Le aziende che costruiscono sistemi di filtraggio per la generazione di idrogeno-devono scegliere la soluzione ottimale polvere di metallo sinterizzatodimensione delle particelle. Le soluzioni risiedono nella comprensione di come le particelle di polvere grossolane e fini creano elementi filtranti che bilanciano precisione e produttività.
La polvere di metallo sinterizzato supporta l'elettrolisi dell'acqua PEM e i progetti di filtri porosi per il trattamento chimico. La distribuzione delle dimensioni delle particelle influisce sulla filtrazione, sulla dinamica dei fluidi e sulla porazione. Gli ingegneri che lavorano con questi materiali sanno che le polveri fini e grossolane funzionano male. Le dimensioni delle particelle sono intenzionalmente abbinate per creare elementi filtranti che soddisfino le esigenze applicative mantenendo l'integrità strutturale.
I moderni sistemi energetici a idrogeno necessitano di una filtrazione che non ostacoli il flusso di acqua e gas. Anche piccole impurità possono compromettere le prestazioni dell'elettrolizzatore con membrana a scambio protonico; pertanto, la selezione della polvere è fondamentale. I produttori creano componenti di filtro che aumentano l'affidabilità e la longevità del sistema comprendendo le funzioni delle particelle grossolane e fini.
Polvere di metallo sinterizzato
1.Specifica
Nome del prodotto: polvere di metallo sinterizzato
Codice interno: NAVI-2-002
Marca: NAVI Titanium®
Forme generali: tondo, disco, lamiera, tubo, tondo, barra, tappo o personalizzazione
Materie prime:
(1)Titanio---polvere pura di grado 0A
(2)Acciaio inossidabile---/SS304/SS316/SS316L ecc.
(3) Nichel---Leghe a base di nichel/MONEL/INCONEL/Hastelloy (C22/C276)
(4) Bronzo --- Polvere pura di grado 0A
Campi avanzati di NAVI: PEM, semiconduttori ed elettronica, prodotti farmaceutici, ecc.
2.Guida all'acquisto
(1)Processo
NAVI Titanium (dal 2008) può elaborare in base ai disegni di progettazione
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In che modo le particelle di polvere di metallo sinterizzato grossolane e fini influiscono sulla filtrazione?
La connessione tra la dimensione delle particelle di polvere e il funzionamento di un filtro è più complessa del semplice controllo della dimensione dei pori. Ciascun intervallo di dimensioni delle particelle aggiunge le proprie qualità uniche all'elemento filtrante finale, rendendo molto complicato il rapporto tra resistenza meccanica, permeabilità ed efficienza di separazione.
La dimensione delle particelle di polvere influenza direttamente il modo in cui si formano i fori interparticellari durante la sinterizzazione. Le particelle fini, che di solito hanno una larghezza compresa tra 5 e 20 micrometri, creano percorsi più piccoli che collegano i grani metallici legati. La barriera di filtrazione che intrappola i contaminanti è costituita da questi canali microscopici. Le particelle più grandi, da circa 40 a 80 micrometri, costituiscono la struttura e i canali di flusso principali che consentono ai fluidi di passare attraverso il filtro senza causare un'eccessiva caduta di pressione.
Durante il processo di sinterizzazione, le particelle vengono unite nei punti in cui si toccano, creando una rete tridimensionale di collegamenti metallici. La polvere fine crea più punti di contatto per unità di volume, il che rende il materiale più resistente e rende i percorsi del flusso più tortuosi. Questa tortuosità rende più facile intrappolare le particelle ma rende più difficile il passaggio dei fluidi. La polvere grossolana ha meno punti di contatto ma più spazio vuoto, che consente il passaggio di più fluido.
Considerazioni sull'integrità meccanica
La pressione del fluido, le variazioni di temperatura e il contatto chimico mettono sotto stress gli elementi filtranti che funzionano negli elettrolizzatori PEM. La capacità del filtro in metallo poroso sinterizzato di gestire questi problemi dipende dal tipo di particelle utilizzate. Quando lo compatti, le particelle fini lo aiutano a essere più forte allo stato verde e, dopo l'indurimento, lo rendono più stabile in termini di forma. Quando si sinterizza qualcosa, le particelle grossolane impediscono che si restringa troppo e lo renda troppo denso, il che lo renderebbe meno permeabile.
