الدور الرئيسي لمسحوق كربيد السيليكون الأخضر في المواد المقاومة للحرارة
مسحوق كربيد السيليكون الأخضر، يبدو اسمه قاسيًا. إنه في الأساس نوع منكربيد السيليكون (SiC)، والذي يُصهر عند درجة حرارة تزيد عن ٢٠٠٠ درجة في فرن مقاومة باستخدام مواد خام مثل رمل الكوارتز وفحم البترول. يختلف عن الشائعكربيد السيليكون الأسوديتميز بتحكم دقيق في عملية الصهر في المرحلة اللاحقة، مع شوائب قليلة جدًا ونقاء بلوري عالٍ، ما يجعله يتميز بلون أخضر أو أخضر داكن فريد. تمنحه هذه "النقاء" صلابة شبه قصوى (تصل صلابة موس إلى 9.2-9.3، وهي الثانية بعد الماس وكربيد البورون)، وموصلية حرارية ممتازة للغاية ومتانة عالية في درجات الحرارة العالية. في مجال المواد المقاومة للحرارة، يُعد "عظمًا صلبًا" يتحمل الحرارة ويقاومها ويبنيها.
فكيف يمكن لهذا المسحوق الأخضر أن يظهر قوته في عالم المواد المقاومة للحرارة ويصبح "عنصراً أساسياً" لا غنى عنه؟
تحسين القوة وصب "عظام الفولاذ" ذات درجات الحرارة العالية: المواد المقاومة للحرارة هي الأكثر خوفًا من "عدم القدرة على تحمل" درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها طرية وتنهار.مسحوق كربيد السيليكون الأخضريتميز بصلابة عالية جدًا ومتانة ممتازة في درجات الحرارة العالية. إضافته إلى مختلف أنواع المصبوبات الحرارية، ومواد الدك، والطوب يُشبه إضافة شبكة فولاذية عالية القوة إلى الخرسانة. يُمكنه تشكيل هيكل دعم متين في المصفوفة، مما يُقاوم بشكل كبير تشوه المادة وليونتها تحت أحمال درجات الحرارة العالية. كانت المصبوبات المستخدمة في قناة حديد الفرن العالي في مصنع صلب كبير تستخدم مواد عادية سابقًا، مما أدى إلى تآكلها بسرعة، وعدم إمكانية زيادة معدل تدفق الحديد، وتأخير الإنتاج بسبب الصيانة الدورية. لاحقًا، تحققت إنجازات تقنية، ونسبة...مسحوق كربيد السيليكون الأخضر ازدادت المتانة بشكل كبير. "يا إلهي، إنه لأمر مدهش!" تذكر مدير الورشة لاحقًا، "عندما وُضعت المادة الجديدة، تدفق الحديد المنصهر، وكان جانب القناة "مُقضَمًا" بشكل واضح، وانقلب معدل تدفق الحديد رأسًا على عقب، وانخفض عدد مرات الصيانة بأكثر من النصف، وكانت الوفورات كلها أموالًا حقيقية!". هذه المتانة هي أساس طول عمر المعدات عالية الحرارة.
تحسين التوصيل الحراري وتركيب "مشتت حراري" على المادة: كلما زادت قدرة المادة المقاومة للحرارة على عزل الحرارة، كان ذلك أفضل! في أماكن مثل أبواب أفران الكوك والجدران الجانبية لخلايا التحليل الكهربائي المصنوعة من الألومنيوم، تحتاج المادة نفسها إلى توصيل حراري داخلي سريع لمنع ارتفاع درجة الحرارة المحلية وتلفها. يُعدّ الموصلية الحرارية لمسحوق كربيد السيليكون الأخضر الدقيق "طالبًا ممتازًا" بين المواد غير المعدنية (يمكن أن يصل معامل الموصلية الحرارية في درجة حرارة الغرفة إلى أكثر من 125 واط/متر·كلفن، أي عشرات أضعاف معامل الطوب الطيني العادي). إن إضافته إلى المادة المقاومة للحرارة في جزء محدد يُشبه تضمين "أنبوب حراري" فعال في المادة، مما يُحسّن الموصلية الحرارية الكلية بشكل كبير، ويساعد على تبديد الحرارة بسرعة وبشكل متساوٍ، ويتجنب ارتفاع درجة الحرارة الموضعي والتقشير أو التلف الناتج عن "حرقة المعدة".
