استفاده از سرامیک‌ها در مقایسه با سایر مواد (مانند فلزات، پلیمرها یا کامپوزیت‌ها) مزایای متعددی دارد که به خواص منحصر به فرد آنها مربوط می‌شود. این مزایا باعث می‌شود سرامیک‌ها در کاربردهای خاص، به ویژه در محیط‌های خشن و دمای بالا، گزینه‌ای ایده‌آل باشند. در این مقاله ابتدا برخی از مهم‌ترین مزایای سرامیک‌ها نسبت به دیگر مواد بیان شده و سپس کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد و آهن بررسی می‌گردد. دعوت می کنیم به ادامه مقاله توجه بفرمائید.
گروه خط: متخصص در زمینه ساخت سرامیک‌های مهندسی و صنعتی
شرکت دانش بنیان توسعه فناوری مواد خط گروه خط، توسط چند تن از فارغ التحصیلان برتر رشته مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه تهران با سابقه چندین ساله در صنعت متالورژی، از سال ۱۳۹۹ به شکل متمرکز فعالیت خود را در زمینه انجام پروژه های تحقیقاتی-صنعتی در زمینه مهندسی مواد و متالورژی تاسیس شده است. هم اکنون این گروه در قالب شرکت دانش بنیان توسعه فناوری مواد خط در پارک علم و فناوری دانشگاه تهران به تحقیق و پژوهش در زمینه پروژه های مختلف در زمینه مهندسی مواد و متالورژی می پردازد.
گروه خط، با ظرفیت استفاده از تخصص خود در زمینه آشنایی با انواع ترکیبات سرامیکی و بهره گیری از انواع روشهای تولید صنعتی و نیمه صنعتی پیشرفته و به روز جهان، توانسته است نام خود را در زمره معدود شرکتهای متخصص سرامیک های مهندسی و پیشرفته ثبت کند.
ویژگی های خاص مواد سرامیکی نسبت به سایر مواد
۱. مقاومت حرارتی بالا
- سرامیک‌ها می‌توانند در دماهای بسیار بالا (حتی بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) بدون ذوب شدن یا تغییر شکل مقاومت کنند.
- این ویژگی باعث می‌شود سرامیک‌ها برای کاربردهایی مانند پوشش‌های دیرگداز در کوره‌ها، پاتیل‌ها و تاندیش‌ها ایده‌آل باشند.
۲. مقاومت در برابر شوک حرارتی
- برخی از سرامیک‌ها (مانند سیلیکون کاربید و آلومینا) می‌توانند تغییرات ناگهانی دما را تحمل کنند بدون اینکه ترک بخورند یا تخریب شوند.
- این خاصیت برای کاربردهایی مانند نازل‌های ریخته‌گری و لوله‌های انتقال فولاد مذاب بسیار مهم است.
- این ویژگی برای کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد بسیار اهمیت دارد.
۳. مقاومت شیمیایی بالا
- سرامیک‌ها در برابر خوردگی شیمیایی، اکسیداسیون و واکنش‌های شیمیایی مقاومت بالایی دارند.
- این ویژگی باعث می‌شود سرامیک‌ها در محیط‌های خورنده (مانند تماس با فولاد مذاب، سرباره یا گازهای داغ) عملکرد بهتری نسبت به فلزات داشته باشند.
۴. سختی و مقاومت در برابر سایش
- سرامیک‌ها معمولاً بسیار سخت‌تر از فلزات و پلیمرها هستند و مقاومت بالایی در برابر سایش، خراش و ساییدگی دارند.
- این خاصیت باعث می‌شود سرامیک‌ها برای کاربردهایی مانند غلتک‌ها، صفحات مقاوم در برابر سایش و فیلترها مناسب باشند.
- این ویژگی برای کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد بسیار اهمیت دارد.
۵. استحکام فشاری بالا
- سرامیک‌ها استحکام فشاری بسیار بالایی دارند و می‌توانند بارهای سنگین را تحمل کنند.
- این ویژگی برای کاربردهایی مانند پوشش‌های دیرگداز و اجزای ساختاری در معرض فشار بالا مفید است.
۶. عایق‌بندی حرارتی و الکتریکی
- سرامیک‌ها معمولاً عایق‌های حرارتی و الکتریکی بسیار خوبی هستند.
- این خاصیت باعث می‌شود سرامیک‌ها در کاربردهایی مانند عایق‌بندی کوره‌ها، محافظ‌های ترموکوپل و قطعات الکترونیکی استفاده شوند.
- این ویژگی برای کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد بسیار اهمیت دارد.
۷. سبکی
- سرامیک‌ها چگالی کمتری نسبت به فلزات دارند و در عین حال استحکام بالایی دارند.
- این ویژگی باعث کاهش وزن قطعات و بهبود کارایی در کاربردهایی مانند صنایع هوافضا و خودروسازی می‌شود.
۸. بی‌اثری (عدم واکنش‌پذیری)
- سرامیک‌ها معمولاً بی‌اثر هستند و با مواد دیگر واکنش نمی‌دهند.
