مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، العديد من الصناعات مثل الفضاء، الطاقة النووية، المعادن، الإلكترونيات، الهندسة الكيميائية، مواد البناء،والنقل يطرح باستمرار تحديات جديدة للمواد الحارقةظروف الاستخدام تصبح أكثر صرامة وتخصصا. لا يمكن للمواد الحارقة العادية تلبية هذه المتطلبات الجديدة.المواد الحارقة الخاصة فقط المقاومة لدرجات الحرارة العالية، مقاومة التآكل، والأداء الجيد في الكيمياء عالية درجة الحرارة والاستقرار الحراري يمكن أن تحمل هذه المسؤوليات وتلبية متطلبات الاستخدام.
المواد الحارقة الخاصة تشمل مجموعة واسعة من الفئات، وتشمل في المقام الأول أكسيدات ذو نقطة انصهار عالية، غير أكسيدات ذو نقطة انصهار عالية ومكوناتها المركبة المشتقة، السيراميك المعدنية،طلاءات عالية درجة الحرارة، والألياف عالية درجة الحرارة، ومواد تعزيزها. من بينها، غير أكسيدات ذو نقطة انصهار عالية يشار إليها عادة باسم المركبات الحارقة، والتي تشمل الكربيدات، النترات، البوريدات،السيليسيداتوالكبريتيدات
تطبيقات المواد الحارقة الخاصة للأكسيدات
1المواد الحارقة الخاصة من الألومينا (الكروندوم)
وبسبب أدائها الممتاز في درجات الحرارة العالية وفعالية التكلفة لمواد الألومينا ، فإنها لديها أوسع مجموعة من التطبيقات.
تُستخدم طوب الكوروندوم عالي النقاء والكثافة العالية والأداء العالي على نطاق واسع في الأفران العالية الكبيرة والكؤوس في مصانع الصلب ، مما يحقق نتائج ممتازة.فهي أفضل مواد غطاء لفرن ثانوي وفرن الغاز في مصانع الأمونيا الاصطناعية على نطاق واسع (300وفرن التكسير في مشروع 300 ألف طن من الإيثيلين.
طوب الكوروندوم المستقر في درجات الحرارة العالية هي المواد المفضلة للغطاء لمختلف أفران درجات الحرارة العالية للغاية ، مثل المواد الخاصة والمنتجات الموقدة ،أفران الأسلاك الموليبدينية، أفران عصى التولفستين، أفران الانتشار، أفران المعادن السيراميكية، أفران الموليبدينوم السيليكونية الكهربائية، الخ.كما تستخدم طوب الكوروندوم عالية الجودة في أفران الهواء الساخن لمولدات السائل المغناطيسي.
منتجات الكرات المجوفة من الألومينا ومنتجات ألياف الألومينا هي منتجات توفير الطاقة في درجات الحرارة العالية.فهي مواد غطاء مثالية لتوفير الطاقة وتقليل استهلاك الفرن.
يمكن تصنيع السيراميكات الدقيقة من الألومينا إلى صناديق ووسائد لصهر أو تنقية المعادن غير الحديدية والنادرة والكريمة، وأنابيب الفرن عالية درجة الحرارة، وأنابيب حماية الحرارة،والأنابيب السيرامية العازلةأنابيب ليزر، أنابيب المباشرة، مصابيح الصوديوم الشفافة، أنابيب، غطاء هوائي الرادار، أجهزة الميكروويف، بطاريات الصوديوم والكبريت، منظفات الغاز، ومصابيح الشمعة.
يمكن استخدام السيراميك الألومينا، كمواد مقاومة للاستنزاف ومقاومة للتآكل، لفلترات السوائل المعدنية، والسيراميك عالية درجة الحرارة للتحليل الفيزيائي والكيميائي،وأجزاء في صناعات الآلات الكيميائية والمنسوجة، مثل الأختام والصمامات والمضخات وحاملات المحفزات لبتروكيماويات
يمكن استخدام السيراميك الألومينا في الطاقة النووية لوسائد عزل المفاعل وفي الهندسة الحيوية لصنع المفاصل الاصطناعية والأسنان الاصطناعية ، إلخ.
