中国粉体网讯  换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。按其材质可分为金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃换热器等。石墨、玻璃、聚四氟乙烯等换热器主要用在低温、中温的条件下。在高温条件，目前国内绝大多数还采用金属换热器。

然而，冶金、机械、化工等厂中的均热炉、锻造加热炉、玻璃熔窑等，一般出炉烟温度较高，若在烟道中直接安装各种普碳钢制的金属换热器，其使用寿命很短，如果采用耐热合金钢、稀有金属、制成的换热器则价格过于昂贵，投资巨大。另外，使用金属换热器时，不仅在高温条件下存在耐用性问题，使用时受到酸性或碱性气体腐蚀，且必须降低换热器的出口温度，这样大大影响了节能效果。综合比较，陶瓷换热器以耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、抗热震、低膨胀系数、机械强度高、使用寿命长的特性，可长期在浓硫酸、盐酸和碱性气、液体中使用，在工业生产中得到广泛应用。

陶瓷换热器对材料的要求

一般而言，无机非金属陶瓷换热器对材料的要求可总结为六点，分别是：

（1）抗热震性能要好；

（2）使用寿命要长，符合经济原则；

（3）耐高温性能强，使用温度必须要＞1280℃；

（4）蓄热率以及导热系数要高；

（5）机械强度理想，即便是在高温环境之后，依旧能够保持常态；

（6）耐化学腐蚀强，工业炉废烟当中含有大量的SO₂、CO₂等腐蚀性强的化学物质，用于制作陶瓷换热器的无机非金属材料要求不能与其发生粉尘固熔反应。

陶瓷换热器材料

碳化硅

碳化硅具有很高的导热系数，同时其化学性能稳定、热膨胀系数小、耐磨性能好，并具有优异的抗热震性。所以，碳化硅质材料是陶瓷换热器的首选材料。碳化硅在水蒸气、含氧气氛中存在高温氧化问题。含氧气氛中，碳化硅在800℃以上开始被氧化，可形成一层SiO₂保护膜，在温度高于1200℃时该保护膜即软化被冲蚀破坏，换热元件寿命迅速缩短。这也是一般碳化硅换热元件最高用到1200℃的原因。碳化硅与蒸汽自1000℃开始强烈反应，腐蚀生成的SiO₂与水蒸气发生挥发反应，生成气态的Si(OH)₄，不能形成保护膜。

因此在碳化硅换热器设计时候要注意以下问题：

（1）烟气含有较多的水蒸气和少量氧气，烟气侧温度不宜超过1200℃。

（2）空气中包含大量氧气和少量水蒸气，空气侧温度不宜超过1000℃，极限为1200℃。

（3）蒸汽环境中，蒸汽与碳化硅在高温下剧烈反应，存在爆炸风险，蒸汽温度不宜超过1000℃。

（4）煤气中含有H₂、CO、H₂O，煤气温度不宜超过1000℃。水蒸气与碳化硅反应形成SiO₂，而H₂具有还原性，在高温下H₂与SiO₂快速发生反应，使SiO₂还原，造成换热元件表面出现裂纹、松弛等。

莫来石

莫来石属于斜方晶系，排列顺序呈双链状，六配位铝离子，具有化学稳定性强、抗热震性优、耐火度好等特点，在化学、国防、玻璃等行业得到了广泛的应用。而在陶瓷行业，莫来石则主要是用于制作窑炉顶柱或是垫板，这是因为莫来石具有很好的耐火度与抗热震性，在高温之下其衰减度不明显，即便经历剧烈的氧化，其化学性能依旧稳定，因此莫来石是一种非常理想的应用于制备无机非金属陶瓷换热器的重要无机材料。莫来石又分为纯莫来石与杂莫来石两种，前者性能优于后者，膨胀系数更低，约为5.3-5.5×10^-5/℃，发展前景良好。

堇青石

堇青石的耐火度较莫来石略差，化学稳定性与抗热震性则同样优异，同时堇青石更为经济实惠。堇青石的合成范围具有明显的局限性，耐腐蚀性并不理想，尤其是面对SO2等腐蚀性强的气体，堇青石材料容易发生挥发或者是熔融的问题，导致气流阻塞。常规状态下的堇青石多呈无色透明状，小部分为浅蓝色或是浅黄色半透明状，属于六方晶系，氧离子堆积的密度不高，同时连接镁氧八面体以及铝氧四面体，化学性能稳定性强。整体而言，堇青石无机材料的合成范围有限，抗折性能不理想，且呈多孔结构，不建议应用在抗热震性要求高的陶瓷换热器产品当中。

陶瓷换热器的制备方法

以使用环境的温度为标准，无机非金属陶瓷换热器材料可以分为非氧化物材料以及氧化物材料两种，不同的材料，其制备方法也有所不同。非氧化物材料采用的主要是反应烧结法，而氧化物材料采用的则是常压烧结法，两种方法的具体分析如下：

（1）反应烧结法。所谓的反应烧结法主要是将两种或是两种以上的粉末以固定的比例调匀，塑造成型，继而发生化学反应，在此过程当中，其内部至少有两种成分相互发生化学反应，主要是应用于碳化硅等非氧化物材料当中。通过反应烧结法而得出的制品，其烧结质量非常好，外形与尺寸几乎不发生任何的改变，在静止冷却的过程当中也不会出现收缩的不良反应，烧结所需的时间较短，并且烧结耗费少，符合经济原则，对于形状复杂的制品烧制方面也能取得良好的效果。然而，该方法也存在相应的局限性，例如允许加入的添加剂剂量非常少，影响机械强度等问题。

（2）常压烧结法。常压烧结法是当前我国最为常用的烧结方法，其主要的特点就是不对材料进行加压作用。令其于大气压力之下烧结，操作方法更为简便易行。该方法的应用对象主要是氧化物材料，如莫来石等，首先将材料进行细磨调匀，随后在其中添加一定剂量的添加剂，塑造成型之后放置于炉中进行烧结，烧结完毕之后将制品取出其自行冷却。常压烧结法与上述的反应烧结法相比较，烧结时间较长，因此烧结成本也更高，但是所得的制品由于添加了合适剂量的添加剂以及粘土，机械强度更为理想。

参考来源：

[1]戴晓云等.浅析无机非金属陶瓷换热器材料的制备及应用

[2]宋德升等.碳化硅高温换热器的研制及应用

[3]栗海峰.新型无机非金属陶瓷换热器材料的制备与应用

（中国粉体网编辑整理/山川）

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除