Алюминалық керамика: нақты зауыттық жағдайларда үміттерден асып, үнсіз қызмет ететін материал

Мен жұмыс істеген бір отқа төзімді зауытта пеш жабдықтары үнемі бас ауруы болды. Кордиерит табақшалары шамамен 1250 °C-тан бөлме температурасына дейінгі 40–50 циклден кейін жарылып, әр алты-сегіз апта сайын жоспарланбаған тоқтап қалуларға мәжбүр ететін. Өндіріс бригадасы муллитті және тіпті кремний карбидінен жасалған прототиптерді сынап көргенімен, ешқайсысы шығындарды аспанға шарықтатпай тұрақты қызмет мерзімін ұсына алмады. Соңында біз шешуші сетер табақшалары мен саггерлерді 95 % Al₂O₃ құрамы бар алюминалық керамика корпусына ауыстырдық. Алғашқы жылдың ішінде орташа қызмет ету мерзімі 180 циклден асты, ал пештің шұғыл тоқтауының саны жартысына жуық қысқарды. Бір ғана материалды ауыстыру тоқтап қалу уақытының қысқаруы мен ауыстыру жиілігінің төмендеуін ескере отырып, тоғыз айдың ішінде өзін-өзі ақтады.

Алюминалық керамика негізінен 92–99,5 % Al₂O₃ құрамындағы алюминий оксидінен жасалған. Тазалығы артқан сайын жоғары температурадағы беріктік, электр оқшаулауы және тозуға төзімділік жақсарады, бірақ сінтерлеу температурасы да жоғары болады. Стандартты сорттар құрғақ басу, изостатикалық басу немесе экструзия арқылы дайындалып, кейін 1500–1700 °C-та күйдіріледі. Ең талапшыл қолданбалар үшін ыстық изостатикалық басу (HIP) немесе суспензиялық құю әдісі қолданылып, кейін жасыл күйде өңдеу арқылы өте төмен пористік құрылымы бар, пішінге жақын бөлшектер алынады.

Алюминаны ерекшелендіретін – нақты жұмыс жағдайындағы қатал әсерлерге төтеп беретін қасиеттердің үйлесімі. Қаттылығы Моос шкаласы бойынша шамамен 9 балл, жылу өткізгіштігі керамика үшін жақсы (тазалығына байланысты 20–30 Вт/м·К), және 1200 °C-тан жоғары температурада да пайдалы иілу беріктігін сақтайды. Сонымен қатар ол көптеген оксидті керамикалардан гөрі көптеген қышқылдарға, сілтілерге және балқыған металдарға жақсы төтеп береді. Осы қасиеттерінің арқасында алюмина кескіш орталарда, пеш жабдықтарында, сорғы тығыздағыштарында, термопара қорғау түтіктерінде, электр оқшаулағыштарында және тозуға қарсы қаптамаларда қолданылады.

Нақты қызмет көрсету барысындағы қатар қойылған өнімдердің өнімділік деректері

Бірнеше жылдан кейін басқа жерде біз жоғары кремнийлі керамикалық дененің сликсін өңдейтін бірдей ылғалды шарлы ұнтақтағышта 92 % алюмина және 99 % алюмина ұнтақтау шарларын бақылаулы салыстыру арқылы зерттедік. Екі партияда да шарлардың диаметрі бірдей және ұнтақтағыштың айналу жылдамдығы бірдей болды. 2000 сағат жұмыс істегеннен кейін біз келесі көрсеткіштерді өлшедік:

• 92 % алюминалық шар: салмақ бойынша орташа тозу жылдамдығы 0,018 % сағатына. Шламдағы темір ластануы 1 500 сағаттан кейін 0,035 %-ға дейін өсті. Доптардың беттік қаталдығы айтарлықтай артты, бұл соңғы 500 сағатта ұнтақтау тиімділігін бәсеңдетті.
• 99 % алюминалық шарлар: орташа тозу жылдамдығы сағатына 0,007 %. Темір қоспасы 0,008 %-ден төмен болды. Шарлар ұзақ уақыт бойы тегіс күйде қалып, жалпы алғанда 12 %-ға аз ұнтақтау уақытын жұмсап, мақсатты бөлшектердің өлшемдік таралуын сақтауға мүмкіндік берді.

Тазалығы жоғары шарлар бастапқыда шамамен 35 % қымбатқа түседі, бірақ материал тұтыну жартысынан астамға азайғандықтан және кейінгі қосымша магниттік бөлу кезеңін жойғандықтан, 99 % маркасында дайын сликтің тоннасына жалпы шығыны 22 %-ға төмен болды.

Біз күйдіру құралдарында ұқсас үлгілерді байқадық. 1220 °C циклдермен жұмыс істейтін жылдам күйдіру порцеляналық плитка пешіне, 95 % алюминалық плиткалар 150 циклден кейін орташа есеппен 0,8 % салмақ жоғалтты, ал ұқсас кодиерит плиткалары 3,4 % салмақ жоғалтып, иілуді бастады. Сонымен қатар, алюмина брусшалары жылуды біркелкірек өткізді, бұл жүктеме бойынша температуралық ауытқуды шамамен 15 °C-қа азайтып, күйдірудің біркелкілігін жақсартты.

Ұзақ мерзімді қолданудан алынған практикалық сабақтар

Әрбір қолданба ең жоғары тазалықты қажет етпейді. Көптеген тозуға ұшырайтын бөлшектер мен жалпы пеш жабдықтары үшін 92–95 % таза алюмина % өнімділік пен шығын арасындағы ең жақсы тепе-теңдікті қамтамасыз етеді. 1 400 °C-тан жоғары қышқылдандыратын атмосферада немесе аса жоғары термиялық соққыға төзімділік қажет болғанда, циркониямен нығайтылған алюмина немесе басқа композиттер кейде қажет болады. Алюмина сондай-ақ сынғыш; станоктағы болат құралдардың түсуі немесе аралас металл бөлшектер соққысы сынықтар тудыруы мүмкін, сондықтан жақсы өндіріс тәртібі мен дұрыс жүктеу әдістері аса маңызды.

Тәжірибе көрсеткендей, ең үлкен тиімділікке альминалық керамиканы тікелей алмастырушы ретінде қарауды тоқтатып, материалдың артықшылықтарына сүйене отырып қолдау жүйесін қайта жобалаған кезде қол жеткізуге болады. Жоғары ыстық беріктік арқасында жұқа бөлімдерді жасау жиі мүмкін болады, бұл жылу массасын азайтып, қыздыру мен салқындату уақытын қысқартады. Нүктелік жүктемелерден аулақ болуға және біркелкі кеңеюге мүмкіндік беретін пеш жабдықтарын дұрыс орналастыру қызмет ету мерзімін айтарлықтай ұзартады.

Алюминалық керамика сөредегі ең арзан нұсқа болмауы мүмкін, бірақ тоқтап қалу, ластану немесе жиі ауыстыру шынайы шығын әкелетін жағдайларда ол әлі де өлшенетін пайда әкеледі. Сатып алу бағасынан бөлек нақты қызмет ету мерзімін, тозу деңгейін және кейінгі салдарды бақылайтын зауыттар ең маңызды тапсырмалар үшін қайта-қайта алюминаға оралады. Жағдай қолайлы болғанда ол жоғары температура мен жоғары тозуға ұшырайтын процестерді жылдан-жылға сенімді түрде жүргізуге арналған ең сенімді материалдардың бірі болып қала береді.