بسبب صلابة مواد الكوروندوم المرتفعة للغاية ، وهي الثانية فقط للماس ، فهي مواد مقاومة للارتداء الممتازة. يمكن تصنيعها في أدوات مختلفة للقطع والطحن ،أسلاك الرسم، أبراج لسحب الألياف الاصطناعية ، أقراص طحن لآلات الطحن ، محامل مقاومة للاستخدام ودرجات حرارة عالية ، غطاء طاحونة الكرات ، وسائط الطحن ، فوهات الرمل ،ومحارق عالية الحرارة، من بين أمور أخرى
2أكسيد المغنيسيوم (بيريكلاز) مواد صامدة خاصة
أكسيد المغنيسيوم (البريكلاز) هو مادة قاسية مقاومة للحريق ذات درجة حرارة لتهدئة الحمل العالية وانزلاق منخفض. على الرغم من أن نقطة انصهارها مرتفعة جداً عند 2800 درجة مئوية،من المرجح أن تتطاير في الغلاف الجوي المنخفض، والحد من درجة حرارة الاستخدام القصوى إلى 2000 درجة مئوية. إنه يعد مادة هيكلية ممتازة للأفران عالية درجة الحرارة للغاية ومناسبة أيضًا لتغطية أفران الاستقبال ،أفران متوسطة التردديمكن استخدام طوب المغنيسيوم عالي النقاء كطوابق قناة في مولدات السوائل المغناطيسية.
يمكن تصنيع منتجات السيراميكية من أكسيد المغنيسيوم إلى صناديق المغنيسيوم لذوبان وتنقية المعادن غير الحديدية والنادرة والكريمة. كما تستخدم كأنابيب فرن عالية درجة الحرارة ،أنابيب الحماية ذات الحامل الحراري من التلفستين والرينيوم ذات درجة حرارة عالية للغاية، والخرز السيراميكية العازلة.
3أكسيد الزركونيوم المواد الحارقة الخاصة
أكسيد الزركونيوم هو مادة مقاومة للحريق الحمضية مع نقطة انصهار 2650 درجة مئوية. بسبب استقراره الكيميائي الممتاز في درجات الحرارة العالية ، يمكن استخدامه في تطبيقات مختلفة ،بما في ذلك أفران الفراغأفران الأسلاك الموليبدينوم، أفران الغاز، الأفران الكهربائية المتوسطة والعالية التردد، وأفران الكريستال الواحد.ذو درجة حرارة استخدام أقصاها 2400 درجة مئويةفي صناعة المعادن ، يتم استخدامه للصب الفوهات وحلقات الفصل في الصب المستمر ،ويمكن استخدامه في إنتاج أغطية العزل والغلاف في أفران الكريستال الواحد.
الكرات المجوفة من أكسيد الزركونيوم ومنتجات ألياف أكسيد الزركونيوم هي حاليًا أكثر مواد العزل كفاءة في استخدام الطاقة بين مواد الأكسيد.أنها لا تعمل فقط كمواد عازلة وحاجز حراري في أفران درجة حرارة عالية ولكن يمكن أيضا أن تستخدم مباشرة كمواد غطاء.
يمكن استخدام منتجات السيراميكية من أكسيد الزركونيوم عالية الحرارة لتصنيع الهوائيات لصهر المعادن غير الحديدية والنادرة والكريمة ،كذلك أنابيب الفرن عالية درجة الحرارة وأنابيب حماية الحرارةبالإضافة إلى ذلك، فإنها تجد تطبيقات في بيئات مختلفة عالية درجة الحرارة، مثل التحكم في الأكسجين وقياس درجة الحرارة في المياه والصلب المنصهر،الالكتروليتات الصلبة لمحركات العزل السيراميكية، مكونات لمولدات السوائل المغناطيسية، العزل والمواد المثبتة لمحركات الطائرات النفاثة، الصواريخ، فوهات الصواريخ، مخروطات أنف المركبات الفضائية، وغيرها.
يمكن استخدام السيراميك عالية درجة الحرارة من أكسيد الزركونيوم أيضًا لصنع محركات سحب الأسلاك ، وأدوات القطع ، والريشات ، والحاويات عالية درجة الحرارة ، والوسائد المقاومة للارتداء ، وأجزاء المضخات المقاومة للتآكل ،كرات الوسائط الطحن، ومكونات أخرى.
يمكن أيضاً استخدام مواد خاصة مقاومة للحرارة من أكسيد الزركونيوم لإنتاج عناصر تسخين للأفران الكهربائية عالية درجة الحرارة، المقاومات الحساسة للحرارة، أجهزة استشعار الغاز،و أيضاً طلاءات الرش والطلاءات المقطوعة للمواد الحارقة غير المشكلة.
