سرامیک های سیلیکون نیترید: خواص، انواع و کاربرد آنها در ریخته گری آلومینیوم

سرامیک های نیترید سیلیکون موادی هستند که بسیاری از مهندسان زمانی که فولاد، گرافیت و دیرگدازهای معمولی دیگر مقاومت نمی کنند، به آن دست پیدا می کنند. در جایی که فلز مذاب، چرخه حرارتی سریع و سایش ساینده به هم می رسند، نیترید سیلیکون (Si3N4) ترکیبی نادر از استحکام، تحمل شوک حرارتی و پایداری شیمیایی را ارائه می دهد و دقیقاً به همین دلیل است که به یک منظره آشنا در ریخته گری آلومینیوم و ابزارهای ریخته گری داغ تبدیل شده است.

تیم ما بیش از بیست سال با سرامیک نیترید سیلیکون کار کرده است، از انتخاب پودر گرفته تا روتور نهایی، لوله رایزر یا لوله محافظ بخاری. در این راهنما، آنچه را که آن تجربه در مورد خود مواد، درجات موجود و سؤالات عملی به ما آموخته است، به اشتراک می‌گذاریم که وقتی یک کارخانه ریخته‌گری تصمیم می‌گیرد یک جزء فرسوده را به سرامیک منتقل کند، مطرح می‌شود.

سرامیک های سیلیکون نیترید چیست؟

نیترید سیلیکون ترکیبی از سیلیکون و نیتروژن است. پیوندهای کووالانسی قوی آن خواصی را به آن می‌دهد که فلزات و اکثر سرامیک‌های اکسیدی نمی‌توانند با آن مطابقت کنند: در دمای بالا سخت می‌ماند، شوک حرارتی را از بین می‌برد و به راحتی با فلزات غیرآهنی مذاب واکنش نشان نمی‌دهد.

ریزساختار بیشتر عملکرد را توضیح می دهد. نیترید سیلیکون به دو شکل کریستالوگرافی آلفا و بتا وجود دارد. در طی پخت، فاز آلفا به بتا تبدیل می‌شود که به صورت دانه‌های دراز و سوزنی رشد می‌کند. این دانه‌ها مانند نمد به هم متصل می‌شوند، و این شبکه همان چیزی است که به سرامیک‌های نیترید سیلیکون استحکام می‌بخشد: آنها به‌جای خرد کردن مانند سرامیک‌های درشت یا شیشه‌ای، انرژی جذب می‌کنند.

خواصی که در خدمات صنعتی بیشترین اهمیت را دارند عبارتند از:

• استحکام خمشی معمولاً بین 600 تا 1200 مگاپاسکال بسته به درجه
• چقرمگی شکست تقریباً دو برابر سرامیک آلومینا است
• چگالی حدود 3.2 گرم در سانتی متر مکعب، بسیار کمتر از فولاد
• انبساط حرارتی کم و مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی
• بی اثری شیمیایی در برابر اکثر اسیدها، نمک ها و فلزات غیر آهنی مذاب
• مقاومت الکتریکی بالا، مفید در نزدیکی عناصر گرمایشی
• ترشوندگی بسیار کم توسط آلومینیوم مذاب

این ویژگی آخر شایسته تاکید است. سرامیکی که مذاب نمی تواند خیس شود، تمیز می ماند، ابعاد خود را حفظ می کند و اکسیدها یا عناصر حل شده را به داخل قالب نمی کشد. این تنها بزرگترین دلیلی است که سرامیک نیترید سیلیکون مواد اولیه را در تجهیزات گاززدایی و انتقال جابجا می کند.

مسیرهای تولید و چرا درجه اهمیت دارد

"سرامیک نیترید سیلیکون" یک ماده نیست. بسته به اینکه پودر چگونه شکل می‌گیرد، چه مقدار کمک تف جوشی اضافه می‌شود و چگونه قطعه متراکم می‌شود، همان شیمی می‌تواند یک جزء متخلخل و ارزان قیمت نسوز یا یک سرامیک ساختاری تقریباً کاملاً متراکم تولید کند که سال‌ها در یک سلول ریخته‌گری دوام می‌آورد.

1. نیترید سیلیکون پیوندی با واکنش (RBSN): نیتروژن با یک پیش‌فرم سیلیکونی واکنش می‌دهد و بدنه متخلخل اما از نظر ابعادی پایدار می‌دهد که نیاز به ماشینکاری کمی دارد.
2. نیترید سیلیکون تف جوشی شده (SSN): پخت بدون فشار با افزودنی های اکسیدی مانند ایتریا، آلومینا یا منیزیا.
3. نیترید سیلیکون تف جوشی شده با فشار گاز (GPSN): فشار نیتروژن بالا تجزیه را سرکوب کرده و چگالی را به بالای 99 درصد می رساند.
4. نیترید سیلیکون فشرده داغ (HPSN): فشار تک محوری در طول چگالش بالاترین استحکام را می دهد اما قطعات را به اشکال ساده محدود می کند.
5. نیترید سیلیکون پیوند شده با واکنش متخلخل (SRBSN): یک مسیر ترکیبی که از پیوند واکنش شروع می شود و با تف جوشی به پایان می رسد.

