الیاف یا فیبر سرامیکی چیست؟ (مشخصات کامل و نکات خرید)

یکی از پرکاربردترین مواد در حوزه دیرگداز و صنایع نسوز سرامیک ها هستند که از سالها پیش مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اغلب موارد تصور ما از سرامیک‌ها موادی ترد و شکننده است که تحت تنش های برشی و مکانیکی دچار شکست می‌شوند اما با پیشرفت هایی که در حوزه سرامیک حاصل شده، تولید مواد سرامیکی با تحمل دمایی بالا و انعطاف پذیر ممکن گشته است که از جمله آن‌ها می‌توان به الیاف سرامیکی اشاره کرد.

الیاف سرامیکی چیست؟

الیاف سرامیکی (ceramic fiber) به الیاف تقویت کننده‌ی دیرگداز با تحمل دمایی بالا (2000 تا 3000 درجه فارنهایت) گفته می‌شود که از پشم سرامیک ساخته می‌شود و کاربردهای گسترده‌ای در صنایع دیرگداز و حتی مصالح ساختمانی دارد. این الیاف به صورت غیربلوری و شیشه‌ای هستند و قابلیت استفاده به عنوان عایق حرارتی تا حدود دمای 1400 درجه سانتیگراد دارند. این الیاف توسط ذوب و ترکیب کائولن خلوص بالا با پودرهای آلومینا و سیلیس خالص در کوره های قوس تولید می شوند.

ویژگی ­های فیبر سرامیکی

• وزن پایین
• بدون آزبست
•  قابلیت نصب آسان
• پایداری حرارتی بالا
• عملکرد عالی هنگام شوک حرارتی
• قابلیت جذب مناسب امواج صوتی 
• مقاومت به خوردگی
• مقاومت در برابر اسیدها و بازهای قوی
• هدایت حرارتی و ذخیره سازی انرژی پایین
• قابلیت انعطاف پذیری و استحکام کششی بالا

همانطور که ذکر شد این الیاف از مقاومت شیمیایی بالایی برخوردارند و علاوه بر آن در محیط های حاوی روغن و آب نیز خواص شیمیایی خود را حفظ می‌کنند. از دیگر ویژگی‌های این الیاف می‌توان به برگشت پذیری خواص فیزیکی آن‌ها پس از تبخیر آب اشاره نمود.

انواع الیاف سرامیکی

بر اساس ماده اولیه مورد استفاده، این الیاف‌ها به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:

الیاف اکسیدی

مواد تشکیل دهنده این الیاف عموما اکسید آلومینیوم و اکسید سیلیسیم هستند که به الیاف آلومیناسیلیکاتی شناخته شده اند. گاهی اکسیدهایی نظیر اکسید منیزیم و اکسید باریم نیز اضافه می‌شوند. استفاده از این اکسیدها به الیاف خاصیت ترموست می‌دهد.

دمای کاری الیاف‌های آلومیناسیلیکاتی حدود 1260 درجه است و در شرایطی که به این الیاف زیرکونیا (ZrO₂) اضافه شود، دمای کاربرد تا 1600 درجه‌ی سانتیگراد افزایش می‌یابد.

الیاف غیراکسیدی

این دسته از الیاف عموما با کاربید سیلیسیم (SiC) ساخته می‌شوند.

الیاف‌های سرامیکی بر حسب کاربردشان تقسیم‌بندی دیگری نیز دارند که در ادامه اشاره گردیده است.

منسوجات بافته شده

نوار، روکش لوله‌ای شکل، پارچه و طناب سرامیکی.

منسوجات بدون بافت

پتوی سرامیکی، مدول سرامیکی، نمد سرامیکی، کاغذ سرامیکی، برد سرامیکی و طناب بدون بافت

در ادامه به طور اجمالی به معرفی برخی از محصولات الیاف سرامیکی می‌پردازیم.

الیاف فله (Ceramic fiber bulk)

این محصول حاوی توده‌ای از الیاف نسوز است که جهات توزیع آن یکسان نیست. الیاف فله به جای آزبست مورد استفاده قرار می‌گیرد و در تعمیرات فوری، اتصالات انبساطی، درزبندی کوره و دیگ و ساخت مواد کامپوزیتی مورد استفاده قرار  می‌گیرد.