4أكسيدات أخرى (BeO، CaO، ThO2، CeO، SiO2) مواد صامدة خاصة
أكسيد البيريليوم (BeO) هو مادة قاعية خاصة مقاومة للحرارة معروفة بقيادتها الحرارية العالية ومقاومتها الممتازة للصدمات الحرارية والقيادة الكهربائية المنخفضة.يمتلك خصائص نووية مواتية، مثل القدرة القوية على تباطؤ النيوترونات وارتفاع اختراق الأشعة السينية. ومع ذلك ، بسبب سميته الكبيرة ، يتم تقييد إنتاجها وتطبيقها.يمكن استخدامه لتصنيع حاويات لصهر المعادن النادرة والمعادن عالية النقاء مثل Beفي الصناعة الإلكترونية، يجد تطبيقات في الترددات العالية، العزل،وأجهزة لتفريغ الحرارة.
أكسيد الكالسيوم (CaO) هو مادة صلبة خاصة قاعية أخرى. على الرغم من أنه يحتوي على نقطة انصهار عالية ، إلا أن حساسيته لترطيب يسبب مسحوق يحد من استخدامه العملي.يمكن استخدام منتجاتها كخلاطات لصهر البلاتينمواد صلبة للحريق خاصة للعمل بالمعادن النفاثة وغيرها من المواد الصلبة المتخصصة
ثوريوم ثاني أكسيد (ThO2) مواد صامدة خاصة، على الرغم من ارتفاع نقطة انصهار 3050 درجة مئوية، لديها نشاط إشعاعي. يمكن استخدامها كخلاطات لذوبان المعادن مثل اليورانيوم، الأوزميوم، الروديوم،والراديوم، وكذلك الوقود للمفاعلات الذرية وعناصر التدفئة للأفران الكهربائية عالية درجة الحرارة.
أكسيد السيريوم (CeO) مواد مقاومة للحريق خاصة ، على الرغم من أن لديها نقطة انصهار عالية ، فإنها عرضة للتخفيض. يمكن استخدام منتجاتها كحاويات لذوبان المعادن الأرضية النادرة ،أجهزة أشباه الموصلات ذات المقاومة المنخفضة، ومواد الطحن.
ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) مادة صلبة خاصة ، معروفة بنسبة التوسع الخطي المنخفضة للغاية ومقاومة الصدمات الحرارية الممتازة ، تجد تطبيقات في مختلف الصناعات.يمكن أن تكون منتجات الكوارتز المنصهر قنوات لنقل المعدن المنصهرفي الصناعة الكيميائية ، والمواد الصلبة للصمامات والمضخات في صهر المعادن غير الحديدية.المواد الكوارتزية تستخدم كطلاء مقاوم للحمض ومقاوم للتآكل للحاويات والمفاعلاتفي صناعة الزجاج ، تستخدم مواد الكوارتز في صهر طوب الخزانات وحلقات التدفق القوس والضبابيات ومواد الإصلاح الحراري.
تطبيق مواد خاصة مقاومة للحرائق للمركبات الحارقة
1منتجات الكربون والكربيد
تستخدم منتجات الكربون أو الجرافيت على نطاق واسع في صناعة المعادن ، مع أكبر استخدام في طوب الكربون في الفرن العالي للمكونات مثل قاع الفرن والحريق والشاش.ويتم استخدام الطوب الكربوني أيضا في الخلايا الكهربائية الألومنيوم، الفرن الكهربائي لإنتاج سبائك الحديد، خزانات الحمض في صناعة التقطيع الكهربائي، خزانات الحل في صناعة الورق، خزانات التفاعل وخزانات التخزين في الصناعة الكيميائية،وأوعية الضغط العالي في صناعة البتروكيماويات.
تُستخدم كتلة الجرافيت وأقطاب الكربونات الكربونية كمواد للكربونات الموصلة في مختلف الأفران الكهربائية الصناعية لمصافحة الصلب ، وتحليل الكربونات الكهربائية للألومنيوم ، وتحليل الكربونات الكهربائية للمغنيسيوم ،تحليل الكهربائي للنيكل، ومحافظات الاندماج الكهربائي. بسبب التوصيل الممتاز لمنتجات الكربون أو الجرافيت ، يتم استخدامها أيضًا لتصنيع عناصر التسخين الكربونية.
هناك أنواع مختلفة من الكربيدات ، مثل SiC و B4C و ZrC و TiC و WC ، من بينها SiC و B4C و WC الأكثر استخدامًا.كربيد السيليكون (SiC) ومنتجاتها تجد تطبيقات واسعة النطاق بسبب خصائصها الممتازةتستخدم في تصنيع المواد الهشاشة وأدوات الطحن، والعناصر التدفئة المقاومة غير المعدنية، والمواد الحارقة الخاصة.تستخدم منتجات كربيد السيليكون كمواد غطاء للأفران العالية، وفي صهارة المعادن غير الحديدية (الزنك والنحاس والألومنيوم) ، يتم استخدامها في أعمدة التقطير ، وأقراص المعادن المنصهرة في الخلايا الكهربائية ، ومضخات الشفط ، والخنادق ، إلخ.في صناعة البورسلين الكهربائي والسيراميك، تستخدم منتجات الكربيد السيليكونية في المقابس والرفوف والصناديق وغيرها من أثاث الفرن في الفرن المقاوم للشعلة. يمكن تصنيع السيراميك من الكربيد السيليكوني إلى أنابيب فرن عالية درجة الحرارة ،أنابيب الحرارة، أنابيب الإشعاع، أنابيب مبادلة الحرارة، أدوات السيراميك، محركات عازلة، شفرات التوربين، وحلقات الختم، من بين أمور أخرى.منتجات الكربيد السيليكونية هي مواد ممتازة مقاومة للارتداء ويمكن استخدامها لصنع أجزاء في مكونات آلة الورقفي الصناعة الكيميائية، يمكن تصنيع أجزاء مختلفة مثل الأنابيب والمضخات والصمامات وما إلى ذلك من كربيد السيليكون لأوعية التفاعل.يمكن أيضا تصنيع الكربيد السيليكون في عناصر التدفئة، ألياف الكربيد السيليكون، والشوارب.
مواد خاصة لكربيد البورون
تستخدم مواد كاربيد البورون الخاصة بشكل رئيسي للأدوات الهشاشة وأدوات الطحن. ويمكن استخدامها أيضًا في صهر المعادن ، والخنادق لسحب الكريستال الواحد ،حلقات فصل للصب مستمر أفقي، والصب المعدن القوالب، وغطاء لثيرموبال، وكلاء التحكم لمفاعلات الطاقة الذرية، والمعايير، والمواد الغطاء للوقود النووي.
2مواد صامدة خاصة من النترات
نتريد السيليكون مادة صامدة خاصة: في صناعة المعادن ، يمكن استخدامه لإنتاج حاويات الصب ، أنابيب لنقل المعادن السائلة ، الصمامات ، المضخات ،أنابيب الحماية الحرارية، والخنادق والقوارب ، ومختلف مواد الغطاء للصهر غير المعدني. مقاومة عالية للحرارة والصدمة تجعلها مناسبة لتصنيع مواد الغطاء للفوهات الصاروخية ،فوهات الصواريخ النفاثةفي الصناعة الميكانيكية، يمكن تصنيعها في شفرات التوربينات، شفرات التوربو، وشفرات محركات السيارات.يمكن استخدامه في تصنيع كرات وملفات المحاملفي صناعة مواد البناء والسيراميك، يمكن استخدامها لصنع الأجزاء السيرامية للآلات النسيجية عالية السرعة،أثاث و أدوات الأفران طويلة الأمدبسبب خصائصها كمعزول كهربائي ومثبت ، يمكن استخدامها كفيلم رقيق في الدوائر المتكاملة.
نتريد البورون مادة صامدة خاصة: بسبب مقاومة التآكل العالية، مقاومة الحرارة، ومقاومة الصدمة الحرارية عند التعرض للمعادن المنصهرة،يمكن استخدامه لصنع حاويات مختلفة للسوائل المنصهرة، والكريستالات المفردة لسحب، أنابيب حماية ثيرموكول، والقوالب الصب الضغط.خصائص العزل الكهربائي تجعلها مناسبة للاستخدام كمادة غطاء فرن في أجهزة توليد الطاقة السائل المغناطيسي، أفران تدفق البلازما، مواد العزل الكهربائية عالية التردد، مخزونات الحرارة للترانزستورات والدوائر المتكاملة، والفوهات لصواريخ الأيون.يمكن استخدام نتريد البورون أيضًا كمواد تزيين ومواد إطلاق، والعجلات الطاحنة لنيتريد البور الكوبي تظهر مقاومة ارتداء متفوقة مقارنة مع تلك المصنوعة من الماس.
نتريد الألومنيوم مادة صامدة خاصة: باعتبارها مادة ممتازة مقاومة للتآكل ، يمكن استخدام نتريد الألومنيوم لصنع صناديق لذوبان المعادن ومواد الإفراج وأنابيب الحماية.في صناعة تكرير الألومنيوم، يستخدم لصنع حاويات لتبخر الفراغ من الألومنيوم. يمكن استخدام نتريد الألومنيوم عالي النقاء كحاويات لتكرير آرسنيد الغاليوم وفوسفيد الغاليوم ،من بين أشباه الموصلات الأخرى.