陶瓷密封技术在太阳能应用中的发展前景浅析

广东汉特科技有限公司/毋刚

　　摘要:陶瓷密封技术凭借其优良的密封性、长寿命和低成本等优势大量运用在军事、民生等各个领域中，本文介绍了如何借助新材料、新工艺将陶瓷密封技术应用于太阳能热水系统中，及该技术未来的发展前景。

　　0引言

　　长期以来，各种介质管道都依靠功能各异的阀门作为开关。从闸阀到球阀，再到气动阀门、电动阀门，从工业领域到民用领域，使用范围广泛。

　　但在长时间使用中其密封性的优劣却是厂家无法回避的。究其原因，主要还是阀门的密封件在应对环境及各种介质中老化所造成，这一点在太阳能高温热水系统中尤其突出，也是太阳能行业产品升级中迈不过去的一道槛。

　　1概述

　　在太阳能行业中，电子类阀门动态密封方式分别为：作为静态密封件，丁晴橡胶和聚四氟乙烯，这两种材料是最佳选择；但作为动态密封件，在未通介质情况下正常运行，而在实际使用中，结果却千差万别。

　　2水对阀门密封件的影响

　　正常状态的水中含有大量微量元素，因地区不同而不同，对不同密封件有不同的影响。

　　2.1水质对以橡胶为密封件的阀门影响

　　华北地区大量使用地下水，其中钙镁离子的含量要高于南方使用地表水的地区。西北农村大量使用井水的地区，水中细微杂质的含量要高于其他地区，这些水质条件是相对较差的，但却是太阳能使用的主要地区。当这些较差的水质进入太阳能热水器变成高温热水时，问题就陆续出现了。

　　钙镁离子在60℃以上开始与水中其他杂质结合，形成颗粒直径更大的杂质；或者单独结合沉淀，在与水接触的任意地方形成水垢。橡胶在动态密封下，开关过程中易受水质影响，在静止状态下易受水垢影响。

　　2.2水质对以聚四氟乙烯为密封件的阀门影响

　　大量的高温热水通过阀体，每次都是对橡胶和聚四氟乙烯的考验，都是在不断加速动态密封件的老化。而同时聚四氟乙烯的特性是不耐磨，在高温热水管道中，经常性开关也会加速该密封件老化速度。所以以聚四氟乙烯为密封件的阀门寿命都不长。

　　水质和水温都是长期困扰太阳能企业阀体类售后率居高不下的重要原因。

　　3陶瓷密封技术

　　陶瓷的分子结构是Al2O3，经过高压成型，再通过高温烧结而成，内部致密度高，硬度一般都在700 HV5 以上（注：维氏硬度，以下皆同）。而选择陶瓷做为密封件，就是考虑到其特殊的性能。

　　陶瓷密封技术运用于卫浴五金行业中，做为密封件的陶瓷制品一般选择纯度99.99%的陶瓷（简称99瓷），属于陶瓷行业中的精品，99瓷硬度达到了1200 HV5以上，内部致密度高，耐磨性极佳。

　　但是仅仅选择了材料还不够，还需要将陶瓷片根据严格的工艺打造成需要的密封件，通过数十道研磨、抛光工序后，陶瓷片的密封面处于镜面状态，表面平行度在1.5个光圈以内（注：光圈是一种计数单位，3个光圈=1 丝，100丝=1mm），两片陶瓷片通过旋转的方式实现开关的功能。

　　3.1陶瓷密封技术的优势

　　3.1.1耐磨性强，寿命长

　　由于陶瓷片硬度高，耐磨性强。根据国家标准，陶瓷密封在卫浴五金行业中20万次的使用寿命是最低标准（注：寿命标准来源于GB18145-2013《陶瓷片密封水嘴》），最高使用寿命需达到40万次，部分国际标准寿命需达到70万次。）

　　3.1.2耐腐蚀，耐高温

　　由于陶瓷是经过了上千摄氏度的高温烧结而成，所以不担心高温对其有老化影响，也不用担心水质差对陶瓷有腐蚀影响。

　　3.1.3低成本

　　由于其原材料价格很低，成批量的生产，成本低廉，经济实惠。

　　3.2陶瓷密封技术的应用

　　在一个整体中，陶瓷片解决了动态密封，静态密封一般选择橡胶制品，而且还需要在不同使用环境，选择不同的材质，例如：应用于海水等盐碱高的介质中，需配合使用乙丙橡胶；应用于太阳能高温热水介质中，需配合使用硅橡胶。

　　当然陶瓷密封技术也有其短板，由于硬度高、耐磨，该材料物理特性相对较脆。在超低温状态下，当管道中的水结冰时，如果强行打开开关，将使陶瓷片破裂造成漏水，但冰冻化解后则可正常使用。所以要特别注意陶瓷密封的使用环境温度。

　　4与其他成熟技术的结合

　　4.1陶瓷同步开关，无止回阀恒温淋浴龙头

　　陶瓷密封技术不断与其他成熟技术结合，产生全新的产品，与汽车节温器结合产生《无止回阀恒温淋浴龙头》，该产品已取得了PCT专利（注：PCT 为国际知识产权组织缩写），不仅是卫浴五金行业第一份PCT专利，也是太阳能热利用行业第一份PCT专利。不仅适合太阳能行业，更适用于所有恶劣水质条件下的各种热水系统。陶瓷同步密封件同时开关冷热水，而冷热水通过汽车节温器中的感温元件，自动调节冷热水的混合比例，达到恒温供水的目的。

　　4.2陶瓷密封电子数控阀

　　与微电子技术结合产生《陶瓷密封电子数控阀》，尤其是与最前沿的微电子技术、军用电子元件的结合，使得该产品能耗极低，开启过程中只有1.8秒耗电达到200mA，之后功耗归零，关闭过程不再耗电，整个启动过程中无额外耗电，寿命可达到40万次以上。市场上其他电磁或电动阀门在开关过程中要大量耗电，易烧零件，与这些产品相比不仅减少能耗，大幅减少厂家的售后维护费用。

　　该产品可用内阻很大的积层电池驱动，配以大容量电池可长期使用。DC 直流电9-24V，AC交流电9-20V 内正负极通用，兼容性强。根据不同陶瓷片组合的阀芯，分为常开状态与常闭状态，方便客户的选择，针对太阳能高温用水环境的适应性。

　　可根据客户的要求，定制特殊电压、特殊规格的产品。为太阳能行业提供一个质量更好，寿命更长的全新产品，可用于太阳能行业集中采暖分户供热的热水系统中；可使太阳能使用时承压，集热非承压，使理想成为现实。

　　4.3新材料的结合应用

　　任何新产品不仅是一项技术的应用，而且是多技术、多工艺的结合应用。采取汽车发动机使用的耐高温高分子材料，在保证质量的前提下降低了成本，同时该材料在一定程度上起到保温的效果，可起到保护陶瓷片，延长使用寿命的作用。

　　5结语

　　陶瓷密封技术结合其他成熟技术广泛应用于太阳能行业中，对增强太阳能产品的质量，提升附加值，有着重要的现实意义和巨大的经济价值。