ความสำคัญของวัสดุ - เหตุใด Sheath Alloy จึงสร้างหรือทำลายประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อนแบบไครโอเจนิก
ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยในอุตสาหกรรมทำความร้อนก็คือเครื่องทำความร้อนแบบตลับคือเครื่องทำความร้อนแบบตลับ อันหนึ่งดูเหมือนอีกอันหนึ่ง และหากกำลังไฟและแรงดันไฟฟ้าตรงกัน แอปพลิเคชันก็ควรจะใช้งานได้ ข้อสันนิษฐานนี้ล้มเหลวอย่างน่าทึ่งเมื่อสภาพแวดล้อมการทำงานเกี่ยวข้องกับไนโตรเจนเหลวหรือของเหลวแช่แข็งอื่นๆ ตัวเลือกวัสดุที่ป้อนเข้าไปในเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์ไม่เพียงแต่เป็นตัวกำหนดว่าจะใช้งานได้นานเท่าใด แต่ยังจะคงอยู่ต่อไปเมื่อเปิดเครื่องครั้งแรก-ด้วยหรือไม่
ฝักเป็นแนวป้องกันแนวแรก และจะต้องรับโทษหนักจากการลงโทษด้วยความร้อนในการให้บริการด้วยความเย็นจัด สแตนเลสมาตรฐาน 304 ซึ่งทำหน้าที่ในการทำความร้อนทางอุตสาหกรรมนับไม่ถ้วน กลายเป็นภาระต่ออุณหภูมิไนโตรเจนเหลว อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านแบบเหนียว-ถึง-ของสเตนเลส 304 จะอยู่สูงกว่าลบ 196 องศาเซลเซียส เมื่อเครื่องทำความร้อนที่มีปลอก 304 เริ่มต้นจากความเย็นแบบไครโอเจนิก อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจะทำให้เกิดความเครียดจากการขยายตัวเนื่องจากความร้อนซึ่งขณะนี้-วัสดุที่เปราะไม่สามารถรองรับได้ แบบฟอร์มรอยแตก ฝักล้มเหลว เครื่องทำความร้อนเสร็จแล้ว
โลหะผสมชนิดพิเศษสร้างความแตกต่าง Inconel 625 ซึ่งเป็นซูเปอร์อัลลอยด์นิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัม คงความเหนียวและความแข็งแรงจากอุณหภูมิความเย็นจัดจนถึง 980 องศาเซลเซียส ความแข็งแรงเมื่อยล้ายังคงดีเยี่ยมแม้ในอุณหภูมิไนโตรเจนเหลว ปริมาณนิกเกิลให้ความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ โครเมียมเพิ่มความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน และโมลิบดีนัมป้องกันการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ Inconel 625 เหมาะอย่างยิ่ง-สำหรับการใช้งานที่เครื่องทำความร้อนหมุนเวียนซ้ำๆ ระหว่างอุณหภูมิเยือกแข็งและอุณหภูมิที่สูงขึ้น
Inconel 600 เป็นโลหะผสมอีกชนิดหนึ่งที่มักระบุไว้สำหรับปลอกเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์แบบไครโอเจนิก มีความเหนียวและทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิต่ำ-คล้ายคลึงกัน แม้ว่าจะมีคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อยตลอดช่วงอุณหภูมิก็ตาม โดยทั่วไปตัวเลือกระหว่าง Inconel 600 และ 625 ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมทางเคมีเฉพาะและอุณหภูมิสูงสุดที่เครื่องทำความร้อนจะไปถึงระหว่างการทำงาน
วัสดุฉนวนภายในสมควรได้รับความสนใจเท่ากัน ผงแมกนีเซียมออกไซด์ที่ถูกอัดจนมีความหนาแน่นสูง ให้ความเป็นฉนวนไฟฟ้าและการนำความร้อนที่เครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์พึ่งพา แต่แมกนีเซียมออกไซด์ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นเท่ากันทั้งหมด สำหรับบริการแช่แข็ง ความบริสุทธิ์และความหนาแน่นของการบดอัดกลายเป็นปัจจัยสำคัญ เทคนิคการบดอัดความหนาแน่นสูง-ซึ่งมีความหนาแน่นเกิน 3.2 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างตลอดช่วงอุณหภูมิที่สูงมาก ความหนาแน่นของการบดอัดที่ต่ำกว่าจะทำให้เกิดช่องว่างที่สามารถกักเก็บความชื้น ซึ่งจะแข็งตัวและขยายตัวที่อุณหภูมิเยือกแข็ง ส่งผลให้ฉนวนจากภายในแตกร้าว
