Ar gyfer Gwresogi Xenon Hylif yn Uniongyrchol (LXe, -100 gradd , 2 bar) mewn Synwyryddion Canfod Mater Tywyll, Sut Mae Modwlws Hyblyg Tymheredd Isel y Gwresogydd PFA (ASTM D790 ar -100 gradd) Yn Perthynas â Thrwch Wal (1.5mm o'i gymharu â Chylchrediad Brittle){6} Tymheredd?

Y Risg o Doriad Brau Cryogenig mewn Synwyryddion Mater Tywyll
Mae astudiaethau mater tywyll gan ddefnyddio synwyryddion xenon hylif (LXe) yn rhedeg ar -100 gradd a 2 bar. Ar gyfer cynnal a chadw, rhaid i wresogyddion PFA wrthsefyll beicio thermol i dymheredd ystafell. Mae'r modwlws hyblyg tymheredd isel yn pennu ymwrthedd crac wrth oeri a chynhesu. Mae PFA gyda modwlws hyblyg o dan 2000 MPa ar -100 gradd yn gwrthsefyll hollt brau; uwchlaw 2500 MPa, mae cracio yn digwydd, yn ôl data meintiol o bum labordy ffiseg digwyddiadau prin. Gall wal 1.5 mm wrthsefyll 500 o gylchredau gwres, tra bod wal 3.0 mm yn torri ar ôl 50 cylch oherwydd straen mewnol cynyddol.

Tymheredd Trawsnewid Brau a Modwlws Hyblyg
Rhwng -50 gradd a -100 gradd, mae PFA yn newid o fod yn hydwyth i frau. O dan y cyfnod pontio, mae modwlws hyblyg yn codi'n sydyn. Profi fesul ASTM D790 ar -100 gradd:

Modwlws Hyblyg Gradd PFA ar -100 gradd (MPa) Hydiad Tynnol ar -100 gradd (%) Gwrthiant Effaith yn y Modd Torasgwrn (Izod ar -100 gradd , J/m)
Safonol (45% crisialog) 2800 8 Brau 25
Pwysau moleciwlaidd uchel (48% crisialog) 2500 12 lled-brau 45
Crisialedd isel (40%, wedi'i ddiffodd) 1800 25 Hydwyth 85
Addasiad copolymer (crisialedd 35%) 1500 35 Hydwyth 120
1200 50 elastomer-wedi'i addasu (30% crisialog) Hynod hyblyg 180
Cyfrifo Straen Beicio Thermol
Mae straen crebachu thermol yn hafal i E × × ΔT tra'n oeri o 20 gradd i -100 gradd (ΔT=120 gradd). E ar -100 gradd=2800 MPa,=60 ppm/ gradd (gwerth tymheredd isel), a straen=2800 × 60e-6 × 120=20.2 MPa ar gyfer PFA nodweddiadol. Cryfder tynnol PFA ar -100 gradd yw 25 MPa, gan gynnig isafswm ymyl. Straen=13.0 MPa ar gyfer PFA isel-grisialog (E=1800 MPa), gan gynnig byffer diogelwch deublyg.

Crynodiad Straen a Thrwch Wal
Oherwydd bod gwahaniaeth tymheredd mwy rhwng waliau mwy trwchus, mae straen plygu yn cynyddu yn ystod beicio thermol. Ar gyfer oeri tiwb diamedr 50 mm rhwng 20 gradd a -100 gradd:

Trwch Waliau Plygu Straen ar Wal Fewnol (MPa) Graddiant Tymheredd Ar Draws Wal (ΔT) Cylchredau i Grac Cychwyn Cyfradd Lluosogi Crac (mm/cylch)
1.5mm 12 gradd 18 500 0.0005 2.0mm 16 gradd 24 200 0.002 2.5mm 20 gradd 30 80 0.008 3.0mm 24 gradd 36 40 0.015
Rhyngweithredu Hylif Cryogenig
Nid yw xenon hylif yn ymosod yn gemegol ar PFA na'i chwyddo, ond mae tensiwn ychwanegol yn cael ei gynhyrchu gan y diffyg cyfatebiaeth crebachiad thermol rhwng PFA a'r craidd metel (titaniwm neu inconel). Crygiad craidd metel: 13 ppm/ gradd × 120 gradd=0.16%. 60 ppm/℃× 120 gradd=0.72% yw'r crebachiad PFA. Mae straen cneifio rhyngwynebol yn cael ei gynhyrchu gan y gwahaniaeth o 0.56%. Ar gyfer waliau 1.5mm, cneifio rhyngwynebol yn 8 MPa; ar gyfer waliau 3.0mm, 12 MPa-yn rhagori ar gryfder rhyngwyneb cryogenig PFA (10 MPa) ar gyfer waliau trwchus.

Isel-Crystallinity PFA Manufacturing
Er mwyn cyflawni crisialu isel (30-40%) mae angen oeri cyflym (diffodd) o doddi. 45 – cyflawnir crisialu 50% gyda PFA safonol wedi'i oeri ar gyfradd o 10 gradd y funud. Wedi'i ddiffodd mewn dŵr ar 100 gradd /s yn cyflawni crisialu 35-40%. 30 – cyrhaeddir crisialu 35% pan gaiff ei ddiffodd mewn nitrogen hylifol, ond gall straen mewnol arwain at hynny. Defnyddiwch PFA wedi'i ddiffodd gyda chrisialedd DSC o lai na 40% ar gyfer synwyryddion LXe.

Canllawiau ar gyfer Manylebau Synhwyrydd Mater Tywyll
Nodwch-PFA crisialog isel (Llai na neu'n hafal i grisialu 40%, modwlws hyblyg<2000 MPa at -100°C) with a maximum wall thickness of 1.5 mm for liquid xenon at -100°C with thermal cycling to 20°C. ASTM D790 flexural modulus at -100°C and Izod impact strength >Rhaid i 80 J/m gael ei ardystio gan y cyflenwr. Ar gyfer synwyryddion sydd angen 1000+ cylchredau tymheredd drwy gydol oes, nodwch elastomer-PFA wedi'i addasu (30% crisialu) gyda waliau 1.5mm. Mae'r premiwm ar gyfer PFA crisialog isel (25-40% dros y safon) wedi'i gyfiawnhau trwy atal toriad brau mewn synwyryddion mater tywyll gwerth miliynau o ddoleri lle gallai methiant gwresogydd halogi 1000+ kg o xenon hylifol. Gallai PFA safonol gyda waliau 2.0mm fod yn addas ar gyfer cryostatau prawf gyda llai na 50 o gylchredau gwres. Darparwch y cyfrif cylch gwres angenrheidiol a manylebau cryfder effaith -100 gradd wrth ofyn am ddyfynbrisiau.