الیاف سرامیکی و نقش آن در صنعت دیرگداز

الیاف سرامیکی یا نسوز، در شمار عایق های گرم به شمار می رود که پایه معدنی دارد. این الیاف با رنگ سفید، شیشه ای یا غیربلوری با قطر 2 تا 3 میلی میکرون هستند که از پشم سرامیک ساخته می شوند. این الیاف به دلیل ویژگی های همچون تحمل دمای بالا، انتقال حرارت پایین، سبک و بادوام در برابر شوک های حرارتی در تهیه انواع منسوجات عایق در حرارت های بالا کاربرد دارد. با توجه به ویژگی این الیاف با دارا بودن ابعاد بزرگ و کوچک، در برنامه های تجاری و صنعتی کاربردهای بسیاری دارد. از جمله کاربردهای این الیاف می توان به عایق حراراتی، عایق صوتی، پوشش و آسترکاری سطوح داخلی کوره های حرارتی، کوره صنعتی، ماده مهر و موم در صنایع متالوژی، شیمیایی، برق و مکانیکی، مورد استفاده در صنایع ساختمانی برای ساخت آجر، سرامیک و کاشی، مورد استفاده در صنایع پتروشیمی، آلومینیوم، شیشه، فیبر شیشه نوری و کابل های فایبر گلاس نوری، مورد استفاده در سایر صنایع از جمله فلزات غیرآهنی، نفت، آهن و فولاد، مورد استفاده در صنایع پشم سرامیک، در محصولات تجاری از قبیل موشک های هوا فضا، قطعات هواپیما، مبدل های حرارتی و عناصر توربین و... اشاره کرد.

الیاف سرامیکی؛ ویژگی ها و کاربردهای 

الیاف سرامیکی یا نسوز، در شمار عایق های گرم به شمار می رود که پایه معدنی دارد. این الیاف با رنگ سفید، شیشه ای یا غیربلوری با قطر 2 تا 3 میلی میکرون هستند که از پشم سرامیک ساخته می شوند. به عبارت دیگر، فیبرهای سیلیکات آلومینیوم را الیاف سرامیکی می نامند؛ این الیاف به دلیل ویژگی های همچون تحمل دمای بالا، انتقال حرارت پایین، سبک و بادوام در برابر شوک های حرارتی در تهیه انواع منسوجات عایق در حرارت های بالا کاربرد دارد. با توجه به ویژگی این الیاف با دارا بودن ابعاد بزرگ و کوچک، در برنامه های تجاری و صنعتی کاربرد دارد. 

مواد تشکیل دهنده الیاف سرامیکی

منشای این الیاف، اکسیدهای فلزی هستند که این اکسیدهای فلزی شامل اکسید آلومینیوم (آلومینا)، اکسید منیزیم (مگنزیا)، اکسید سیلیسیوم (سیلیکا)، اکسید زیرکونیوم (زیرکونیا) و اکسید باریم (بوریا) هستند. البته پرکابردترین مواد اصلی تشکیل دهنده این الیاف، آلومینای خالص و سیلیکا یا ترکیبی از این ماده هستند. 

 ویژگی های الیاف سرامیکی

  از جمله ویژگی های این الیاف می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 - وزن سبک، ثبات در دمای بالا و نصب راحت و سریع 

- پایداری و مقاومت زیادر برابر شوک حرارتی بالا، انعطاف پذیری بالا، مقاوم به مواد شیمیایی، دارای  تراکم کم

 - بی بو، نسوز، ضدآتش و دارای سازگاری با بیشتر اسیدها و مواد بازی

- این الیاف به شکل الیاف کوتاه یا بلند و پارچه های فیبری تولید می شود که در یک پارچه فیبری الیاف ریز به شکل ردیفی و از 500 تا 10000رشته جدا ساخته می شود. 

- به علت قطر خوبی که دارد در برابر خوردگی و دمای بالا مقاومت خوبی از خود نشان می دهد و تحمل حرارتی تا 1300 درجه را دارد و با اضافه کردن مقدار کمی زیرکونیوم می توان این مقاومت را تا 1600 درجه بالا برد.

- جایگزینی بسیار خوب این الیاف برای آزبست هم از ویژگی دیگر آن به شمار می رود.  

انواع الیاف سرامیک

 الیاف سرامیکی (نسوز) و الیاف سفید در صنعت بیشترین کاربرد و استفاده را دارند،  این الیاف به دو دسته عمومی الیاف اکسیدی که براساس کاربید سیلیکول بتا فاز استوار است و دوم الیاف غیراکسیدی که اساسا بر پایه آلومینا سیلیکا است، تقسیم می شوند.

الیاف سرامیک فله،  مدول سرامیکی، پتوی سرامیکی، چسب و گوتینگ حرارتی ، الیاف سرامیکی پانلی، برد سرامیک، درزبند و خمیر پرکننده از انواع دیگر این الیاف به حساب می آیند و به علت اینکه در دمای بالا قابلیت رسیدن به شرایط تلفیق را دارند، می توان از آن برای تولید کامپوزیت های ماتریس تیتانیوم استفاده کرد.

انواع اکسید، غیراکسید  یا انواع دیگر رشته ها و الیاف سرامیک  در بیشتر  موارد براساس نیاز فیزیکی، مکانیکی یا حرارتی کاربردهایی پیدا می کنند، برای نمونه الیاف سرامیکی نسوز بیشتر برای ساخت کامپوزیت های خاص و به عنوان عایق حرارتی در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرند. این الیاف به علت قیمت بالای آن  به مقدار کمی تولید می شود و درکاربردهای خاصی مانند هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد.    