Le qualità finali dipendono dalla temperatura di sinterizzazione, dal tempo e dalla dimensione delle particelle. Poiché hanno una maggiore energia superficiale, le polveri fini sinterizzano a temperature più basse, mentre le polveri più grandi necessitano di più calore per legarsi correttamente. Grazie a questa differenza, i produttori possono realizzare strutture a gradiente in cui sottili strati di polvere aderiscono bene tra loro senza-sinterizzare eccessivamente le aree di polvere più spesse che devono rimanere molto porose.
Quando la dimensione delle particelle diminuisce, l’area superficiale per unità di massa aumenta notevolmente. Questa superficie più ampia cambia il modo in cui le sostanze chimiche reagiscono e quanto bene possono essere filtrate. Quando si utilizza polvere di titanio ad elevata-purezza per produrre idrogeno, è importante mantenere il livello di ossigeno il più basso possibile perché gli ossidi superficiali modificano la capacità del titanio di condurre l'elettricità. Benepolvere di metallo sinterizzatoI filtri con bassi livelli di ossigeno consentono di realizzare elementi filtranti metallici porosi che funzionano meglio con l'elettricità. Ciò è importante negli usi elettrolitici in cui il filtro potrebbe toccare il gruppo elettrodo.
L'acqua acida, i gas disciolti e i potenziali elettrochimici che possono causare corrosione fanno tutti parte dell'ambiente chimico dei sistemi PEM. Le formulazioni in polvere ad elevata-purezza resistono meglio a questi modi di degradazione rispetto alle qualità normali. Il controllo dell'ossigeno è particolarmente importante per le frazioni di piccole dimensioni delle particelle perché formano più ossido sulle loro superfici durante la produzione e lo stoccaggio.
Polvere di metallo sinterizzato fine per pori del filtro più piccoli e precisi
Quando hai bisogno di una filtrazione precisa, devi scegliere il giusto tipo di polvere fine per lavori che richiedono di trattenere molte particelle. Queste polveri speciali vengono utilizzate per realizzare elementi filtranti in grado di eliminare i contaminanti di dimensioni inferiori al micron lasciando comunque fluire attraverso di essi una quantità sufficiente affinché il sistema funzioni.
I produttori possono generare diametri dei fori precisi utilizzando polvere di titanio fine con distribuzione granulometrica controllata. La geometria dell'impaccamento e i parametri di sinterizzazione determinano la connessione tra il diametro delle particelle e la dimensione dei pori. Una polvere sinterizzata con particelle da 10 micrometri contiene fori da 5 a 15 micrometri. I fori grandi rimuovono i contaminanti che potrebbero bloccare i gruppi della membrana dell'elettrolizzatore.
La regolarità dei pori dipende dall'ampiezza della distribuzione granulometrica. Le distribuzioni strette rendono tutti i fori degli elementi filtranti della stessa dimensione, prevedendo le prestazioni di separazione. Una maggiore diversità di diametri dei pori aiuta a ridurre la ritenzione poiché i fluidi passano attraverso canali più grandi. I fornitori di polveri con criteri di distribuzione delle dimensioni delle particelle rigorosi consentono ai produttori di filtri di acquisire risultati coerenti.
Gli elementi filtranti dell'elettrolizzatore PEM utilizzano polvere di titanio fine-a basso contenuto di ossigeno per due motivi. Quando si trovano vicino o all'interno del gruppo elettrodo, questi elementi devono condurre bene l'elettricità e filtrare adeguatamente. Livelli di ossigeno inferiori allo 0,15% mantengono gli strati protettivi di ossido sufficientemente sottili da consentire agli elettroni di fluire tra le particelle.
La quantità di metallo che tocca ciascuna particella determina la conduttività dell'elemento filtrante sinterizzato. Le particelle fini forniscono più punti di contatto per volume, il che può migliorare la trasmissione, presupponendo che gli strati di ossido rimangano sottili. Questo è il motivo per cui i costruttori di sistemi PEM utilizzano polvere ad alta-purezza e a basso-ossigeno per gli elementi filtranti vicino alle apparecchiature elettrochimiche. La resistenza elettrica della struttura del filtro influisce sulle prestazioni del sistema. Negli impianti di produzione di idrogeno su larga-scala, semplici miglioramenti delle prestazioni possono far risparmiare molta energia.
