അലുമിനാ ഇൻസുലേറ്റർ: പോർസലൈൻ പരാജയപ്പെട്ടയിടത്ത് അതിജീവിച്ച വസ്തു

ഒരു വലിയ സെറാമിക് ടൈൽ പ്ലാന്റിന്റെ വിപുലീകരണത്തിന്റെ ആദ്യനാളുകളിൽ, എഞ്ചിനീയറിംഗ് ടീം ആവർത്തിച്ചുവരുന്ന ഒരു പ്രശ്നം നേരിട്ടു. റോളർ കിലനുകൾക്കുള്ളിലെ ഹീറ്റിംഗ് എലമെന്റുകളെ താങ്ങിനിർത്തുന്ന ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഇൻസുലേറ്ററുകൾ ആശങ്കാജനകമായ നിരക്കിൽ തകരാറിലായിരുന്നു. യഥാർത്ഥ പോർസലൈൻ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ വിള്ളലുകൾ വരുത്തുകയോ പ്രതല ട്രാക്കിംഗ് ഉണ്ടാവുകയോ ചെയ്യുന്നതിന് മുൻപ് 8 മുതൽ 14 മാസം വരെ മാത്രമേ നിലനിൽക്കുമായിരുന്നുള്ളൂ, ഇത് വൈദ്യുത തകരാറുകൾക്ക് കാരണമാവുകയും അപ്രതീക്ഷിതമായി നിർത്തിവയ്ക്കാൻ നിർബന്ധിതരാക്കുകയും ചെയ്തു. ഓരോ തകരാറും ഉത്പാദന നഷ്ടത്തിനും വിലകൂടിയ അടിയന്തര പകരക്കാരെ നിയമിക്കുന്നതിനും കാരണമായി. കാര്യമായ മെച്ചമില്ലാതെ പലതരം പോർസലൈൻ ഗ്രേഡുകൾ പരീക്ഷിച്ചതിന് ശേഷം, അതേ ചൂളയുടെ ഭാഗങ്ങളിൽ 95 % അലുമിന ഇൻസുലേറ്ററുകൾ പരീക്ഷിക്കാൻ ഞങ്ങൾ തീരുമാനിച്ചു.

അലുമിന ഇൻസുലേറ്ററുകൾ സിന്റർ ചെയ്ത അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്, സാധാരണയായി 92 മുതൽ 99.5 ശതമാനം വരെ ശുദ്ധതയിലാണ് ഇത്. അലുമിനയുടെ അളവ് കൂടുന്തോറും, വൈദ്യുത ഇൻസുലേഷൻ, മെക്കാനിക്കൽ ബലം, ഉയർന്ന താപനിലയെ പ്രതിരോധിക്കാനുള്ള കഴിവ് എന്നിവയുടെ സംയോജനം മികച്ചതാകുന്നു. ഈ ഭാഗങ്ങൾ ഡ്രൈ പ്രസ്സിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ ഇസോസ്റ്റാറ്റിക് പ്രസ്സിംഗ് എന്നിവയിലൂടെ രൂപപ്പെടുത്തി, 1500 °C-ൽ കൂടുതൽ താപനിലയിൽ ചുട്ടെടുക്കുന്നു. ഇതിന്റെ സാന്ദ്രമായ സൂക്ഷ്മഘടന മികച്ച ഡൈഇലക്ട്രിക് ബലവും, മറ്റ് പല സെറാമിക്സുകളെയും നശിപ്പിക്കുന്ന താപചംക്രമണത്തെ (thermal cycling) താങ്ങാനുള്ള കഴിവും നൽകുന്നു.

