کاربید سیلیکون (SiC) به دلیل خواص حرارتی، مکانیکی و شیمیایی استثنایی خود، یک ماده نسوز با کارایی بالا است . در اینجا به تفصیل کاربردها، مزایا و محدودیت‌های آن در زمینه نسوزکاری آمده است:
۱. خواص کلیدی که SiC را برای دیرگدازها ایده‌آل می‌کند
| ملک | مقدار SiC | مزایای نسوز |
|---|---|---|
| نقطه ذوب | حدود ۲۷۰۰ درجه سانتیگراد (۴۸۹۲ درجه فارنهایت) | در برابر دماهای فوق العاده بالا (مثلاً فولادسازی، کوره ها) مقاومت می کند. |
| رسانایی حرارتی | ۱۲۰-۲۷۰ وات بر متر مکعب در کلوین | اتلاف سریع گرما، کاهش تنش حرارتی. |
| مقاومت در برابر شوک حرارتی | عالی | در برابر ترک خوردگی در اثر تغییرات سریع دما (مثلاً چرخه کوره) مقاومت می‌کند. |
| مقاومت در برابر اکسیداسیون | در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد لایه محافظ SiO₂ تشکیل می‌دهد | افزایش طول عمر در محیط‌های اکسیدکننده |
| بی‌اثری شیمیایی | در برابر اسیدها، فلزات مذاب، سرباره مقاوم است | ایده‌آل برای محیط‌های خورنده (مثلاً ذوب آلومینیوم، راکتورهای شیمیایی). |
| مقاومت مکانیکی | سختی بالا (Mohs 9.2) | در برابر سایش ناشی از مواد اولیه (مثلاً سیمان، شیشه) مقاومت می‌کند. |
۲. کاربردهای عمده دیرگداز
الف. کوره‌ها و تنورهای دما بالا
موارد استفاده :
آسترهای فولادسازی (ملاقه‌ها، کوره‌های بلند).
مبلمان کوره سرامیکی (ساگر، تنظیم کننده).
احیاکننده‌های مخزن شیشه‌ای
مزایا :
رسانایی حرارتی بالای SiC باعث بهبود راندمان انرژی می‌شود.
در گرمایش چرخه‌ای، 3 تا 5 برابر بیشتر از دیرگدازهای آلومینایی یا خاک نسوز سنتی دوام می‌آورد.
ب. فرآوری فلزات غیرآهنی
موارد استفاده :
بوته‌های ذوب آلومینیوم، آسترهای لباسشویی.
کوره‌های آند مسی.
مزایا :
در برابر نفوذ مذاب آلومینیوم/مس و سرباره‌های آنها مقاومت می‌کند.
حداقل آلودگی فلزات با خلوص بالا.
ج. صنایع شیمیایی و پتروشیمی
موارد استفاده :
پوشش‌های راکتورهایی که با گازهای خورنده (HCl، SO₂) سروکار دارند.
محفظه‌های زباله‌سوزی.
مزایا :
در اتمسفرهای کاهنده/اکسیدکننده تا دمای ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد پایدار است.
د. انرژی و هوافضا
موارد استفاده :
مبدل‌های حرارتی در راکتورهای هسته‌ای پیشرفته
گلوگاه‌های نازل موشک (کاربردهای کوتاه‌مدت با دمای بسیار بالا).
۳. انواع دیرگدازهای SiC
| نوع | ترکیب | مثال کاربردی |
|---|---|---|
| SiC پیوندی | چسب‌های SiC + رس/سیلیکات | تجهیزات کوره کم‌هزینه‌تر (≤۱۴۰۰ درجه سانتیگراد). |
| SiC پیوند شده با نیترید | چسب SiC + Si3N4/Si2N2O | اجزای کوره با مقاومت بالا (≤1650 درجه سانتیگراد). |
| SiC تبلور مجدد یافته | SiC خالص، تف‌جوشی شده در دمای ۲۲۰۰ درجه سانتیگراد | مناطق با دمای بسیار بالا (مثلاً درب‌های ملاقه فولادی). |
| کامپوزیت‌های پایه SiC | الیاف SiC + Al₂O₃/ZrO₂ | مناطق مستعد شوک حرارتی (مانند کاشی‌های مشعل). |
۴. محدودیت‌ها و کاهش‌ها
اکسیداسیون بالای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد :
مشکل : SiC به SiO₂ + CO اکسید می‌شود و منجر به تخلخل می‌گردد.
راه حل : برای افزایش طول عمر، از SiC با پیوند نیتریدی یا پوشش آلومینا استفاده کنید.
هزینه :
دیرگدازهای SiC دو تا سه برابر گران‌تر از دیرگدازهای پایه آلومینا هستند.
معامله : با عمر طولانی‌تر و صرفه‌جویی در انرژی توجیه می‌شود.
شکنندگی :
از بارگذاری ضربه‌ای خودداری کنید؛ طراحی را با در نظر گرفتن تنش فشاری انجام دهید.
۵. روندهای صنعت
نسوزهای سبز : پتانسیل صرفه‌جویی در مصرف انرژی SiC با تولید فولاد/شیشه کم‌کربن همسو است.
تولید افزایشی : دیرگدازهای SiC چاپ سه‌بعدی، امکان ساخت هندسه‌های پیچیده (مثلاً مبدل‌های حرارتی بهینه) را فراهم می‌کنند.
SiC نانوساختار : بهبود زینترینگ در دماهای پایین‌تر برای کاهش هزینه.
راهنمای انتخاب
برای اتمسفرهای اکسیدکننده : SiC تبلور مجدد یافته یا پیوند نیتریدی را انتخاب کنید.
برای مقاومت در برابر سرباره : SiC با خلوص بالا (>99%) با حداقل مقدار چسب.
محدودیت‌های بودجه : SiC پیوند یافته با خاک رس برای مناطق غیر بحرانی.
تطبیق‌پذیری SiC، آن را در مهندسی نسوز مدرن، به‌ویژه در مواردی که دمای شدید، خوردگی یا چرخه‌های حرارتی چالش‌برانگیز هستند، ضروری می‌کند. برای موارد استفاده خاص (مثلاً کوره‌های دوار سیمان)، گریدهای SiC سفارشی در دسترس هستند.