أنابيب كربيد السيليكون - مقاومة للتآكل والتآكل

يتحمل كربيد السيليكون بشكل جيد كلاً من التآكل والتآكل، مما يجعله المادة المثالية للمكونات الموجودة في المصانع الكيميائية ومحطات الطاقة. وعلاوة على ذلك، فإن قدرة تحمله لسرعة الدوران تمكنه من تحمل سرعات دوران عالية - مما يجعله مناسبًا لتطبيقات المحامل.

تُستخدم الأنابيب المبطنة بالسيراميك في صناعات التعدين والمعادن والفحم لنقل المواد الكاشطة في المناجم مثل مسحوق التركيز والخبث والفحم. وهي توفر مقاومة تآكل أفضل من الأنابيب الفولاذية العادية.

مقاومة التآكل

كربيد السيليكون (SiC)، وهو مركب بلوري اصطناعي شديد الصلابة ومقاوم للتآكل للغاية مكون من السيليكون والكربون، ويتميز بمعدل صلابة موس 9، وقد استخدم منذ فترة طويلة لإنتاج منتجات مثل ورق الصنفرة وعجلات الطحن وأدوات القطع والمواد المقاومة للحرارة لأفران الطوب في الأفران منذ القرن التاسع عشر. ولكن في الآونة الأخيرة، أصبح SiC يُستخدم على نطاق واسع في إنتاج العوازل الخزفية وركائز الصمام الثنائي الباعث للضوء شبه الموصلة.

تنبع مقاومة التآكل في SiC إلى حد كبير من الطلاء السطحي لطبقات أكسيد الأكسيد التي تتشكل على سطحه، مما يوفر الحماية من هجوم الماء والأكسجين مع تحمل اختراق الأحماض والقواعد والمواد الكيميائية العدوانية مثل حمض النيتريك. في بعض الحالات، تحمي هذه الطبقات حتى من المواد المؤكسدة مثل حمض النيتريك الذي قد يهاجمها بطريقة أخرى.

لقد أثبت كربيد السيليكون الملبد عديم الضغط مقاومته العالية للتآكل في مختلف التطبيقات، متفوقًا على مواد مثل الفولاذ المصبوب والألومينا الخاملة وسبائك النيكل عالية الجودة من حيث الثبات الكيميائي والحراري. وعلاوةً على ذلك، فإن مقاومة كربيد السيليكون الملبد الخالي من الضغط للتآكل والتآكل تجعله متفوقًا جدًا مقارنةً بمعظم المعادن مثل الألومينا (3 أضعاف الفولاذ) بالإضافة إلى مقاومته الكبيرة للتآكل ضد التآكل والتآكل مقارنةً بالفولاذ المصبوب المقاوم للحرارة (3 أضعاف الفولاذ).

يختلف سلوك التآكل في كربيد السيليكون ونتريد السيليكون بشكل كبير مع الظروف البيئية، ومع ذلك فقد أحرزت نماذج التآكل لكلا المادتين تقدماً كبيراً في تصويرها بدقة. وتعتمد آليات التآكل التي تنطوي على بيئات معقدة على الأنواع الكيميائية الموجودة، وتسلسل تفاعلاتها، والتغيرات السطحية في مورفولوجيات البنية المجهرية بالإضافة إلى التغيرات في مورفولوجيات السطح والبنية المجهرية للمواد التي تتفاعل معًا لتسبب حدوث التآكل.

تتميز أنابيب كربيد السيليكون بعمر خدمة طويل وهي مثالية بشكل خاص لنقل المواد الكيميائية الكاشطة أو المسببة للتآكل أو السامة. تعني متانتها قدرتها على تحمل درجات حرارة أعلى من 120 درجة فهرنهايت (48 درجة مئوية)، والضغوط العالية والضغوط الميكانيكية. وكبديل للأنابيب الفولاذية فهي تُستخدم في محطات توليد الطاقة والمعادن وصناعة الكيمياء - وكذلك المعدات المستخدمة لمناولة المساحيق من عمليات تغويز الفحم (التغويز/التكسير/فرن الانفجار/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت/فرن الأسمنت.

مقاومة درجات الحرارة العالية

كربيد السيليكون قابل للذوبان في الماء ومقاوم لكل من الأحماض والقلويات، ويتميز بنقاط انصهار عالية مع قوة أقوى بعشر مرات من الألومينا لمقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية جدًا - وهو أحد الأصول في الأفران الصناعية والأفران حيث تتجاوز درجات الحرارة في كثير من الأحيان ما قد يتسبب في كسر السيراميك التقليدي أو تشققه.