സ്പെസിഫിക്കേഷൻ മാറ്റിയ ഫീൽഡ് താരതമ്യം

ഞങ്ങൾ ഒരേ ചൂളയുടെ അടുത്തടുത്തുള്ള മേഖലകളിൽ 95 എണ്ണം വീതമുള്ള, % അലുമിനയയും ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള പോർസലിനും കൊണ്ടുള്ള ഇൻസുലേറ്ററുകളുടെ ജോഡികൾ സ്ഥാപിച്ചു. രണ്ട് ജോഡികളും ഒരേ സാഹചര്യങ്ങളിലാണ് പ്രവർത്തിച്ചത്: പ്രവർത്തനമാരംഭിക്കുമ്പോഴും അവസാനിപ്പിക്കുമ്പോഴും ഇടയ്ക്കിടെയുള്ള താപചംക്രമണത്തോടൊപ്പം 1180–1220 °C താപനിലയിൽ തുടർച്ചയായ പ്രവർത്തനം. 24 മാസങ്ങൾക്ക് ശേഷം ഞങ്ങൾ താഴെ പറയുന്ന ഫലങ്ങൾ രേഖപ്പെടുത്തി:

• പോർസലൈൻ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ: 37 % പരാജയ നിരക്ക്. മിക്ക പരാജയങ്ങൾക്കും കാരണം തെർമൽ ഷോക്ക് ക്രാക്കിംഗോ ഫ്ലാഷ്ഓവറിലേക്ക് നയിച്ച സർഫേസ് ട്രാക്കിംഗോ ആയിരുന്നു. മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതിന് മുമ്പുള്ള ശരാശരി സേവന കാലാവധി 11 മാസമായിരുന്നു. ചില യൂണിറ്റുകളിൽ വെറും 6 മാസത്തിനുള്ളിൽ തന്നെ ഗ്ലേസിൽ ദൃശ്യമായ കേടുപാടുകളും ലീക്കേജ് കറന്റ് വർദ്ധിച്ചതായും കണ്ടു.
• 95 % അലുമിനാ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ: 4 % പരാജയ നിരക്ക്. ചുരുക്കം ചില പരാജയങ്ങൾ വസ്തുക്കളുടെ തേയ്മാനം മൂലമല്ലാതെ, അറ്റകുറ്റപ്പണികൾക്കിടയിലുണ്ടായ യാന്ത്രിക ആഘാതം മൂലമായിരുന്നു. ശരാശരി സേവന കാലാവധി 28 മാസത്തിൽ കൂടുതലായിരുന്നു, പരീക്ഷണം അവസാനിപ്പിച്ചപ്പോൾ പല യൂണിറ്റുകളും മികച്ച അവസ്ഥയിൽ തന്നെയായിരുന്നു. ലീക്കേജ് കറന്റ് സ്ഥിരമായി തുടർന്നു, ആവർത്തിച്ചുള്ള താപ ചക്രങ്ങൾക്ക് ശേഷവും പ്രതല ട്രാക്കിംഗ് ഒന്നും കണ്ടില്ല.

പ്രവർത്തനരഹിതമായ സമയത്തെ വ്യത്യാസം വളരെ വലുതായിരുന്നു. അലുമിനാ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ ഘടിപ്പിച്ച ചൂളയുടെ ഭാഗങ്ങൾക്ക് പരീക്ഷണ കാലയളവിൽ രണ്ട് തവണ മാത്രം ഇൻസുലേറ്റർ മാറ്റേണ്ടി വന്നപ്പോൾ, പോർസലൈൻ ഭാഗങ്ങൾക്ക് 14 തവണ മാറ്റിവയ്ക്കേണ്ടി വന്നു. ഉത്പാദന നഷ്ടം, പകരം ജോലി ചെയ്യുന്നവർക്കുള്ള വേതനം, സ്പെയർ പാർട്സ് എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള മൊത്തം ചെലവ് കണക്കാക്കിയപ്പോൾ, ആദ്യം വാങ്ങാനുള്ള വില കൂടുതലാണെങ്കിലും, ഓരോ പ്രവർത്തന മാസത്തിലെയും ചെലവിൽ അലുമിനാ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ 63 % കുറവ് രേഖപ്പെടുത്തി.

കഠിനമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ അലുമിനാ എന്തുകൊണ്ട് മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവയ്ക്കുന്നു

മിക്ക പോർസലൈനുകളേക്കാളും കുറഞ്ഞതും സ്ഥിരതയുള്ളതുമായ താപ വികാസ ഗുണാങ്കം അലുമിനയ്ക്കുണ്ട്, ഇത് വേഗത്തിൽ ചൂടാക്കുമ്പോഴും തണുപ്പിക്കുമ്പോഴും ഉണ്ടാകുന്ന ആന്തരിക സമ്മർദ്ദങ്ങളെ കുറയ്ക്കുന്നു. ഇതിന്റെ ഉയർന്ന താപ ചാലകത പ്രാദേശികമായി ഉണ്ടാകുന്ന ചൂടുള്ള ഭാഗങ്ങളിലെ (ഹോട്ട് സ്പോട്ടുകൾ) താപം വിസർജ്ജിക്കാനും സഹായിക്കുന്നു. വൈദ്യുതപരമായി, 95 % അലുമിനയ്ക്ക് സാധാരണയായി 15 kV/mm-ൽ കൂടുതൽ ഡൈഇലക്ട്രിക് ബലവും, മുറിവട്ടത്തിൽ 10¹⁴ Ω·cm-ൽ വളരെ കൂടുതൽ വോളിയം റെസിസ്റ്റിവിറ്റിയും ഉണ്ട്. പോർസലൈൻ നശിക്കാൻ തുടങ്ങുന്ന ഉയർന്ന താപനിലകളിൽ പോലും ഈ മൂല്യങ്ങൾ സ്ഥിരമായി നിലനിൽക്കുന്നു.

വ്യാവസായിക ഗ്യാസ് എഞ്ചിനുകൾക്കുള്ള സ്പാർക്ക് പ്ലഗ് ഇൻസുലേറ്ററുകളെക്കുറിച്ചുള്ള മറ്റൊരു പ്രോജക്റ്റിൽ, ഞങ്ങൾ 99 % അലുമിനയെ ഒരു പരമ്പരാഗത സ്റ്റിയറ്റൈറ്റ് ബോഡിയുമായി താരതമ്യം ചെയ്തു. 850 °C-നോടടുത്ത ഉയർന്ന താപനിലയിൽ 8,000 മണിക്കൂർ തുടർച്ചയായ പ്രവർത്തനത്തിന് ശേഷം, അലുമിനാ ഇൻസുലേറ്ററുകളിൽ ഇൻസുലേഷൻ റെസിസ്റ്റൻസിൽ അളക്കാവുന്ന തരത്തിലുള്ള കുറവ് ഒന്നും കണ്ടില്ല, എന്നാൽ സ്റ്റിയറ്റൈറ്റ് ഭാഗങ്ങളിൽ സൂക്ഷ്മ വിള്ളലുകൾ രൂപപ്പെടുകയും ലീക്കേജ് കറന്റിൽ 40 % വർദ്ധനവ് ഉണ്ടാകുകയും ചെയ്തു. അലുമിനാ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ ഘടിപ്പിച്ച എഞ്ചിനുകളിൽ മിസ്ഫയറുകൾ കുറവായിരുന്നു, കൂടാതെ അറ്റകുറ്റപ്പണികൾക്ക് കുറഞ്ഞ തവണ മാത്രം സമയം മതിയായിരുന്നു.

യഥാർത്ഥ സ്ഥാപനങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള പ്രായോഗിക പരിഗണനകൾ