Sfide strutturali con i sistemi a polvere fine
Le polveri fini sono ottime per creare forme precise dei pori, ma sono difficili da realizzare e richiedono un attento controllo del processo. Quando lo stampo viene compresso, un'ampia superficie provoca un maggiore attrito, il che significa che sono necessarie pressioni di formatura più elevate o lubrificanti speciali. Inoltre, queste particelle sinterizzano più facilmente, il che può portare a un'eccessiva densificazione se le impostazioni del trattamento termico non sono corrette.
Nella maggior parte dei casi, i prodotti compatti a polvere fine si restringono maggiormente durante la sinterizzazione rispetto ai sistemi a polvere grossolana. Per soddisfare i requisiti dimensionali finali, è necessario effettuare previsioni accurate dei cambiamenti nelle dimensioni. I produttori compensano le difficili proprietà dei materiali progettando strumenti migliori e sviluppando processi migliori, che consentono loro di realizzare prodotti coerenti. Il processo di produzione più complicato risulta utile in situazioni in cui la precisione del filtraggio ha un effetto diretto sul funzionamento del sistema.
Polvere di metallo sinterizzato grossolano per un migliore flusso attraverso strutture porose
Per le attività ad alta-produttività, le miscele di polveri grossolane che privilegiano la permeabilità rispetto alla ritenzione delle particelle fini funzionano meglio. Questi materiali creano strutture aperte e porose in modo che possano contenere grandi quantità di fluido senza causare un'eccessiva caduta di pressione.
Le strutture di polvere fine hanno aree di flusso in sezione-trasversale più piccole rispetto alle reti di polvere grossolana di 40–80 micrometri. La permeabilità può essere 10 volte superiore a quella degli schermi a polvere fine a causa di un vantaggio fisico. Le applicazioni che necessitano di una grande quantità di acqua per fluire verso i gruppi di elettrodi traggono vantaggio da questa mobilità.
La legge di Darcy e altre teorie sulla dinamica dei fluidi affermano che la dimensione delle particelle influisce sulla permeabilità. I pori in crescita riducono la barriera viscosa al flusso del fluido di due volte la dimensione normale dei pori. Questa relazione lineare spiega perché anche piccole variazioni nella dimensione delle particelle possono alterare la capacità di flusso.
L'energia viene sprecata a causa della caduta di pressione dell'elettrolita dell'elemento filtrante. Ogni kiloPascal di resistenza fa sì che le pompe utilizzino più elettricità. Il metodo funziona perché i filtri in polvere metallica sinterizzata grossolana risparmiano energia. Gli impatti economici sono notevoli quando le aziende operano 24 ore su 24, 7 giorni su 7 e i costi energetici sono elevati.
Resistenza strutturale da strutture in polvere grossolana
Contrariamente a quanto si crede, le forme di polvere grossolana possono essere meccanicamente resistenti se adeguatamente lavorate. I pezzi più grandi formano una struttura ossea forte-resistente alla pressione. In circostanze di alta-pressione, gli elementi filtranti devono resistere a grandi sollecitazioni meccaniche senza rompersi o alterare la forma, il che ridurrebbe la tenuta.
Le polveri grandi funzionano diversamente dalle polveri fini durante la sinterizzazione. I materiali con un'energia superficiale per unità di massa inferiore richiedono temperature di sinterizzazione più elevate o durate di trattamento termico più lunghe per un migliore legame. Le finestre di lavorazione devono essere selezionate attentamente per generare un numero sufficiente di colli interparticellari senza rendere il materiale eccessivamente spesso, il che limiterebbe la permeabilità.
Gli elementi filtranti a polvere grossolana possono mantenere la loro forma in più condizioni operative. Una minore sinterizzazione riduce il ritiro termico e la tensione, che possono causare distorsioni. Questa caratteristica semplifica la produzione e aumenta i tassi di restituzione, compensando i costi più elevati delle polveri specializzate.