کاربردهای الیاف سرامیکی

در نیم قرن گذشته، پیشرفت قابل توجهی در استفاده از این الیاف با کارایی بالا روی داده است. در صنایع مختلف استفاده از الیافی که هم با کیفیت تر و هم ارزان و در دسترس باشند، همواره مورد توجه بیشتری قرار می گیرد در این میان الیاف سرامیک به علت مزیت های فراوان در نیم قرن اخیر به یک الیاف مقرون به صرفه و مناسب اخیر تبدیل شده که به برخی از  کاربرد های این الیاف می پردازیم:

- عایق صوتی در توربین های گازی و اگزوز موتورهای دیزلی و مبدل کاتالیستی و عایق حرارتی در لنت ترمز 

- پوشش و آسترکاری سطوح داخلی کوره های حرارتی، کوره صنعتی، کوره های نگهدارنده،  اجاق گاز، قالب های ریخته گری و...

- ماده مهر و موم در صنایع متالوژی، شیمیایی، برق و مکانیکی

- مورد استفاده در فیلتراسیون نیتریدها و اکسیدها از فلزات مذاب به منظور صرفه جویی در انرژی

- عایق حرارتی در کوره های آنیلینگ، آلواتری، کراکینگ، سقف، در و مفصل های گسترش کوره

- مورد استفاده در صنایع ساختمانی برای ساخت آجر، سرامیک و کاشی

- مورد استفاده در صنایع پتروشیمی، آلومینیوم، شیشه، فیبر شیشه نوری و کابل های فایبر گلاس نوری

- مورد استفاده در سایر صنایع از جمله فلزات غیرآهنی، نفت، آهن و فولاد، 

- مورد استفاده در صنایع پشم سرامیک، در محصولات تجاری از قبیل موشک های هوا فضا، قطعات هواپیما، مبدل های حرارتی و عناصر توربین 

همچنین سرامیک نسوز برای صرفه جویی در انرژی و افزایش بهره وری کاربرد دارد، چراکه موجب صرفه جویی حدود 30درصد انرژی در کوره گرمای مداوم و 15 درصد در کوره متناوب صنعتی می شود که همین ویژگی این الیاف را از نظر مقاومت و استحکام غنی و در صنایع مختلف کاربردی می کند.

مزایای الیاف سرامیکی 

 این الیاف به صورت الیاف نسوز دارای مزیت ها و ویژگی های زیر هستند: 

- در مصارف با دمای 1000 درجه سانتیگراد  استفاده می شود.

- ساختاری پلی کریستالی(چند رشته ای) دارند که این ساختار در ساخت کامپوزیت های خاص کاربرد دارد. 

- ساختار مونوفیلامینت (تک کریستالی) آن گران هستند و انعطاف پذیری محدودی دارند که همین امر ساخت کامپوزیت های پیچیده را مشکل می کند.

  - الیاف از نوع سرامیکی بر اساس  ضخامت و شکل خود  متفاوت عمل می کنند. هر اندازه که نازک تر باشند، انعطاف پذیری بیشتری دارند.

- واکنش شیمیایی در این الیاف کم است و یکی از بهترین ویژگی آن مقاوم بودن در برابر اکسیداسیون در دمای بالا و تحرک نداشتن در برابر خوردگی در کامپوزیت هایی که ماتریس فلزی دارند.

- مطابق سیستم نساجی الیافی که قطر آنها بیش از 1 میلیمتر باشد را  می توان به صورت الیاف قابل تغییر  در نظر داشت.

-  این الیاف در درجه حرارت بالا به عنوان تقویت کننده برای ماتریس های سرامیکی در ساخت کامپوزیت های ماتریس سرامیکی  و ساخت کامپوزیت های پیچیده کاربرد دارد. 

- از الیاف سرامیک برای تولید و ساخت لوازم نسوز نرم و سبک استفاده می شود و از الیاف ضخیم تر به علت نفوذپذیری کمتر آن در صنایع مربوط با بدن انسان مانند ساخت نخ دندان، نخ بخیه، برس مسواک، پارچه و ...  استفاده می شود.

تولید الیاف سرامیکی (نسوز) 

این الیاف در سه مرحله تولید می شود که به طور خلاصه به آن می پردازیم:

- در مرحله اول، مواد تشکیل کننده الیاف را در کوره قوس الکتریکی آلومینا و سیلیکا  در دمای ۲ هزار درجه سانتیگراد ذوب می کنند و با دمیدن هوای فشرده به درون محیطی سرد، این مواد مذاب سرد شده، به قطرات کوچکی تبدیل می شوند، این قطرات شکل الیاف کشیده شده و لیف سرامیکی به خود می گیرند.

- در مرحله دوم عملیات حرارتی است. در این مرحله پس از تشکیل الیاف برای بالا بردن مقاومت و پایداری این الیاف در مقابل رطوبت و مواد شیمیایی تغییر و تحولاتی درساختار بلورین آن به وجود می آورند که در نتیجه بر اساس نوع کاربرد الیاف مناطق کریستالی ساختار این الیاف بیشتر می شود.

- مرحله سوم، مرحله پوشش دادن است. در این مرحله الیاف سرامیکی را به وسیله مواد آلی کمکی پوشش داده و الیاف به سهولت به نخ یا منسوجات سرامیکی تبدیل می شود و ضایعات و آسیب کمتری خواهند داشت.