کاربرد سیلیکون کلسیم چیست؟

آلیاژ سیلیکون کلسیمیک ماده آلیاژی مهم است که عمدتاً از سیلیکون و کلسیم تشکیل شده است که معمولاً دارای محتوای سیلیکون بین 30 تا 60 درصد است.

آلیاژ سیلیکون کلسیم یک ماده کاربردی کامپوزیتی بسیار کارآمد در زمینه فولادسازی است که دارای عملکردهای متعددی از جمله اکسید زدایی، گوگردزدایی و پالایش دانه است:

عملکرد دی اکسیداسیون:

به عنوان یک پیش{0}}داکسیدکننده یا اکسیدکننده نهایی، مقدار افزوده 0.3%-0.8% از جرم فولاد است. کلسیم (Ca) میل بسیار قوی برای اکسیژن دارد (انرژی بدون واکنش ΔG200K=-604kJ/mol)، ترجیحاً با اکسیژن در فولاد ترکیب می‌شود تا CaO را تشکیل دهد. سیلیکون (Si) به طور همزمان SiO2 را تشکیل می دهد و هر دو یک ترکیب ترکیبی با نقطه ذوب کم (CaO-SiO2) با چگالی بسیار کمتر از فولاد (2.6g/cm3 در مقابل 7.8g/cm³) تشکیل می دهند. این ترکیب به سرعت به سطح شناور می شود و با سرباره حذف می شود و محتوای اکسیژن فولاد را از 80-100ppm به 30-50ppm کاهش می دهد و در نتیجه نقص هایی مانند تخلخل و آخال ها را کاهش می دهد.

گوگرد زدایی:

کلسیم با گوگرد واکنش می‌دهد تا CaS پایدار تشکیل دهد (نقطه ذوب 2450 درجه) و به نرخ گوگرد زدایی 60%{7}}70% می‌رسد و محتوای گوگرد فولاد مذاب را از 0.03% به 0.009% -0.012% کاهش می‌دهد. این امر مقاومت در برابر ترک داغ و عملکرد پردازش فولاد را بهبود می بخشد و آن را برای تولید فولادهای با کیفیت بالا (مانند فولاد بلبرینگ و فولاد فنری) مناسب می کند.

پالایش دانه و افزایش عملکرد:

کلسیم باعث تشکیل کربنیتریدها از عناصری مانند Nb و Ti در فولاد می شود و اندازه دانه (از 50μm به 20-30μm) را تصفیه می کند. این امر استحکام کششی فولاد را 15 تا 20 درصد و چقرمگی ضربه را 25 تا 30 درصد افزایش می دهد و در عین حال جوش پذیری و مقاومت در برابر خوردگی فولاد را نیز بهبود می بخشد.

در ریخته گری چدن و ​​آلیاژهای غیرآهنی، آلیاژ CaSi یک ماده تلقیح کننده کلیدی و اصلاح کننده عملکرد است:

تلقیح چدن:

با افزودن 0.2 تا 0.5 درصد از توده آهن مذاب، سیلیکون فرآیند گرافیت شدن را ارتقا می دهد، تعداد هسته های گرافیت را افزایش می دهد و مورفولوژی گرافیت را از پوسته های درشت به پوسته های ریز و یکنواخت یا شکل های کروی تبدیل می کند و از تشکیل آهن سفید جلوگیری می کند. این می تواند چقرمگی ضربه چدن خاکستری را 20 تا 30 درصد و استحکام کششی چدن داکتیل را 10 تا 15 درصد افزایش دهد و آن را برای ریخته گری های کلیدی مانند بلوک های موتور خودرو و تخت های ماشین ابزار مناسب کند.

ریخته‌گری آلیاژی غیرآهنی:

افزودن 0.1%-0.3% سیلیکون-آلیاژ کلسیم در تولید آلیاژ آلومینیوم به کلسیم اجازه می‌دهد تا عناصر مضری مانند Na و Li را خنثی کند و تمایل به ترک‌خوردگی داغ را بهبود بخشد، در حالی که سیلیکون استحکام آلیاژ را افزایش می‌دهد. در تولید آلیاژ منیزیم، می تواند اندازه دانه (از 100μm تا 40-50μm) را اصلاح کند، استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر حرارت را بهبود بخشد، و آن را برای اجزای آلیاژ سبک وزن مورد استفاده در هوا فضا مناسب می کند.

کنترل نقص ریخته گری:

با خالص‌سازی آهن مذاب و بهبود سیالیت، حفره‌های انقباض و نقص‌های تخلخل کاهش می‌یابد و بازده ریخته‌گری را 10 تا 15 درصد افزایش می‌دهد و هزینه‌های پردازش بعدی را کاهش می‌دهد.

تولید فولاد ویژه:

افزودن آلیاژهای SiCa به ذوب فولاد ضد زنگ، توزیع کروم را بهینه می‌کند، از مناطق خالی{0}کروم جلوگیری می‌کند، و مقاومت در برابر خوردگی اسپری نمک را از 200 ساعت به بیش از 350 ساعت افزایش می‌دهد. در تولید آلیاژ مقاوم در برابر حرارت، کلسیم و سیلیکون به صورت هم افزایی یک لایه اکسید متراکم را تشکیل می‌دهند و نرخ اکسیداسیون را در 1000 درجه تا 50% کاهش می‌دهند و آن را برای اجزای{7}در دمای بالا مانند پره‌های توربین گاز مناسب می‌سازند.

مواد الکترونیکی:

آلیاژهای کلسیم سیلیکون با خلوص بالا (کل ناخالصی کمتر یا برابر با 0.1٪) می‌توانند به عنوان مواد خام برای تهیه مواد نیمه‌رسانا استفاده شوند. سیلیکون پلی کریستالی از طریق یک واکنش کاهش، با کنترل دقیق محتوای کلسیم و سیلیکون (Ca بیشتر یا مساوی 30٪، Si بزرگتر یا مساوی 60٪) تولید می شود تا از تأثیر ناخالصی ها بر خواص الکتریکی ویفرهای سیلیکونی جلوگیری شود و آن را برای سناریوهای تولید تراشه مناسب می کند.

در زمینه مواد نسوز:

پودر آلیاژ کلسیم سیلیکون را می توان به عنوان یک افزودنی در آجرهای نسوز و ریخته گری استفاده کرد که باعث بهبود پایداری دمای بالا (دمای عملیاتی می تواند به بیش از 1600 درجه برسد) و مقاومت در برابر خوردگی مواد را بهبود می بخشد و آن را برای کوره های صنعتی و پوشش تجهیزات با دمای بالا مناسب می کند.

صنایع شیمیایی:

به عنوان یک عامل کاهنده یا کاتالیزور، در واکنش‌های سنتز آلی (مانند تهیه سیلان) برای تسریع فرآیند واکنش و بهبود عملکرد محصول استفاده می‌شود. همچنین می‌تواند تلقیح‌های CaSi را تولید کند که برای نیازهای ریخته‌گری ریخته‌گری‌های مقاوم در برابر خوردگی-و مقاوم در برابر سایش-در تجهیزات شیمیایی مناسب است.

مزایای زیست محیطی:

استفاده از آلیاژهای کلسیم سیلیکون برای جایگزینی اکسیدزدای منفرد (مانند آلومینیوم) در فولادسازی می‌تواند مصرف آلومینیوم را تا 30 تا 40 درصد کاهش دهد، مصرف انرژی در هر تن فولاد را 5 تا 8 درصد کاهش دهد و انتشار CO2 را کاهش دهد که با روند متالورژی سبز همسو می‌شود. علاوه بر این، هزینه آلیاژهای CaSi تنها 1/3-1/2 از آلومینیوم است و کارایی اقتصادی و سازگاری با محیط زیست را متعادل می کند.

مزایای برنامه:

کامپوزیت عملکردی (اکسید زدایی + گوگرد زدایی + تلقیح + آلیاژسازی) که نیاز به افزودنی های متعدد را از بین می برد. کاربرد گسترده (فولادسازی، ریخته گری، الکترونیک و سایر زمینه ها)؛ هزینه{3}}اثربخشی بالا، متعادل کردن عملکرد و صرفه جویی.

اصول انتخاب:

برای اکسید زدایی و گوگردزدایی فولادسازی، گریدهای کلسیم بالا (مانند Ca31Si55) را انتخاب کنید. برای تلقیح ریخته گری، گریدهای-سیلیکون بالا (مثلاً Ca28Si60) را انتخاب کنید. برای مواد الکترونیکی، درجه خلوص بالا (کل ناخالصی‌ها کمتر از یا مساوی 0.1%) را انتخاب کنید. مقدار اضافه را با توجه به نوع مواد و فرآیند تجهیزات تنظیم کنید تا از افزودن بیش از حد منجر به تشکیل فازهای سخت و شکننده جلوگیری شود.