എല്ലാ ഉപയോഗങ്ങൾക്കും ഏറ്റവും ഉയർന്ന ശുദ്ധി ആവശ്യമില്ല. ചൂളകളുടെയും ഫർണസുകളുടെയും പല ഉപയോഗങ്ങൾക്കും, 92–95 % അലുമിനാ പ്രകടനത്തിനും ചെലവിനും ഇടയിൽ ഏറ്റവും മികച്ച സന്തുലിതാവസ്ഥ നൽകുന്നു. 1300 °C-ന് മുകളിലോ അല്ലെങ്കിൽ ശക്തമായ റിഡ്യൂസിംഗ് അന്തരീക്ഷങ്ങളിലോ, 99 % അല്ലെങ്കിൽ 99.5 % അലുമിനാ ആവശ്യമായി വരുന്നു. അലുമിനയക്ക് പൊട്ടലുണ്ടാവാൻ സാധ്യതയുള്ളതിനാൽ, ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യുമ്പോൾ വളരെ ശ്രദ്ധയോടെ കൈകാര്യം ചെയ്യേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ് — ഒരു ഭാഗം താഴെ വീഴുകയോ മൗണ്ടിംഗ് ഹാർഡ്‌വെയറിൽ അസന്തുലിതമായ ടോർക്ക് പ്രയോഗിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നത്, ഉപയോഗത്തിലായിരിക്കുമ്പോൾ പിന്നീട് മാത്രം കാണുന്ന രഹസ്യ വിള്ളലുകൾക്ക് കാരണമാകും.

അനുഭവത്തിൽ നിന്ന്, ഇൻസുലേറ്റർ മെറ്റീരിയലിനൊപ്പം മുഴുവൻ സപ്പോർട്ട് സിസ്റ്റവും പുനഃപരിശോധിക്കുമ്പോഴാണ് ഏറ്റവും വലിയ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ ഉണ്ടാകുന്നത്. ശരിയായ അകലം പാലിക്കുന്നതും, പോയിന്റ് ലോഡുകൾ ഒഴിവാക്കുന്നതും, വഴങ്ങുന്ന ഗാസ്കറ്റുകളോ സ്പ്രിംഗുകളോ ഉപയോഗിക്കുന്നതും സേവന കാലാവധി കൂടുതൽ നീട്ടുന്നു. പ്രതലത്തിലെ മലിനീകരണത്തിനോ മെക്കാനിക്കൽ കേടുപാടുകൾക്കോ വേണ്ടിയുള്ള പതിവ് പരിശോധന പ്രധാനമാണ്, എന്നിരുന്നാലും ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ പോർസലൈനിനേക്കാൾ വളരെ കുറഞ്ഞ ശ്രദ്ധയേ ആൽയൂമിനയ്ക്ക് സാധാരണയായി ആവശ്യമുള്ളൂ.

വിപണിയിൽ ലഭ്യമായതിൽ വെച്ച് ഏറ്റവും വിലകുറഞ്ഞ ഒന്നല്ല അലുമിനാ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ, എന്നാൽ വിശ്വാസ്യത ഉത്പാദനക്ഷമതയെയോ സുരക്ഷയെയോ നേരിട്ട് ബാധിക്കുന്ന പ്രയോഗങ്ങളിൽ, അവ സ്ഥിരമായി ഉടമസ്ഥാവകാശത്തിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നു. പ്രാരംഭ വില മാത്രമല്ല, യഥാർത്ഥ സേവന കാലയളവും തകരാറുകളുടെ രീതികളും നിരീക്ഷിക്കുന്ന പ്ലാന്റുകളാണ് തങ്ങളുടെ ഏറ്റവും നിർണ്ണായകമായ വൈദ്യുത ഇൻസുലേഷൻ ആവശ്യങ്ങൾക്കായി ആൽയുമിനയെ ഒരു മാനദണ്ഡമായി സ്വീകരിക്കുന്നത്. ആവർത്തിച്ചുള്ള താപ ചാഞ്ചാട്ടങ്ങൾ, ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ്, ദീർഘമായ സേവന ഇടവേളകൾ എന്നിവ അടങ്ങുന്ന സാഹചര്യങ്ങളിൽ, അടുത്ത പരിപാലന തലവേദനയാകുന്നതിന് പകരം സിസ്റ്റങ്ങളെ പ്രവർത്തനക്ഷമമായി നിലനിർത്തുന്ന ഒരു പദാർത്ഥമാണെന്ന് ആൽയുമിന വീണ്ടും വീണ്ടും തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്.