مواد افزودنی تف جوشی به اندازه مسیر اهمیت دارند. آنها با تشکیل یک فاز شیشه ای نازک در مرزهای دانه، تراکم را افزایش می دهند، و ترکیب آن فاز تعیین می کند که مواد در سرویس چگونه رفتار کنند: یک سیستم خوب طراحی شده، مرزها را در برابر خزش مقاوم نگه می دارد، در حالی که یک سیستم ضعیف در دما نرم می شود.

ما یک یادداشت فنی گام به گام در مورد آن نوشته ایم فرآیند تولید سرامیک نیترید سیلیکون اگر می خواهید در تهیه پودر، شکل دهی، تف جوشی و بازرسی عمیق تر باشید.

چرا سیلیکون نیترید سرامیک اکسل در آلومینیوم مذاب؟

آلومینیوم تهاجمی تر از آن چیزی است که به نظر می رسد. در دمای 700 تا 750 درجه سانتیگراد، مذاب بسیاری از اکسیدها را کاهش می دهد، بیشتر مواد نسوز را خیس می کند و با آهن، سیلیکون و اکسیژن در سطح هر چیزی که لمس می کند واکنش نشان می دهد. یک جزء که با مذاب واکنش نشان می دهد به سادگی فرسوده نمی شود. شیمی فلز را تغییر می دهد و اجزایی را ایجاد می کند که در بازرسی نهایی ریخته گری را خراب می کند.

سرامیک نیترید سیلیکون متفاوت رفتار کن ترشوندگی کم آنها به این معنی است که آلومینیوم به جای چسبیدن از بین می رود، بنابراین روتورها و لوله ها هندسه خود را حفظ می کنند. بی اثر بودن شیمیایی آنها به این معنی است که مذاب تمیز می ماند. مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی به این معنی است که یک لوله محافظ سرما می‌تواند مستقیماً به داخل یک کوره داغ برود، بدون اینکه یک مراسم پیش گرمایش آهسته انجام شود.

اجزای معمولی داغ ساخته شده از سرامیک نیترید سیلیکون عبارتند از:

• روتورهای گاز زدایی و تصفیه برای حذف هیدروژن و آخال
• لوله های رایزر و لوله های ساقه برای ریخته گری کم فشار و انتقال فلز
• میله های درپوش و اجزای شیر برای کنترل جریان
• لوله های محافظ بخاری و لوله های محافظ ترموکوپل
• آستر لباسشویی، لوله های شار، میله های کنترل و قطعات پمپ

روتورهای گاززدایی نشان می دهند که مواد چقدر اهمیت دارند. یک روتور در حالی که تا حدی زیر آب است با چند صد دور در دقیقه می چرخد ​​و جریان گاز را به حباب های ریز می شکند که هیدروژن را از مذاب جدا می کند. باید غوطه ور شدن، هم زدن شدید و هزاران چرخه گرمایش و سرمایش را بدون از دست دادن تعادل یا ریختن ذرات به داخل فلز تحمل کند.

روتور گاز زدایی سرامیکی سیلیکون نیترید SG-28 در مقایسه با روتورهای گرافیتی، روتور گاز زدایی سرامیکی نیترید سیلیکون SG-28 در دمای بالا اکسید نمی شود، بنابراین آلومینیوم مذاب و... مشاهده محصول →

ریخته گری و ریخته گری آلومینیوم دو منطقه کاربردی هستند که در آن بیشترین تقاضا را می بینیم و منطق مواد یکسان در تمام مسیر از کوره ذوب تا قالب جریان دارد.

تطبیق مولفه ها با هر مرحله از Hot End

هنگامی که یک کارخانه ریخته گری تصمیم می گیرد تا یک جزء را به سرامیک نیترید سیلیکون منتقل کند، سوال بعدی این است که کدام درجه و کدام طراحی مناسب وظیفه است. پاسخ معمولاً از توالی فرآیند پیروی می کند.

گاز زدایی و تصفیه

روتورها، لوله های شار و میله های کنترل در آشفته ترین بخش فرآیند کار می کنند. آنها به حداکثر استحکام و مقاومت در برابر شوک حرارتی نیاز دارند، بنابراین درجه های کاملاً متراکم معمول هستند. ضخامت دیوار، طراحی رزوه و نحوه چسباندن روتور به شفت به اندازه خود ماده است، زیرا روتوری که در محل اتصال خراب می شود هرگز این شانس را ندارد که مقاومت سایشی خود را ثابت کند.

فیلتراسیون

فیلتراسیون ریز آخرین اجزاء را قبل از رسیدن فلز به قالب از بین می برد. عناصر فیلتر سرامیکی باید نفوذپذیری را با استحکام کافی برای زنده ماندن از دست زدن، پیش گرم شدن و فشار یک لباسشویی کامل ترکیب کنند. هندسه لوله به ویژه در جایی که فضای کف محدود است و مذاب باید در یک واحد فشرده و قابل تعویض تمیز شود، مؤثر است.