ประเภทของแมกนีเซียมออกไซด์ก็มีความสำคัญเช่นกัน เกรดต่างๆ ได้รับการกำหนดสูตรสำหรับช่วงอุณหภูมิที่แตกต่างกัน สูตรแมกนีเซียมออกไซด์-อุณหภูมิต่ำ -เกรดอุณหภูมิกลาง และ-สูตรอุณหภูมิสูงต่างก็มีที่มาที่ไป สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำซึ่งจะเห็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในวงกว้าง ฉนวนจะต้องรักษาความเป็นฉนวนและการนำความร้อนไว้ตลอดช่วงการทำงานทั้งหมด แมกนีเซียมออกไซด์มาตรฐานที่ทำงานอย่างสมบูรณ์แบบที่อุณหภูมิห้องอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงของผลึกเล็กน้อยที่อุณหภูมิแช่แข็งซึ่งทำให้คุณสมบัติเป็นฉนวนลดลง
เทคโนโลยีการปิดผนึกเป็นอีกด้านหนึ่งที่การเลือกใช้วัสดุมีความสำคัญเกินขนาด เครื่องทำความร้อนมาตรฐานที่มีการปิดผนึกอย่างง่ายช่วยให้ความชื้นซึมเข้าไปได้ทีละน้อย ซึ่งทำให้เกิดความล้มเหลวที่ไม่อาจคาดเดาได้ในการให้บริการด้วยความเย็นจัด การปิดผนึกสุญญากาศโดยใช้โครงสร้างแก้ว-ถึง-โลหะหรือเซรามิก รวมกับตัวรับความชื้นภายใน ช่วยรักษาสภาพแวดล้อมภายในที่แห้งซึ่งจำเป็นสำหรับความน่าเชื่อถือ ผู้ผลิตระดับพรีเมียมบางรายใช้การเชื่อมต่อระหว่างเซรามิก-กับ-โลหะหรือสารประกอบอีพ็อกซีเฉพาะทางที่จัดทำขึ้นโดยเฉพาะสำหรับงานไครโอเจนิก
ต้องเลือกลวดต้านทานโดยคำนึงถึงการดำเนินการด้วยความเย็นจัด แม้ว่านิกเกิล-โครเมียม 80/20 จะเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม แต่ความต้านทานจะลดลงอย่างมากที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งหมายความว่าฮีตเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้ามากขึ้นและผลิตพลังงานในการสตาร์ทขณะเย็น-มากกว่าที่อุณหภูมิห้อง ลวดต้องมีขนาดและพิกัดเพื่อรองรับการโอเวอร์โหลดชั่วคราวเหล่านี้โดยไม่เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือเสื่อมคุณภาพ การออกแบบพิเศษบางอย่างใช้โลหะผสมต้านทานที่แตกต่างกันซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่เสถียรมากกว่าตลอดช่วงการแช่แข็ง
จากการสังเกตการณ์ภาคสนามในภาคการผลิตยาและการบินและอวกาศ ความล้มเหลวในเครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์แบบไครโอเจนิกมักมีสาเหตุมาจากความเข้าใจผิดพื้นฐานเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุในสภาวะเย็นสุดขีด เครื่องทำความร้อนแบบตลับที่ทำงานอย่างสมบูรณ์แบบที่อุณหภูมิห้องอาจเกิดความเสียหายร้ายแรงได้ภายในไม่กี่วันที่อุณหภูมิลบ 180 องศา โดยจะมีรอยแตกของปลอกปรากฏขึ้นเกือบจะทันทีเมื่อมีการจ่ายไฟ วิธีแก้ไขคือการระบุวัสดุที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับช่วงอุณหภูมิเต็มรูปแบบที่เครื่องทำความร้อนจะสัมผัสได้ ไม่ใช่แค่อุณหภูมิในการทำงานที่คงที่-เท่านั้น ซึ่งหมายถึงการพิจารณาความเหนียวของโลหะผสมที่อุณหภูมิต่ำสุด ความเสถียรของฉนวนตลอดวงจรความร้อน ความสามารถของซีลในการแยกความชื้น และพฤติกรรมของลวดต้านทานภายใต้-สภาวะสตาร์ทเย็น