لطالما اعتُبر كربيد السيليكون مادة مثالية لأنابيب حماية المزدوجات الحرارية في مختلف التطبيقات نظرًا لمقاومته الفائقة للتآكل في مختلف البيئات. ويتفوق كربيد السيليكون على السيراميك التقليدي والسبائك المعدنية المطيلة في هذا الصدد؛ حيث يوفر سطحه القوي الحماية من غازات الاحتراق والخبث والرماد والفحم مع مقاومة التآكل الناجم عن هذه المواد الكيميائية.

يوفر كربيد السيليكون الملبد بدون ضغط (PSSiC) درجة نقاء أعلى بكثير من كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل، مما يمنحه قوة ميكانيكية فائقة ومقاومة للتآكل. لا يمكن مهاجمة PSSiC بواسطة الأحماض أو القلويات أو الأملاح المنصهرة ولديه القدرة على تحمل الصدمات الحرارية في درجات حرارة عالية للغاية؛ بالإضافة إلى خصائص كهربائية ممتازة مع توصيل حراري عالي ومعامل تمدد حراري منخفض.

تعتبر المواد الخزفية التي تمتلك مسامية منخفضة مثل الزركونيا أكثر مقاومة للحفر الكيميائي، خاصةً السيراميك الصناعي، نظرًا لمقاومتها للتآكل حيث تبلغ مقاومتها للتآكل من أربعة إلى خمسة أضعاف مقاومة كربيدات السيليكون المرتبطة بالنتريد المتوفرة تجاريًا وعمر خدمة أطول مقارنةً بمواد الألومينا. وتبلغ صلابة جزيئات السيراميك المصنوعة من هذه المادة 9.09.2 درجة صلابة موه مع أشكال دقيقة مصنوعة يدويًا مما يسمح باستخدامها في العديد من التطبيقات الصناعية. يتجاوز العمر التشغيلي للسيراميك العمر التشغيلي لمادة الألومنيوم بـ 10 أضعاف.

تُعد كربيد السيليكون الملبد بديلًا مثاليًا لكربيد التنجستن للاستخدام في تطبيقات فوهات التفجير نظرًا لمقاومتها الفائقة للتآكل، مما يتيح لها الحفاظ على هندسة الفوهة الداخلية مع توفير كفاءة تفجير محسنة. وعلاوة على ذلك، فإن كربيد السيليكون الملبد عادةً ما يعمر أكثر من نظيره مع توفير عمر أطول وتقليل تكاليف وقت تعطل الصيانة.

يتميز كربيد السيليكون بمعامل تمدد حراري منخفض وصلابة شديدة، مما يوفر الحماية من التآكل والصدمات والاحتكاك. وباعتبارها مادة ممتازة عالية الضغط، فإنها تُعد خيارًا مثاليًا للتطبيقات مثل البكرات المستخدمة في إنتاج الخزف المنزلي وبلاط السيراميك في الأفران، ومكابس المطاحن وموسعات الطواحين والبثق والفوهات التي تتطلب مستويات عالية من الضغط لإنتاج البلاط المنزلي والبورسلين. كما يعمل كربيد السيليكون أيضًا بشكل جيد في الأجزاء المقاومة للتآكل الموجودة في تطبيقات مكابس المطاحن وموسعات البثق والفوهات.

قوة عالية

كربيد السيليكون هو أحد أقسى وأخف وأقوى المواد الخزفية الصناعية. ونظرًا لقوته الاستثنائية، يمكنه تحمل التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة دون أن يفقد خصائصه الفيزيائية، كما أنه يتميز بتمدد حراري منخفض؛ مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة التآكل وكذلك مقاومة الصدمات الميكانيكية أو الاهتزازات.

يبرز كربيد السليكون الملبد من بين السيراميك كخيار استثنائي من حيث مقاومته للتآكل والصدمات الحرارية، مما يجعله المادة المفضلة للتطبيقات الصعبة مثل تطبيقات تبطين المبادلات الحرارية لمعالجة الأحماض والتربة النادرة حيث لا يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ أو الجرافيت أو التنجستن تلبية الطلب بسبب مشاكل مقاومة التآكل التي يسببها حمض الهيدروفلوريك؛ بالإضافة إلى أنه يتميز بمستويات عالية من مقاومة التآكل/التآكل مع الاستمرار في استيعاب الأشكال المعقدة ذات التفاوتات الضيقة.

غالبًا ما تُستخدم أنظمة أنابيب تبطين كربيد السيليكون الملبد في تطبيقات البخار عالي الضغط. يمكن لهذه المادة أن تتحمل ضغطًا يصل إلى 1.6 ميجا باسكال دون الخضوع لضغوطات الإجهاد والانثناء، وهو ما يتجاوز بكثير المتطلبات المحددة للبوليمرات مثل PTFE. وعلاوة على ذلك، فإن مقاومتها للهجوم الكيميائي تعني أنها توفر حماية إضافية في هذه التطبيقات.