پتوی سرامیکی (ceramic blanket)

پتوی سرامیکی محصولی دیرگداز و منعطف است و در ساخت آن از هیچ گونه عامل اتصال و چسبی استفاده نمی‌شود. جهت مستحکم ساختن این محصول از فرآیند سوزن کاری استفاده می‌گردد. این محصول اغلب در درزبندی، پوشش‌دهی سقف و دیواره‌ی کوره‌ و دیگ استفاده می‌شود.

9

دقیــقه مطالعه

پتوی نسوز یا سرامیکی (مشخصات و کاربرد و تولید)

عایق‌های سرامیکی به دلیل مقاومت حرارتی بالا و دانسیته کم کاربردهای متنوعی در صنا...

کاغذ سرامیکی (Ceramic Fiber Paper )

این محصول با الیاف سرامیکی و چسب آلی ساخته می‌شود و دارای ضخامت‌های مختلف است. عمدتا دمای کاری این محصولات بین 1600-1260 درجه سانتی‌گراد است و در برابر پارگی و شوک حرارتی مقاوم هستند.

کاغذ سرامیکی به عنوان گسکت و مواد پکینگ، مواد پرکننده و عایق پشت کار در قطعات دیرگداز استفاده می‌شود.

نوار نسوز (Ceramic Fiber Tape)

نوار نسوز به نوار نقاله نیز معروف است و در مقایسه با مواد نسوز دارای تحمل دمایی بالایی است. این محصول جهت عایق کاری دیگ و کوره، نوار آب‌بندی، محافظت از کابل‌ها و خط سوخت و پوشش‌دهی اگزوز ماشین‌های حرارتی و… استفاده می‌شود.

در هنگام تولید نوار نسوز از الیاف فایبرگلاس نیز استفاده می‌گردد در نتیجه به آن نوار سرامیک فایبر نیز گفته می‌شود. این محصول مناسب‌ترین جایگزین برای نوار آزبست است و برای محیط زیست خطری ندارد.

برد سرامیکی – تخته نسوز (Ceramic Fiber Board)

برای تولید برد سرامیکی از الیاف آلومیناسیلیکات به همراه پیوندهای ارگانیک (آلی) استفاده می‌گردد. این محصول برخلاف پتوی سرامیکی قادر است پس از حرارت دهی خواص مکانیکی خود را حفظ نماید.

از ویژگی‌های این محصول می‌توان به مقاومت در برابر فرسایش گاز داغ و مواد شیمیایی، قابلیت نصب و حمل آسان و همچنین مقاومت در برابر نفوذ آلومینیوم و دیگر فلزات غیرآهنی و … اشاره نمود. تحمل دمایی بردهای سرامیکی حدود 1260 درجه سانتی‌گراد است.

نخ یا طناب سرامیکی (Ceramic Yarn)

این محصول از فیبر سرامیکی و سیم نسوز و یا سیم فولادی (جهت افزایش مقاومت مکانیکی) ساخته می‌شود و برای تولید پارچه‌ی سرامیکی به کار می‌رود. کاربردهای منحصر به فرد طناب سرامیکی در درزگیری داکت کوره‌های فولاد، تولید انواع واشر با دمای کاری بالا، عایق بندی اگزوز و برج‌های حرارتی است. طناب نسوز تا دمای 1260 درجه سانتی‌گراد مقاوم است.

مدول سرامیکی (Ceramic Fiber Module)

مدول یا ماژول سرامیکی از قطعات برش خورده‌ یا تا خورده‌ی پتوی سرامیکی تشکیل می‌شود که بدون هیچگونه چسبی، تحت فشار پرس قرار گرفته‌اند. از مزایای استفاده از این محصول می‌توان به ابعاد متفاوت، چگالی قابل تنظیم و عایق کاری سریع نام برد. البته نصب این محصول نیازمند زیرساخت محکم است.

این محصول جایگزین خوبی برای آجرهای سقف کوره محسوب می‌شود و در عایق‌کاری کوره‌های شاتلی، پیوسته و صنایع پتروشیمی به کار می‌رود.

به طور کلی الیاف سرامیکی به عنوان عایق صدا نیز به کار برده می‌شوند. منسوجات سرامیکی از استحکام چندانی برخوردار نیستند در نتیجه برای افزایش استحکام، این الیاف‌ها را با فیلامنت‌های فلزی یا شیشه‌ای مخلوط می‌کنند.