- این خاصیت باعث می‌شود سرامیک‌ها برای کاربردهایی مانند بوته‌های ذوب، ظروف نگهداری مواد شیمیایی و فیلترها مناسب باشند.
- این ویژگی برای کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد بسیار اهمیت دارد.
۹. طول عمر بالا
- به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش، خوردگی و دمای بالا، قطعات سرامیکی معمولاً طول عمر بیشتری نسبت به قطعات فلزی یا پلیمری دارند.
- این موضوع باعث کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و افزایش بهره‌وری می‌شود.
۱۰. پایداری ابعادی
- سرامیک‌ها در دماهای بالا تغییر شکل نمی‌دهند و پایداری ابعادی بالایی دارند.
- این ویژگی برای کاربردهایی مانند قالب‌ها، نازل‌ها و اجزای دقیق مهندسی بسیار مهم است.
۱۱. مقاومت در برابر خستگی
- سرامیک‌ها مقاومت بالایی در برابر خستگی (Fatigue) دارند و می‌توانند بارهای تکراری را برای مدت طولانی تحمل کنند.
- این خاصیت برای کاربردهایی مانند اجزای ماشین‌آلات و قطعات تحت بار دینامیک مفید است.
۱۲. کارایی در محیط‌های خشن
- سرامیک‌ها می‌توانند در محیط‌های خشن (مانند تماس با مواد مذاب، گازهای خورنده یا ذرات ساینده) عملکرد بهتری نسبت به فلزات و پلیمرها داشته باشند.
- این ویژگی باعث می‌شود سرامیک‌ها در صنایعی مانند متالورژی، معدن و انرژی کاربرد گسترده‌ای داشته باشند.
۱۳. سازگاری با محیط زیست
- سرامیک‌ها معمولاً از مواد طبیعی ساخته می‌شوند و قابل بازیافت هستند.
- همچنین، به دلیل طول عمر بالا، ضایعات کمتری تولید می‌کنند.
معایب سرامیک‌ها (برای مقایسه)
با وجود مزایای فراوان، سرامیک‌ها معایبی نیز دارند که باید در نظر گرفته شوند:
- شکنندگی: سرامیک‌ها معمولاً شکننده هستند و در برابر ضربه مقاومت کمتری دارند.
- هزینه تولید بالا: فرآیند تولید سرامیک‌ها (به ویژه سرامیک‌های پیشرفته) ممکن است هزینه‌بر باشد.
- محدودیت در شکل‌پذیری: سرامیک‌ها به راحتی مانند فلزات قابل ماشین‌کاری یا شکل‌دهی نیستند.
سرامیک‌ها به دلیل مقاومت حرارتی بالا، مقاومت شیمیایی، سختی و طول عمر بالا، در بسیاری از کاربردهای صنعتی (به ویژه در صنایع فولاد، هوافضا، انرژی و الکترونیک) جایگزین مناسبی برای فلزات و پلیمرها هستند. با این حال، شکنندگی و هزینه تولید بالا از محدودیت‌های اصلی آنها محسوب می‌شوند. انتخاب سرامیک‌ها به عنوان ماده اولیه باید با توجه به نیازهای خاص هر کاربرد انجام شود.
پیشنهاد مطالعه: ساخت قطعات سرامیک نساجی
کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد
سرامیک‌های CIM (قالبگیری تزریقی سرامیک) به دلیل خواص منحصر به فردی مانند پایداری حرارتی بالا، مقاومت در برابر سایش و بی‌اثری شیمیایی، کاربردهای متعددی در فرآیند تولید فولاد دارند. در ادامه برخی از کاربردهای کلیدی این مواد آورده شده است:
۱. اجزای دیرگداز
- پوشش‌های پاتیل: سرامیک‌های CIM برای پوشش پاتیل‌هایی که فولاد مذاب را حمل می‌کنند، استفاده می‌شوند. پایداری حرارتی بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی، این مواد را برای این کاربرد ایده‌آل می‌کند.
- پوشش‌های تاندیش: تاندیش‌ها در فرآیند ریخته‌گری مداوم برای نگهداری فولاد مذاب قبل از ریخته‌گری به قالب‌ها استفاده می‌شوند. سرامیک‌های CIM مقاومت عالی در برابر سایش و شوک حرارتی در این محیط فراهم می‌کنند.
- صفحات شیر تخلیه (Slide Gate Plates): این اجزا جریان فولاد مذاب از پاتیل به تاندیش را کنترل می‌کنند. سرامیک‌های CIM مقاومت بالایی در برابر سایش و پایداری حرارتی دارند که کنترل دقیق و طول عمر بالا را تضمین
- می‌کنند.
۲. نازل‌ها و لوله‌های ریخته‌گری
- نازل‌های ورودی غوطه‌ور (SEN): این نازل‌ها در ریخته‌گری مداوم برای انتقال فولاد مذاب از تاندیش به قالب استفاده می‌شوند. سرامیک‌های CIM مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی و سایش دارند و جریان روان و کنترل‌شده را تضمین می‌کنند.