Le specifiche della polvere devono essere modificate per ciascuna impostazione di lavoro. In situazioni di alta-temperatura, potrebbero essere necessarie polveri a base di nichel-o di acciaio inossidabile perché mantengono le loro qualità meccaniche a temperature elevate dove il titanio si romperebbe. La scelta del materiale si basa su quanto bene reagisce con le sostanze chimiche. Gli acciai inossidabili austenitici sono molto resistenti nel resistere a molti fluidi di processo.
Gli elementi di filtraggio delle polveri grossolane funzionano bene come pre-filtri per impedire che la contaminazione in massa raggiunga gli stadi più fini più a valle. Eliminando le particelle più grandi prima che raggiungano le parti sensibili, questo metodo di filtraggio gerarchico fa sì che i costosi elementi filtranti ad alta-precisione durino più a lungo. Poiché questo approccio è così conveniente-, viene spesso utilizzato nei sistemi industriali dove i tempi di inattività per le riparazioni costano molto.
Rapporti di gradazione delle polveri di metallo sinterizzato per flusso e intercettazione bilanciati
Invece di utilizzare una polvere di un-grado, le migliori prestazioni del filtro derivano da miscele attentamente controllate di dimensioni delle particelle. In una miscela di polveri, il rapporto di gradazione indica quante particelle grandi sono mescolate con quelle piccole. Ciò ha un effetto diretto sulla struttura dei pori e sulla capacità di filtraggio della polvere.
I componenti del filtro moderno ne includono moltipolvere di metallo sinterizzatostrati. Una struttura a gradiente regolare può includere un nucleo di polvere grossolana per resistenza ed elevata permeabilità e strati di polvere più fine per il filtraggio. Questa disposizione offre prestazioni migliori rispetto ai sistemi a strato singolo-con grado di polvere uniforme.
I filtri a gradiente necessitano di un posizionamento e di una pressatura precisi della polvere per evitare la miscelazione degli strati. Ogni strato è compresso, integrando parzialmente le regioni di contatto per mantenere la continuità strutturale. La sinterizzazione rende l'oggetto un pezzo unico con facili modifiche delle proprietà dal centro al bordo.
Gli elementi filtranti a gradiente trattengono bene lo sporco perché lo sporco si accumula lentamente attraverso la struttura anziché ostacolare il flusso in superficie. Gli impianti di generazione di idrogeno industriale- beneficiano degli intervalli di manutenzione più lunghi e della minore manutenzione della filtrazione di profondità.
La ritenzione delle particelle del prodotto, la portata, la resistenza meccanica e la durata di servizio determinano il rapporto di gradazione. Gli ingegneri esaminano e simulano questi aspetti concorrenti per trovare le migliori combinazioni. Per la filtrazione ordinaria viene utilizzato un rapporto di polvere grossolana-a-fine pari a 60:40. Cattura delle particelle e permeabilità bilanciate.
Il rapporto tra polvere grossa-e-fine potrebbe essere 40:60 o 30:70, con polvere più fine per applicazioni precise. Queste formule scambiano la permeabilità con la ritenzione delle particelle, utile per il controllo della contaminazione nella produzione. A causa della minore capacità di flusso, la superficie del filtro deve essere maggiore per mantenere le portate a livello di sistema-.
Per una produttività massima e una filtrazione minima, vengono utilizzate miscele grossolane-ricche come 80:20. Queste miscele formano strutture permeabili che rimuovono le particelle e gestiscono grandi quantità di fluido. Le operazioni di pre-filtrazione nei sistemi a più-stadi utilizzano queste miscele per evitare la contaminazione del filtro di precisione.
Requisiti di coerenza per la produzione in lotti
I filtri commerciali devono essere coerenti tra i lotti. I produttori di polveri devono seguire rigorose dimensioni delle particelle, contenuto chimico e restrizioni sulla forma per ottenere una sinterizzazione uniforme. Le proprietà della polvere influiscono sugli elementi filtranti finiti. Le modifiche possono influire sulle prestazioni del sistema, complicandone la progettazione e il funzionamento.
La stabilità delle polveri tra i lotti è problematica perché piccole modifiche nella produzione potrebbero influire sulle proprietà delle particelle. Il risultato si basa sull'atomizzazione, sul raffreddamento e sulla gestione delle polveri. Un fornitore affidabile utilizza metodi di controllo qualità e controllo statistico del processo per ridurre le discrepanze nella qualità delle polveri.
I produttori di filtri dovrebbero verificare le specifiche delle polveri prima di utilizzare le importazioni. Una diffrazione laser o una misurazione della dimensione delle particelle mostra che i modelli sono corretti. La chimica garantisce la purezza della polvere di titanio e il contenuto di ossigeno per un utilizzo ad alta-conduttività.
Combinazione di polvere di metallo sinterizzato grossolana e fine per prestazioni di filtro ottimizzate
Più frazioni di dimensioni delle particelle lavorano insieme per creare progetti di filtri che funzionano meglio delle opzioni a-grado singolo. Modi strategici di miscelazione sfruttano i vantaggi delle polveri sia grossolane che fini, riducendo al minimo i problemi derivanti da ciascuna di esse.
Le combinazioni di polveri grossolane e fini hanno geometrie di imballaggio distinte. Le particelle fini riempiono gli spazi tra le particelle più grandi, restringendo l'imballaggio mantenendo la struttura aperta. Questo approccio rafforza le strutture meglio dei sistemi grossolani-solo mantenendo i vantaggi delle perdite.
Le particelle piccole sfregano contro quelle grossolane per fornire barriere di filtrazione efficaci senza strati continui a bassa-permeabilità. Il flusso del fluido attraverso canali con particelle di grandi dimensioni talvolta colpisce punti in cui le particelle piccole attraversano i grani più grandi, limitando il flusso. I punti di restrizione dispersi eliminano le impurità senza influire sulla caduta di pressione continua dello strato di polvere fine.
L’ottimizzazione della sinterizzazione della miscela bimodale è fondamentale. Le particelle fini si collegano prima delle particelle grossolane, consentendo la sinterizzazione a fasi. Le particelle fini legate stabilizzano la struttura. A temperature più elevate, le particelle più grandi sinteriscono. Produce strutture ben-integrate, dinamiche e a bassa-porosità passo-dopo-passo.
Personalizzazione per requisiti specifici dell'elettrolizzatore
Le parti di filtraggio degli elettrolizzatori d'acqua PEM devono essere conformi. I filtri eliminano i contaminanti che potrebbero danneggiare i gruppi di membrana e consentire all'acqua di accedere alle superfici degli elettrodi. Le bolle di idrogeno sui catodi devono evacuare la struttura porosa senza interrompere il flusso di gas, complicando la gestione del gas disciolto.
Le formulazioni di polvere personalizzate possono raggiungere questi obiettivi scegliendo le dimensioni delle particelle, i materiali e i rapporti di gradazione. In condizioni elettrochimiche acide, la polvere di titanio puro con meno dello 0,12% di ossigeno fornisce una buona conduttività e resistenza alla corrosione. Il flusso d'acqua e la fuga di gas sono bilanciati attraverso i pori (10–60 micrometri).
La posizione del filtro nello stack dell'elettrolizzatore influisce sulla selezione della polvere. Un filtraggio più fine protegge la superficie sensibile del polimero vicino al gruppo membrana. La conduttività è apprezzata vicino ai collettori attuali, che possono essere trattati con polvere-per ridurre al minimo gli ossidi. Le soluzioni applicative-specifiche possono migliorare le prestazioni del sistema quando i produttori collaborano con i produttori di elettrolizzatori.
La durata dell'elemento filtrante incide sulle spese di gestione. Troppe sostituzioni sprecano risorse per la manutenzione e riducono l’utilizzo della struttura. Una miscela di polveri ben-progettata può durare più a lungo tra un trattamento e l'altro poiché funziona anche quando sporco e altre particelle si accumulano nella struttura porosa.
Le basi in polvere pura durano più a lungo in sostanze chimiche aggressive. I materiali resistenti alla corrosione-non indeboliscono le strutture né rilasciano ioni metallici. Le polveri premium costano di più ma durano più a lungo e necessitano di meno manutenzione.
I grandi impianti di produzione di idrogeno necessitano di filtri per decine o centinaia di elettrolizzatori. Le fonti di polvere forniscono grandi quantità di materiale coerente per realizzare molti elementi filtranti con proprietà consolidate. La scalabilità di questa produzione costruisce infrastrutture per l’idrogeno verde per l’energia rinnovabile e la riduzione del carbonio industriale.