تعزيز مقاومة الصدمات الحرارية وتطوير القدرة على "البقاء هادئًا في مواجهة التغيرات": يُعد التبريد والتسخين السريعان من أكثر العوامل المزعجة التي تُسبب مشاكل للمواد المقاومة للحرارة. يتم تشغيل الفرن وإيقافه، وتتقلب درجة الحرارة بشدة، مما يجعل المواد العادية عرضة للانفجار والتقشير بسهولة.كربيد السيليكون الأخضريتميز مسحوق الميكروبودر بمعامل تمدد حراري صغير نسبيًا وموصلية حرارية عالية، مما يُوازن بسرعة الإجهاد الناتج عن اختلاف درجات الحرارة. يُحسّن إدخاله في نظام المواد المقاومة للحرارة من قدرة المادة على مقاومة التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة، أي ما يُعرف بـ"مقاومة الصدمات الحرارية". يتعرض الحديد المصبوب في فوهة الفرن لفرن الأسمنت الدوار لأشد الصدمات الباردة والساخنة، وكان قصر عمره مشكلة طويلة الأمد. أخبرني مهندس بناء أفران ذي خبرة: "منذ استخدام مواد مصبوبة عالية القوة مع مسحوق كربيد السيليكون الأخضر الدقيق كمواد رئيسية ومسحوق، كان التأثير فوريًا. عندما تهب الرياح الباردة عند توقف الفرن للصيانة، تتشقق الأجزاء الأخرى، لكن مادة فوهة الفرن هذه متينة ومستقرة، وتقل فيها الشقوق السطحية. بعد دورة واحدة، ينخفض الفقد بشكل ملحوظ، مما يوفر الكثير من جهود الإصلاح!" هذا "الهدوء" هو للتعامل مع تقلبات الإنتاج.
لأنمسحوق كربيد السيليكون الأخضر يجمع هذا المسحوق الدقيق الأخضر بين القوة العالية، والموصلية الحرارية العالية، ومقاومة الصدمات الحرارية الممتازة، ومقاومة التآكل القوية، مما جعله الخيار الأمثل في صناعة المواد المقاومة للحرارة الحديثة عالية الأداء. بدءًا من أفران الصهر، والمحولات، وخنادق الحديد، وخزانات الطوربيد في صناعة معادن الحديد والصلب، وصولًا إلى الخلايا التحليلية الكهربائية في صناعة المعادن غير الحديدية؛ ومن الأجزاء الرئيسية في أفران الأسمنت وأفران الزجاج في صناعة مواد البناء، وصولًا إلى الأفران شديدة التآكل في مجالات الصناعة الكيميائية، والطاقة الكهربائية، وحرق النفايات، وحتى أكواب الصب وطوب الصلب المتدفق للصب... أينما وُجدت درجات حرارة عالية، وتآكل، وتغير مفاجئ، وتآكل، يكون هذا المسحوق الدقيق الأخضر فعالًا. فهو مُدمج بصمت في كل طوبة مقاومة للحرارة وكل قطعة من المواد المصبوبة، موفرًا حماية متينة لـ"قلب" الصناعة - الأفران عالية الحرارة.
بالطبع، ليس من السهل إنتاج مسحوق كربيد السيليكون الأخضر الدقيق. بدءًا من اختيار المواد الخام، والتحكم الدقيق في عملية صهر فرن المقاومة (لضمان النقاء واللون الأخضر)، مرورًا بالتكسير والطحن والتخليل وإزالة الشوائب، وصولًا إلى التصنيف الهيدروليكي أو تصنيف تدفق الهواء الدقيق، ووصولًا إلى التعبئة والتغليف الدقيق وفقًا لتوزيع حجم الجسيمات (من بضعة ميكرونات إلى مئات الميكرونات)، ترتبط كل خطوة بثبات أداء المنتج النهائي. وبشكل خاص، يؤثر نقاء مسحوق كربيد السيليكون الأخضر الدقيق، وتوزيع حجم الجسيمات، وشكله بشكل مباشر على قابليته للتشتت وتأثيره في المواد المقاومة للحرارة. ويمكن القول إن مسحوق كربيد السيليكون الأخضر الدقيق عالي الجودة هو في حد ذاته ثمرة مزيج من التكنولوجيا والحرفية.