- لوله‌های ریخته‌گری: این لوله‌ها برای انتقال فولاد مذاب از پاتیل به تاندیش یا قالب استفاده می‌شوند. سرامیک‌های CIM پایداری حرارتی بالا و مقاومت در برابر حمله شیمیایی فولاد مذاب و سرباره را ارائه می‌دهند.
۳. لوله‌های محافظ ترموکوپل
- سرامیک‌های CIM برای ساخت لوله‌های محافظ ترموکوپل‌هایی که دمای فولاد مذاب را اندازه‌گیری می‌کنند، استفاده می‌شوند. این لوله‌ها باید در برابر دمای بسیار بالا و محیط‌های خورنده مقاومت کنند، بنابراین سرامیک‌های CIM انتخاب ایده‌آلی هستند.
۴. فیلترها و دستگاه‌های کنترل جریان
- فیلترهای سرامیکی: این فیلترها برای حذف ناخالصی‌ها از فولاد مذاب استفاده می‌شوند. فیلترهای سرامیکی CIM پایداری حرارتی بالا و مقاومت شیمیایی دارند که فیلتراسیون مؤثر را تضمین می‌کنند.
- دستگاه‌های کنترل جریان: سرامیک‌های CIM در دستگاه‌های مختلف کنترل جریان برای تنظیم جریان فولاد مذاب استفاده می‌شوند و کنترل دقیق و دوام بالا را ارائه می‌دهند.
۵. اجزای عایق‌بندی
- صفحات و کاشی‌های عایق: سرامیک‌های CIM برای ساخت اجزای عایق‌بندی که به حفظ دمای فولاد مذاب در طول انتقال و پردازش کمک می‌کنند، استفاده می‌شوند. هدایت حرارتی کم و پایداری حرارتی بالا، این مواد را برای این کاربرد مناسب می‌کند.
۶. اجزای مقاوم در برابر سایش
- صفحات و پوشش‌های مقاوم در برابر سایش: در مناطقی که مقاومت بالا در برابر سایش مورد نیاز است، مانند حمل و پردازش مواد اولیه، سرامیک‌های CIM برای ساخت صفحات و پوشش‌هایی که عمر تجهیزات را افزایش می‌دهند، استفاده می‌شوند.
۷. سنسورها و ابزار دقیق
- سنسورهای اکسیژن: سرامیک‌های CIM در سنسورهای اکسیژنی که میزان اکسیژن فولاد مذاب را اندازه‌گیری می‌کنند، استفاده می‌شوند. این سنسورها به موادی نیاز دارند که در برابر دمای بالا و محیط‌های خورنده مقاومت کنند.
- سنسورهای سطح: این سنسورها برای اندازه‌گیری سطح فولاد مذاب در ظروف مختلف استفاده می‌شوند و سرامیک‌های CIM دوام و پایداری حرارتی لازم را فراهم می‌کنند.
۸. بوته‌ها و ظروف
- بوته‌ها: سرامیک‌های CIM برای ساخت بوته‌هایی که برای ذوب و نگهداری مقادیر کم فولاد یا نمونه‌های آلیاژی استفاده می‌شوند، به کار می‌روند. پایداری حرارتی بالا و بی‌اثری شیمیایی، این مواد را برای این کاربرد مناسب می‌کند.
- ظروف: ظروف ساخته شده از سرامیک‌های CIM برای حمل و نگهداری نمونه‌های فولاد مذاب استفاده می‌شوند و مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی و حمله شیمیایی ارائه می‌دهند.
۹. غلتک‌ها و راهنماها
- غلتک‌ها: در ماشین‌های ریخته‌گری مداوم، غلتک‌های سرامیکی CIM برای هدایت و حمایت از فولاد در حین انجماد استفاده می‌شوند. مقاومت بالا در برابر سایش و پایداری حرارتی، عملکرد روان و طول عمر بالا را تضمین می‌کند.
- راهنماها: سرامیک‌های CIM در راهنماهایی که به هدایت فولاد در فرآیند ریخته‌گری کمک می‌کنند، استفاده می‌شوند و دوام و دقت را فراهم می‌کنند.
۱۰. اجزای مدیریت سرباره
- ظروف و پوشش‌های سرباره: سرامیک‌های CIM در ساخت ظروف و پوشش‌هایی که برای مدیریت محصولات جانبی تولید فولاد استفاده می‌شوند، به کار می‌روند. مقاومت در برابر شوک حرارتی و حمله شیمیایی، عملکرد قابل اطمینان را تضمین می‌کند.
جمع‌بندی
سرامیک‌های CIM نقش حیاتی در فرآیند تولید فولاد ایفا می‌کنند و با ارائه اجزایی که می‌توانند در برابر دمای بسیار بالا، محیط‌های خورنده و سایش مکانیکی مقاومت کنند، به بهبود کارایی، دوام و کیفیت تولید فولاد کمک می‌کنند. کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد از پوشش‌های دیرگداز و دستگاه‌های کنترل جریان تا سنسورها و اجزای مقاوم در برابر سایش گسترده است.
برای مطالعه در مورد دیگر کاربرد قطعات سرامیکی در صنعت فولاد و ذوب فلزات مقاله شرکت آلمانی سرام تک را مطالعه بفرمائید:
