberías de transporte de silicio policristalino son, en su mayoría, de metal resistente a altas temperaturas, con asiento metálico y resistentes al desgaste. .
En resumen, las condiciones de trabajo de los equipos y tuberías de polisilicio son especiales y los medios son complejos, incluyendo oxígeno, hidrógeno, cloruro, partículas de polvo de mezcla de triclorosilano de alta dureza y ácido clorhídrico altamente corrosivo. La selección adecuada del material del cuerpo principal y del sello de las válvulas de bola en tuberías de polisilicio, así como el tratamiento térmico y el tratamiento superficial de estos materiales, son fundamentales para garantizar el funcionamiento fiable y seguro de las válvulas de bola en tuberías de polisilicio.
Selección de materiales para válvulas de bola de muñón de tuberías de silicio policristalino
Materiales principales
El material principal de las válvulas de bola de muñón con asiento metálico resistente al desgaste y a altas temperaturas debe ser resistente al desgaste, a las altas temperaturas, a la oxidación y a la fragilización por hidrógeno, según las condiciones de trabajo de las tuberías de polisilicio. Según el diámetro y el rango de presión comúnmente utilizados, se suelen utilizar aceros al carbono como WCB o A105, aceros inoxidables austeníticos como ASTM A182 F304, F304L, F316 y F316L o ASTM A351 CF8, CF3, CF8M y CF3M. Para válvulas de bola de muñón utilizadas en tuberías con desgaste extremo y alta temperatura, o en la entrada y salida de reactores, teniendo en cuenta la vida útil y el coste de uso, la cavidad interior de acero al carbono WCB o A105 también puede revestirse integralmente con materiales resistentes al desgaste y a altas temperaturas con un espesor superior o igual a 3 mm para mejorar el rendimiento de la carcasa (Figura 1).
Figura 1. Cavidad interior de la soldadura de superficie.
Con el continuo desarrollo del tratamiento superficial de materiales, se pueden utilizar más tratamientos superficiales para la cavidad del cuerpo de la válvula, el canal de flujo y el orificio de la bola, como la pulverización supersónica (HVOF), la refusión de polvo a la llama, el revestimiento láser y otros procesos. La pulverización y el revestimiento de materiales de aleación resistentes al desgaste pueden mejorar la fuerza de adhesión, mejorar la resistencia a la erosión y el rendimiento anticorrosivo, ampliar la selección de materiales principales y reducir los costos de producción.
Tratamiento superficial de bolas y materiales de la superficie de sellado de los asientos de válvulas
La bola y el asiento de la válvula son componentes internos importantes de las válvulas de bola de muñón resistentes al desgaste y con asiento metálico de alta temperatura para tuberías de polisilicio. El material base debe ofrecer un mejor rendimiento que el cuerpo, la tapa y otros materiales de la carcasa de la válvula. La bola y el asiento de la válvula suelen estar hechos de acero al carbono o acero austenítico forjado integralmente. El tratamiento superficial de la bola y el asiento de la válvula se centra principalmente en evitar el desgaste y la abrasión de la superficie de sellado por polvo de silicio, así como en la corrosión de la superficie de sellado por medios corrosivos como el cloruro de hidrógeno. Por lo tanto, la superficie de la esfera se trata generalmente con pulverización supersónica de carburo de tungsteno (WC) y carburo de cromo (CrC), así como con refusión de polvo a la llama y revestimiento láser de aleaciones resistentes al desgaste. El espesor del revestimiento suele ser de 0,3 a 0,6 mm y la dureza es superior a 75 HRC, superando la dureza de las partículas de polvo de silicio. La resistencia de unión entre la aleación resistente al desgaste y la esfera es superior a 100 MPa, lo que mejora la resistencia al desgaste y la anticorrosión de la superficie de la esfera, igualando así el rendimiento de la esfera de polisilicio. La superficie de sellado del asiento de la válvula también se procesa mediante recubrimiento o pulverización de materiales de aleación para aumentar su dureza. Sin embargo, se debe prestar atención a mantener una cierta diferencia de dureza entre la superficie de sellado del asiento de la válvula y la superficie de la bola para evitar rayar el par de sellado y afectar la vida útil de la válvula de bola de muñón con asiento metálico y resistente al desgaste.
Otros asuntos que requieren atención
Las condiciones y los medios de trabajo de los dispositivos y tuberías de polisilicio son complejos. Si se utilizan en tuberías de gases inflamables y explosivos, como las de oxígeno e hidrógeno, las piezas de la válvula de bola deben cumplir estrictamente con la norma JB/T 10520-2005. El material debe estar desaceitado y desengrasado. Si la válvula de bola está fabricada con acero al carbono, excepto con aleación de cobre y acero inoxidable austenítico, se debe considerar el uso de un embalaje antioxidante después del desaceitado y desengrasado para evitar la oxidación durante el transporte y el almacenamiento.