فیلتر لوله دقیق SMF-02 از آنجایی که صنعت ریخته گری آلومینیوم با الزامات سختگیرانه فزاینده ای برای خلوص آلومینیوم مذاب، همراه با تقاضاهای رو به رشد برای تولید پیشرفته و محیط زیست مواجه است. مشاهده محصول →

کنترل گرمایش و دما

بخاری های غوطه وری و لوله های بیرونی آنها به طور مداوم در حمامی از آلومینیوم مایع کار می کنند. لوله سرامیکی باید گرما را بدون واکنش با مذاب به طور موثر هدایت کند و باید در برابر شیب حرارتی ایجاد شده در هنگام تغییر سطح حمام مقاومت کند. لوله‌های محافظ برای ترموکوپل‌ها با محیط مشابهی روبرو هستند، در حالی که کنترل ابعادی دقیق‌تری را می‌طلبند، زیرا چند دهم میلی‌متر می‌تواند زمان پاسخ سنسور را تغییر دهد.

لوله محافظ گرمکن سرامیکی نیترید سیلیکون SG-28 لوله محافظ هیتر سرامیکی نیترید سیلیکون SG-28 دارای مقاومت قوی در برابر دمای بالا، خوردگی و شوک حرارتی در آلومینیوم مذاب است. می تواند در برابر h ... مشاهده محصول →

انتقال، کنترل جریان و ریخته گری

لوله های رایزر، میله های درپوش، میله های کنترل و قطعات پمپ، لوله کشی ریخته گری را تشکیل می دهند. در اینجا اولویت ها دقت ابعاد، مقاومت در برابر فرسایش در سوراخ، و توانایی زنده ماندن در چرخه های حرارتی مکرر بدون ترک در فلنج است. از آنجایی که این قطعات اغلب بزرگ هستند، انتخاب مسیر ساخت تاثیر مستقیمی بر هزینه و زمان تحویل دارد.

چگونه می توان یک تامین کننده سرامیک نیترید سیلیکون را ارزیابی کرد

درست کردن نیترید سیلیکون دشوار است، و تفاوت بین یک قطعه خوب و یک قطعه متوسط معمولاً شش ماه پس از سرویس به جای روی نقشه مشخص می شود. وقتی مشتریان از ما می‌خواهند در مقابل یک تامین‌کننده فعلی قیمت‌گذاری کنیم، پیشنهاد می‌کنیم چند نکته عملی را با هم مقایسه کنند.

1. بپرسید که کدام نمره و چرا ارائه می شود. عرضه‌کننده‌ای که نمی‌تواند تفاوت بین یک بدنه بدون فشار و یک بدنه تف جوشی شده با فشار گاز را توضیح دهد، بعید است که این تفاوت در تولید را کنترل کند.
2. در مورد کنترل ابعادی بپرسید. رزوه های روتور، سوراخ های لوله و سطوح فلنج باید درست باشند، زیرا قسمت سرامیکی را نمی توان در محل تنظیم کرد.
3. به جای صفت، داده های آزمون را درخواست کنید. نتایج استحکام، چگالی و شوک حرارتی باید از یک روش تست تعریف شده حاصل شود.
4. مدل تحویل را بررسی کنید. سرامیک های مصرفی طبق برنامه جایگزین می شوند، بنابراین زمان تحویل و توانایی نگهداری سهام به اندازه قیمت واحد اهمیت دارد.
5. ببینید تامین کننده به چه کسانی دیگر خدمات می دهد. تولیدکننده‌ای که بر روی آلومینیوم و سایر قسمت‌های داغ غیرآهنی تمرکز دارد، روند شما و حالت‌های خرابی شما را درک خواهد کرد.

ما در SGJL نیترید سیلیکون و مواد سرامیکی مربوطه را در تاسیساتی به مساحت 20000 متر مربع تولید می‌کنیم و به مشتریان در بیش از 30 کشور جهان ارسال می‌کنیم و صنایع ریخته‌گری و ریخته‌گری آلومینیوم به عنوان بازار اصلی ما هستند. خانواده محصولات ما شامل نیترید سیلیکون SG-28، OS-11 O'Sialon، تیتانات آلومینیوم TA-03، بخاری های غوطه وری با راندمان بالا، توپ های ذخیره حرارتی کوراندوم و قطعات پمپ سرامیکی کامل است.

سرامیک های نیترید سیلیکون یک پاسخ جهانی نیستند و ما هرگز جایگزینی هر نسوز در یک ریخته گری را با آنها پیشنهاد نمی کنیم. اما در جایی که آلومینیوم مذاب دخیل است، جایی که قطعات زودتر از کار می‌افتند یا مذاب را آلوده می‌کنند، و جایی که پنجره‌های تعمیر و نگهداری کوتاه هستند، به طور مداوم هزینه خود را پرداخت می‌کنند. اگر در حال بررسی تغییر روی روتور، لوله بالابر یا لوله محافظ بخاری هستید، خوشحالیم که در مورد چرخه کاری شما صحبت کنیم و درجه متناسب با آن را توصیه کنیم.