9

دقیــقه مطالعه

فیلتر سرامیکی ریخته گری (مشخصات، کاربرد، نکات خرید)

فیلتر سرامیکی چیست؟ فیلتر سرامیکی (Ceramic Filter) که به آن فوم فیلتر هم می‌گوین...

نحوه تولید فیبر سرامیکی

برای تولید این محصولات از روشهای مختلفی استفاده می‌شود.

قدم اول برای تولید الیاف سرامیکی مرغوب، استفاده از فیبر الیاف یا مواد معدنی خالص و باکیفیت است.

1. مواد اولیه با هم ترکیب شده و در کروه قوس الکترکی در دمای 2000 درجه سانتیگراد ذوب می‌گردند.
2. ماذه مذاب به وسیله هوای فشرده به درون محیط سرد دمیده می‌شود. در حیش دمش جریان مذاب به صورت قطرات کوچک در آماده و سرد می‌شود. در ادامه این قطرات کشیده میشوند. و به لیف سرامیکی تبدیل می‌گردند. در صورتی که نیاز به تولید الیاف بلندتر (250 میلیمتر) باشد باید هنگام تولید الیاف، نیروی گریز از مرکز و دمش مداوم اعمال کرد.
3. به کمک مواد آلی، الیاف سرامیکی پوشش داده می‌شوند. این مرحل با تبدیل الیاف به نخ یا منسوج همراه است و ضایعات کمتری ایجاد می‌شود.
4. پس از شکل گیری الیاف سرامیکی، به وسیله حرارت و کشش، ساختار کریستالی الیاف تغییر می‌یابد و مناطق کریستالی ساختار الیاف افزایش پیدا می‌کند.

لازم به ذکر است که برای تولید الیاف سرامیکی از روش‌های دیگری نظیر طراحی ذوب، چرخش و اکستروژن و رسوب شیمیایی بخار (CVD) نیز استفاده می‌گردد.

مزایای استفاده از الیاف سرامیکی

به دلیل خواص منحصر به فرد این الیاف‌ها، به طور گسترده‌ جهت عایق سازی دیگ‌های حرارتی و پشم شیشه و پشم سنگ استفاده می‌گردد.

علاوه بر این الیاف‌ها در صنایع برق، مکانیکی و شیمیایی نیز مورد استقبال قرار گرفته و باعث صرفه جویی 15 درصدی در کوره گرمای مداوم و 30 درصدی در کوره حرارت متناوب صنعتی می‌گردد که رقم چشمگیری است!

از فیبر سرامیکی برای چه کاربردهایی استفاده می شود؟

مواد فیلتر دما بالا

فیبر سرامیکی سطح ویژه بزرگی دارد و فیلتر تهیه‌ شده از آن از خلوص بالایی برخوردار است. فیبر سرامیکی عملکرد بسیار مناسبی به جهت پایداری حرارتی، شیمیایی و مقاومت شوک حرارتی نشان می‌دهد. بنابراین فیبرهای سرامیکی به طور گسترده در زمینه‌هایی مثل تصفیه هوا، فاضلاب و گاز دودکش مورد استفاده قرار می‌گیرند. ​

عایق های صوتی

الیاف سرامیک اثرات جذب صدا و عایق خوبی دارند که عمدتا به دلیل اثر ویسکوز بین امواج صدا و هوا در منافذ فیبر است. وقتی امواج در داخل ماده منتقل می‌شوند، مقاومت اصطکاکی بین الیاف ایجاد می‌کنند. بنابراین بخشی از انرژی امواج به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود.

علاوه بر این، زمانی که هوا در منافذ فیبر فشرده می‌شود، تحت هدایت حرارتی قرار می‌گیرد و هدایت حرارتی نیز باعث اتلاف انرژی آکوستیک می‌شود. در نتیجه امواج صوتی ورودی را جذب می‌کند. بنابراین مواد الیاف سرامیکی قابلیت جذب صوت و عایق صوتی مناسبی دارند و به این ترتیب به صورت گسترده در ساخت‌وساز، حمل و نقل و زمینه‌های دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. ​

حامل های کاتالیزور

الیاف سرامیکی خواص ویژه ای همانند مساحت سطح ویژه بزرگ، تخلخل بالا، اثرات کاتالیستی خوب و … دارد. در واکنش های نفوذی کنترل‌شده، به دلیل مقاومت به نفوذ کم، اثر کاتالیستی خوبی به دست خواهد آمد.