توفر ركائز كربيد السيليكون العديد من المزايا مقارنةً بنظيراتها من السيليكون في تصميمات الأجهزة الإلكترونية، بما في ذلك وجود جهد انهيار أقل بكثير، وبالتالي القدرة على تحمل كميات أكبر من الكهرباء دون أن تصبح غير مستقرة وتتعطل. ويسمح ذلك للأجهزة الإلكترونية المصنوعة من ركائز كربيد السيليكون بأن تصبح أصغر بكثير وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة من تصاميم السيليكون المماثلة؛ على سبيل المثال، يمكن أن تصبح IGBTs السيليكونية المستخدمة في محولات المركبات الكهربائية أصغر بنحو 10 أضعاف باستخدام مادة كربيد السيليكون، مما يؤدي إلى دوائر تحكم أصغر حجماً وتحسين كفاءة النظام بشكل عام.

تقدم شركة American Elements أحجامًا مختلفة من أنابيب سيراميك كربيد السيليكون المناسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. يمكن تصميم موادها القياسية، مثل Hexoloy SE و Xicaar، بالإضافة إلى التركيبات المخصصة خصيصًا للاستخدام التجاري والبحثي. مصبوبة في أشكال قضبان أو قضبان أو ألواح كأهداف لترسيب الأغشية الرقيقة أو تطبيقات ترسيب البخار الكيميائي.

مقاومة عالية للتآكل

يُعرف كربيد السيليكون على نطاق واسع بمقاومته الاستثنائية للتآكل ويمكنه بسهولة أن يدوم أكثر من البطانات المبلطة أو المعدنية في التطبيقات الصعبة مثل فوهات التفجير بالخردق، ومكونات الأعاصير المائية والمرافق الخزفية. يوفر كربيد السيليكون الملبد خصائص مقاومة عالية للتآكل والتآكل لإطالة أوقات تشغيل الأنابيب مع تقليل أوقات تعطل أعمال الصيانة أو الإصلاح؛ بالإضافة إلى أن هذه المادة تتميز بقدرات مقاومة الصدمات الحرارية التي تسمح باستخدامها في الأماكن التي قد تفشل فيها مواد أخرى مثل كربيد التنجستن أو الألومينا.

ويتميز الشكل البلوري لكربيد السيليكون بروابط تساهمية بين ذرات السيليكون والكربون التي تشكل اثنين من رباعي السطوح التناسقية الأولية مع أربع ذرات سيليكون وأربع ذرات كربون متصلة في كل زاوية، مما يخلق مادة شديدة الصلابة مع تصنيف صلابة موس 9، وهو ما يقترب من صلابة الماس. يمكن العثور على كربيد السيليكون في كل مكان بدءًا من ورق الصنفرة وعجلات القطع/الطحن إلى بطانات الأفران ومحركات الصواريخ؛ بالإضافة إلى أنه يتميز بخصائص كهربائية رائعة.

إن الترابط التفاعلي والتلبيد هما طريقتان تُستخدمان لإنتاج كربيد السيليكون، وتنتج كل منهما تأثيرات مختلفة على بنيته المجهرية. ويمكن إنتاج كربيد السيليكون المترابط بالتفاعل عن طريق تسريب مخاليط من كربيد السيليكون والكربون مع السيليكون السائل الذي يتفاعل إلى المزيد من كربيد السيليكون؛ ويمكن صنع كربيد السيليكون الملبد باستخدام مساعدات التلبيد غير الأكسيدية لتشكيل مسحوق مسحوق كربيد السيليكون النقي في شكل مسحوق كربيد السيليكون النقي في شكل مضغوط للترابط التفاعلي؛ ولا تنتج هذه الطريقة منتجًا نهائيًا كثيفًا مثل كربيد السيليكون المترابط بالتفاعل.

قارنت الأبحاث الحديثة أداء التآكل لمختلف مواد الأنابيب المقاومة للتآكل. واكتشفوا أن أداء أنابيب كربيد السيليكون المتكلس المرتبط بالنيتريد الملبد أفضل أداء لمقاومة التآكل في ظروف التربة الرخوة، يليها لحام الحشو F-61 مع زيادة محتوى النيوبيوم، وأخيرًا فولاذ XAR 600 ببنية مجهرية تتكون من أشرطة مارتينسيت دقيقة متماسكة متناثرة بالتساوي في جميع أنحاء بنيته المجهرية.

ترجع مقاومة كربيد السيليكون للتآكل في جزء كبير منها إلى صلابته وقساوته؛ ونتيجة لذلك، يمكن لهذه المادة أن تتحمل التآكل الناجم عن تدفق الجسيمات الخشنة الحبيبية عند الضغوط العالية. وعلاوةً على ذلك، تتمتع هذه المادة بخصائص ممتازة لمقاومة التآكل والأكسدة والصدمات الحرارية مما يساعد على إطالة عمرها التشغيلي في البيئات المعرضة للتآكل والتلف.