Conclusione
Scegliendo e combinando con cura diverse tipologie dipolvere di metallo sinterizzato, è possibile realizzare elementi filtranti in grado di gestire le applicazioni più difficili nel settore della produzione di idrogeno e altri simili. Gli ingegneri possono fornire le risposte migliori per diverse situazioni lavorative quando sanno come la dimensione delle particelle influisce sulla struttura dei pori, sulla permeabilità, sulla resistenza meccanica e sulla resistenza chimica. I moderni elettrolizzatori utilizzano miscele di polveri appositamente realizzate che bilanciano un'elevata produttività con una filtrazione precisa. Ciò aiuta a produrre l’idrogeno in modo efficiente, il che è importante per la creazione di sistemi di energia rinnovabile.
Domande frequenti
1. Quale intervallo di dimensioni delle particelle funziona meglio per gli elementi filtranti dell'elettrolizzatore PEM?
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I migliori elementi filtranti dell'elettrolizzatore PEM hanno solitamente distribuzioni bimodali di polvere che mescolano particelle piccole (10–20 micrometri) per un filtraggio preciso e particelle grossolane (40–60 micrometri) per la permeabilità. Questa miscela crea pori nell'intervallo 8-25 micron che rimuovono efficacemente i contaminanti, facilitano il raggiungimento dell'acqua sulle superfici degli elettrodi e lasciano fuoriuscire le bolle di idrogeno senza causare un'eccessiva caduta di pressione.
2. In che modo il contenuto di ossigeno in polvere influisce sulla conduttività dell'elemento filtrante?
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La quantità di ossigeno negli elementi filtranti in titanio sinterizzato ha un effetto diretto sulla loro capacità di trasportare l'elettricità. Questo perché gli ossidi superficiali creano strati schermanti dove le particelle si toccano. La polvere molto pura e con livelli di ossigeno inferiori allo 0,15% mantiene sottili strati di ossido che consentono il movimento degli elettroni, il che è importante per gli elementi filtranti vicini alle parti elettrochimiche. La polvere a basso-ossigeno rende i valori di conduttività più vicini a quelli del titanio sfuso, il che fa sì che l'elettrolizzatore funzioni complessivamente meglio.
3. La stessa formulazione in polvere può funzionare per diverse applicazioni di filtrazione?
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Le specifiche della polvere devono essere modificate per ciascuna applicazione in base alle condizioni di lavoro, al livello di contaminazione e agli obiettivi prestazionali. In luoghi con temperature elevate, potrebbero essere necessarie polveri a base di nichel-o di acciaio inossidabile al posto del titanio. Per la filtrazione farmaceutica di precisione, le particelle devono essere più piccole di quelle necessarie per i processi chimici generali. Lavorare con fornitori di polveri che hanno molta esperienza e sanno come soddisfare le esigenze di ogni applicazione garantisce la scelta del materiale migliore per ogni situazione.
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In qualità di specialista inpolvere di metallo sinterizzato, NAVI Titanium fornisce polvere di titanio ad elevata-purezza e a basso-ossigeno, realizzata per soddisfare le esigenze degli usi impegnativi dell'elettrolizzatore PEM. Le nostre miscele di polveri personalizzate hanno dimensioni delle particelle attentamente controllate che vanno da 5 a 80 micrometri. Ciò ci consente di realizzare elementi filtranti con le migliori strutture dei fori per un migliore movimento di gas e acqua. NAVI Titanium consente ai produttori di realizzare elementi filtranti sinterizzati che migliorano l'affidabilità del sistema riducendo al tempo stesso i costi operativi a lungo termine. Il rigoroso controllo di qualità garantisce che siano sempre rispettati l'uniformità dei lotti-per-e un contenuto di ossigeno inferiore allo 0,12%. Invia un'e-mail al nostro team tecnico all'indirizzosales@navititanium.comper parlare delle tue specifiche esigenze di filtrazione e scoprire come le nostre soluzioni in polvere metallica possono migliorare il modo in cui produci idrogeno.
Riferimenti
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