مواد مهندسی پیشرفته

فیبرهای رسانا قابلیت های زیادی در ساخت قطعات و مواد مهندسی پیشرفته دارند. ابررساناهای دما بالا، فیبرهای مادون قرمز، فیبرهای رسانا و … برخی از کاربردهای این مواد هستند.

علاوه بر این، فیبرهای سرامیکی کاربردهای زیادی به صورت خاص در صنایع مختلف دارند، از جمله:

صنایع آهن و فولاد

• پوشش گرم برای کوره های عملیات حرارتی
• عایق پشتیبان کوره های گرمایش مجدد
• مهر و موم پوشش کوره های بازپخت
• پوشش نازل های ریخته گری
• پوشش کوره های ذوب

صنایع غیرآهنی

• نگه دارنده های آستر کوره
• بسته بندی قالب های ریخته ­گری
• مهر و موم تجهیزات ریخته ­گری
• محیط فیلتراسیون برای جداسازی نیتریدها و اکسیدها از ذوب
• محیط فیلتراسیون برای جداسازی سرباره از ذوب

صنعت نفت و پتروشیمی

• دیگ های بخار و مراکز گرمایش صنعت نفت
• کاتالیست ها و فیلترهای تصفیه گازهای گرم
• عایق های دیگ بخار
• فیلتراسیون دما بالا از گازها و مایعات
• راکتورها
• عایق های مشعل

صنایع سرامیک و کاشی

• اتصالات و مهر و موم های انبساط
• روکش کوره های آسانسور و واگن های شلیک کننده
• کارخانه های آجرسازی

صنایع شیمیایی

• آسترهای کوره های اصلاح کننده و ترقه
• کاتالیزورها و فیلترهای جاذب ذرات رادیواکتیو
• مواد آب بندی دمای بالا

سایر کاربردهای فیبر سرامیکی

• عایق بوته ­ها، کانال ها و سقف کوره های ذوب
• تولید پوشاک
• ترمیم آجرهای ریخته­ گری ذوب شده
• عایق های صوتی و حرارتی
• مبدل های کاتالیستی و عایق های لوله اگزوز
• عایق صوتی توربین های گازی
• عایق صوتی اگزوزهای موتور دیزل
• عایق های لوله با درجه حرارت بالا
• کشتی‌سازی و اتوموبیل‌سازی (ساخت دیسک ترمز)

نکات خرید و استفاده از الیاف سرامیکی

الیاف سرامیکی دارای رنگ سفید بوده و ساختار آمورف (شیشه‌ای) دارند.

این الیاف‌ها بسته به کاربردشان دارای طول و قطر متفاوتی هستند. به طور معمول قطر آن‌ها 3-2 میکرومتر و طولشان به 50 میلیمتر می‌رسد.

در صورتی که کاربرد مورد نظر عایق صدا باشد استفاده از الیاف نسوز سرامیکی گزینه مناسبی به نظر می‌رسد.

عموما محصولات الیاف سرامیکی که به وسیله‌ی بایندر ساخته میشوند دارای چگالی 1500-150 (kg/m3) هستند.

این محصولات به گاز متان حساس هستند و در صورت نفوذ این گاز دچار رسوب می‌گردند. بنابراین لازم است که هنگام کار با کوره به این مسئله توجه گردد. 

حداکثر بار دمایی (درجه سانتیگراد) پیشنهاد شده برای محصولات الیاف سرامیکی در جدول زیر قابل مشاهده است.

نکات ایمنی

استنشاق زیاد گرد و خاک فیبرهای سرامیکی باعث خارش، سوزش و تحرک چشم و پوست می شود. بنابراین هنگام استفاده از این محصولات از دستکش، لباس و ماسک محافظ استفاده کنید.

موسسه IARC این مواد را در گروه مواد سرطان زای انسانی قرار داده است. بنابراین قرارگیری طولانی مدت در معرض این مواد می تواند سبب بروز خطر ابتلا به سرطان شود (برای کسب اطلاعات بیشتر به اطلاعات SDS محصول مراجعه کنید).

منبع: