سيراميك الرماد المتطاير عالي الألومينا: "الدرع الواقي" للصناعات عالية الحرارة

رماد متطاير عالي الألومينا هو نوع جديد من الرماد المتطاير، يحتوي على نسبة من الألومينا تتجاوز 37%. يتكون بشكل أساسي من الألومينا (38%-50%)، والسيليكا، وأكسيد الحديد. تُشكل هذه المكونات مجتمعةً أكثر من 80%.

في غرف احتراق محركات الطائرات، قد تتجاوز درجات حرارة الغاز 2000 درجة مئوية؛ وفي أفران الصهر في مصانع الصلب، يُسبب الحديد المنصهر والخبث تآكلًا مستمرًا للبطانة المقاومة للحرارة. في مثل هذه البيئات القاسية، تُستخدم مواد سيراميكية جديدة مُحوَّلة من نفايات صناعية - عالية الألومينا - الرماد المتطاير—تعتبر البدلات الواقية الفائقة بمثابة "بدلة حماية فائقة" بفضل مقاومتها المتميزة لدرجات الحرارة المرتفعة.

خصائص المواد

يتكون قلب هذه المادة من الموليت (Al₆Si₂O₁₃)، الذي يُشكل أكثر من 85% من محتواها. يُشكل هذا الموليت إطارًا قويًا لمقاومة الحرارة. يعمل هيكل بلورات الموليت الشبكي ثلاثي الأبعاد الفريد كقرص عسل طبيعي، حيث يمنع انتقال الحرارة بفعالية. تصل مقاومته للانكسار إلى 1790 درجة مئوية أو أكثر، ما يُشبه تعرض الجسم لثلث درجة حرارة سطح الشمس. تصل قوة الضغط إلى 250 ميجا باسكال. يتحمل كل سنتيمتر مربع ضغطًا قدره 2.5 طن دون تشوه، متجاوزًا بذلك بعض أنواع الفولاذ.

مؤشر الأداء	الطوب الحراري التقليدي	سيراميك عالي الألومينا قائم على الرماد المتطاير	مركب ألياف الكربون المستخدم في صناعة الطائرات
المقاومة للحرارة (°م)	1650	≥ 1790	1500
قوة الضغط (ميجا باسكال)	150	250	120
الموصلية الحرارية (وات/م·ك)	1.2	0.8	0.5

عملية التصنيع

الشركات المصنعة أولا معجب وتنقية الرماد المتطاير عالي الألومينا الذي يحتوي على نسبة Al₂O₃ أعلى من 40%. ثم تُشكل أجسامًا خضراء باستخدام قولبة الضغط الجاف. تُشبه هذه العملية تشكيل السيراميك التقليدي، ولكن تحت ضغط 200 ميجا باسكال. وهذا يُعادل وزنًا قدره 20 طنًا على مساحة بحجم ظفر الإصبع.

بعد ذلك، يُلبَّدون المادة عند درجة حرارة تتراوح بين ١٤٠٠ و١٦٠٠ درجة مئوية لإنتاج سيراميك مسامي. ولتحسين الأداء بشكل أكبر، يستخدمون التلبيد بالضغط الساخن. تزيد هذه العملية الكثافة من ٩٠١TP3T إلى ٩٥١TP3T، مما يجعل الهيكل أكثر إحكامًا. يشبه الأمر ضغط الرمل السائب وتحويله إلى جرانيت. ومن خلال التحكم في معدل التسخين، يُنتجون بلورات موليت موزعة بالتساوي.

سيناريوهات التطبيق

بطانات أفران الصهر في مصانع الصلبيدوم الطوب الحراري التقليدي حوالي عامين. أما السيراميك الجديد فيطيل عمره الافتراضي إلى 3.2 سنوات. وهذا يُمثل تحسينًا لمادة 60%. ونتيجةً لذلك، انخفضت تكاليف التوقف عن العمل والصيانة. وقد وفّر مصنع صلب كبير 20 مليون يوان سنويًا بعد اعتماد هذه المادة.

غرف احتراق محركات الطيران والفضاءتعمل هذه المادة كطبقة عازلة. بفضل موصليتها الحرارية المنخفضة (٠٫٨ واط/متر·كلفن)، يُمكنها خفض درجة حرارة جدار المعدن بأكثر من ٣٠٠ درجة مئوية. وهذا يُشكّل حاجزًا عازلًا بين غرفة الاحتراق وجدار المعدن.

المجالات الرئيسية لأفران الزجاجتحت تآكل الزجاج المنصهر عند درجة حرارة ١٦٠٠ درجة مئوية، يتضاعف عمر الخدمة مقارنةً بالمواد التقليدية. خفّض أحد مصنعي الزجاج وتيرة صيانة الفرن بمقدار ٤٠١TP٣T.

التقدم التكنولوجي

بإضافة نانو-SiO₂ (حجم الجسيمات < 50 نانومتر)، حسّن الباحثون مقاومة الصدمات الحرارية بمقدار أربعة أضعاف. يشبه هذا التعديل نسج "حرير العنكبوت النانوي" داخل السيراميك: فعند تعرضه لتغيرات مفاجئة في درجة الحرارة، تمتص الجسيمات النانوية الطاقة عبر التحول الطوري الناتج عن الإجهاد، مما يمنع انتشار التشققات. ومن اللافت للنظر أن هذه الجسيمات النانوية تُشكل بنية "جسر نانوي" داخل السيراميك، كما لو كانت تُعطيه "سترة واقية من الرصاص".

مسحوق ملحمي

إن ظهور السيراميك عالي الألومينا القائم على الرماد المتطاير لا يحل تحديًا عالميًا في إعادة تدوير النفايات الصناعية فحسب، بل يضع أيضًا معيارًا جديدًا في مواد الحماية من درجات الحرارة العالية. فهو مبني على إطار من الموليت، ومُحسَّن بتقنية التعديل النانوي والتلبيد المتقدم، ويحقق إنجازات شاملة في مقاومة الحرارة والقوة ومقاومة الصدمات الحرارية.

بفضل خبرتها في الطحن فائق الدقة والتصنيف وتعديل المواد، توفر شركة Epic Powder تقنية معالجة الجسيمات الدقيقة التي تضمن أطوار الموليت عالية النقاء والتشتت النانوي الموحد اللازمين لهذه السيراميكات المتطورة. ومن خلال دمج حلول الطحن والتصنيف التي تقدمها Epic Powder في عملية الإنتاج، فإن هذه "الدروع الفائقة" مهيأة لدفع عجلة صناعات أكثر خضرة وكفاءة في درجات الحرارة العالية، ودعم استكشاف البشرية لبيئات أكثر قسوة بموثوقية لا مثيل لها.