En la actualidad, los principales procesos de producción de polisilicio incluyen el proceso Siemens modificado, el proceso de silano y el proceso de lecho vulcanizado, entre los cuales el proceso Siemens mejorado es el principal utilizado. El proceso Siemens mejorado se utiliza para explicar el entorno de trabajo de las tuberías de dispositivos de polisilicio. El flujo principal del proceso del método Siemens mejorado consiste en la reducción de cuarzo de alta pureza (SiO₂) más C a altas temperaturas para obtener un 98 % de silicio industrial. El silicio industrial se utiliza como materia prima y el ácido clorhídrico (HCl) reacciona en el lecho de sulfuro para generar triclorosilano (SiHCl₃) e hidrógeno (H₂), y posteriormente se utiliza triclorosilano hidrogenado (SiHCl₃) para reducir el silicio (Si). A partir de este análisis, se puede concluir que en los reactores y tuberías del proceso de producción de polisilicio, las válvulas están expuestas a duras condiciones de trabajo, como partículas, polvo, altas temperaturas, exposición al hidrógeno, corrosión y entornos inflamables y explosivos. Como componente de control esencial para tuberías, existen numerosas válvulas. Las válvulas de bola se utilizan ampliamente debido a sus ventajas inherentes de paso total y baja resistencia al flujo. Las válvulas de bola que se utilizan en equipos de proceso y tuberías de transporte de silicio policristalino son, en su mayoría, de metal resistente a altas temperaturas, con asiento metálico y resistentes al desgaste. .
En resumen, las condiciones de trabajo de los equipos y tuberías de polisilicio son especiales y los medios son complejos, incluyendo oxígeno, hidrógeno, cloruro, partículas de polvo de mezcla de triclorosilano de alta dureza y ácido clorhídrico altamente corrosivo. La selección adecuada del material del cuerpo principal y del sello de las válvulas de bola en tuberías de polisilicio, así como el tratamiento térmico y el tratamiento superficial de estos materiales, son fundamentales para garantizar el funcionamiento fiable y seguro de las válvulas de bola en tuberías de polisilicio.
Selección de materiales para válvulas de bola de muñón de tuberías de silicio policristalino
Materiales principales
El material principal de las válvulas de bola de muñón con asiento metálico resistente al desgaste y a altas temperaturas debe ser resistente al desgaste, a las altas temperaturas, a la oxidación y a la fragilización por hidrógeno, según las condiciones de trabajo de las tuberías de polisilicio. Según el diámetro y el rango de presión comúnmente utilizados, se suelen utilizar aceros al carbono como WCB o A105, aceros inoxidables austeníticos como ASTM A182 F304, F304L, F316 y F316L o ASTM A351 CF8, CF3, CF8M y CF3M. Para válvulas de bola de muñón utilizadas en tuberías con desgaste extremo y alta temperatura, o en la entrada y salida de reactores, teniendo en cuenta la vida útil y el coste de uso, la cavidad interior de acero al carbono WCB o A105 también puede revestirse integralmente con materiales resistentes al desgaste y a altas temperaturas con un espesor superior o igual a 3 mm para mejorar el rendimiento de la carcasa (Figura 1).
Figura 1. Cavidad interior de la soldadura de superficie.
Con el continuo desarrollo del tratamiento superficial de materiales, se pueden utilizar más tratamientos superficiales para la cavidad del cuerpo de la válvula, el canal de flujo y el orificio de la bola, como la pulverización supersónica (HVOF), la refusión de polvo a la llama, el revestimiento láser y otros procesos. La pulverización y el revestimiento de materiales de aleación resistentes al desgaste pueden mejorar la fuerza de adhesión, mejorar la resistencia a la erosión y el rendimiento anticorrosivo, ampliar la selección de materiales principales y reducir los costos de producción.
Tratamiento superficial de bolas y materiales de la superficie de sellado de los asientos de válvulas
La bola y el asiento de la válvula son componentes internos importantes de las válvulas de bola de muñón resistentes al desgaste y con asiento metálico de alta temperatura para tuberías de polisilicio. El material base debe ofrecer un mejor rendimiento que el cuerpo, la tapa y otros materiales de la carcasa de la válvula. La bola y el asiento de la válvula suelen estar hechos de acero al carbono o acero austenítico forjado integralmente. El tratamiento superficial de la bola y el asiento de la válvula se centra principalmente en evitar el desgaste y la abrasión de la superficie de sellado por polvo de silicio, así como en la corrosión de la superficie de sellado por medios corrosivos como el cloruro de hidrógeno. Por lo tanto, la superficie de la esfera se trata generalmente con pulverización supersónica de carburo de tungsteno (WC) y carburo de cromo (CrC), así como con refusión de polvo a la llama y revestimiento láser de aleaciones resistentes al desgaste. El espesor del revestimiento suele ser de 0,3 a 0,6 mm y la dureza es superior a 75 HRC, superando la dureza de las partículas de polvo de silicio. La resistencia de unión entre la aleación resistente al desgaste y la esfera es superior a 100 MPa, lo que mejora la resistencia al desgaste y la anticorrosión de la superficie de la esfera, igualando así el rendimiento de la esfera de polisilicio. La superficie de sellado del asiento de la válvula también se procesa mediante recubrimiento o pulverización de materiales de aleación para aumentar su dureza. Sin embargo, se debe prestar atención a mantener una cierta diferencia de dureza entre la superficie de sellado del asiento de la válvula y la superficie de la bola para evitar rayar el par de sellado y afectar la vida útil de la válvula de bola de muñón con asiento metálico y resistente al desgaste.
Otros asuntos que requieren atención
Las condiciones y los medios de trabajo de los dispositivos y tuberías de polisilicio son complejos. Si se utilizan en tuberías de gases inflamables y explosivos, como las de oxígeno e hidrógeno, las piezas de la válvula de bola deben cumplir estrictamente con la norma JB/T 10520-2005. El material debe estar desaceitado y desengrasado. Si la válvula de bola está fabricada con acero al carbono, excepto con aleación de cobre y acero inoxidable austenítico, se debe considerar el uso de un embalaje antioxidante después del desaceitado y desengrasado para evitar la oxidación durante el transporte y el almacenamiento.
