فیبر سرامیکی

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. فیبر سرامیکی (Ceramic fiber) یا الیاف سرامیکی عایقی محبوب و نسوز بوده که مورد توجه بسیاری از شرکت‌های تولیدی قرار گرفته است.

از مزایای فیبر سرامیکی، مقاومت بالای آن در برابر حرارت است که با توجه به نوع کاربرد در دسته‌بندی‌های مختلفی تولید می‌شود و همچنین از کاربردهای مهم الیاف سرامیکی عایق‌بندی آن است که برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی موثر است. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه فیبر سرامیکی و مزایای آن با ما همراه باشید.

فیبر سرامیکی چیست

فیبر سرامیکی پوششی مقاوم و نسوز در برابر حرارت است و کاربردهای مهمی در تولید قطعات و عایق‌بندی آن‌ها دارد. چیزی که انتظار می‌رود سرامیک ماده‌ای ترد و شکننده است و در زمان تنش‌های برشی و مکانیکی دچار شکستگی می‌شود.

در عین حال با پیشرفت در زمینه تولیدات سرامیک تولیدکنندگان توانسته‌اند از سرامیک ماده‌ای منعطف و مقاوم در برابر حرارت تولید کنند. این الیاف دیرگداز بوده و تحمل دمای بالایی را که بین 2000 تا 3000 درجه فارنهایت است را نیز دارد. الیاف سرامیکی از پشم سرامیک ساخته شده و به دلیل دیرگداز بودن کاربردهای مهمی در صنایع دیرگداز و مصالح ساختمانی دارد.

این الیاف قابلیت عایق حرارتی تا دمای 1400 درجه سانتی‌گراد را دارند که به دلیل وجود ساختار غیربلوری و شیشه‌ای الیاف سرامیکی است. ترکیب ذوب شده کائولن و سیلیس خالص و پودر آلومینا در کوره‌های قوس سبب تولید الیاف سرامیکی شده است.

انواع فیبر سرامیکی

الیاف‌های سرامیکی با توجه به نوع کاربردشان به دو دسته تقسیم می‌شوند که فیبر سرامیکی اکسیدی و فیبر سرامیکی غیراکسیدی نام دارند. این دو دسته از الیاف سرامیکی خود دارای زیرمجموعه‌هایی هستند که در ادامه درباره آن‌ها صحبت می‌کنیم.

الیاف سرامیکی اکسیدی

فیبر سرامیکی اکسیدی تشکیل شده از رشته‌های بلند و کوتاه است که در ساختار آن به طور معمول از آلومینا و آلومینا-سیلیکا به دلیل مقاومت بالا در برابر دماهای بالا استفاده می‌شود.

کاربرد الیاف سرامیکی اسیدی برای عایق‌بندی و استفاده به‌عنوان ماده تقویت کننده در صنایع است. برخی از الیاف‌های سرامیکی در دسته الیاف سرامیکی اسیدی قرار دارند که هر کدام متناسب با خواص خود به کار گرفته می‌شوند و عبارتند از:

• آلومینا (Al₂O₃)
• سیلیس (SiO₂)
• زیرکونیا (ZrO₂)
• مولایت (2SiO₃)

الیاف سرامیکی آلومینا

رایج‌ترین الیاف سرامیکی نوعی است که در آن ماده آلومینا به کار رفته باشد. الیاف سرامیکی آلومینا و عایق‌های آن دارای خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی بالایی هستند. این الیاف از استحکام بالایی در برابر دماهای بالا برخوردار است. از دیگر ویژگی‌های الیاف آلومینا قدرت پایداری بالا در ابعاد و پایین بودن ضریب انبساط حرارتی آن است.

یکی دیگر از کاربردهای الیاف آلومینا استفاده از آن به‌عنوان تقویت‌کننده ساختاری است. از این الیاف در کامپوزیت‌های سرامیکی، پلیمری و فلزی استفاده می‌شود. دلیل استفاده از الیاف آلومینا برای کامپوزیت‌ها بالا بردن استحکام و قدرت آن‌ها است.

الیاف سرامیکی نکستل

الیاف‌های نکستل را می‌توان در دسته تولید شدگان الیاف کامپوزیت اکسید پیوسته قرار داد. الیاف نکستل را پس از ریسیده شدن می‌گذارند تا خشک شود. پس از خشک شدن آن‌ها وارد مرحله زینتر در دماهای بالا می‌شوند. از کاربردهای الیاف نکستل می‌توان به استفاده از آن در ساختار باربر برای ماتریس‌های سرامیکی، پلیمری و فلزی اشاره کرد.

برای تولید الیاف نکستل از  دو ماده استفاده می‌شود که آلومینا و آلومینا-مولایت نام دارند. نوع اول از این الیاف را نکستل 610 و نوع دوم آن را نکستل 720 گویند که نکستل 610 پایداری بهتری در دمای اتاق نسبت به نوع نکستل 720 دارد.

الیاف سرامیکی نکستل 650

برای ساخت الیاف اکسیدی نکستل 650 از آلومینا و زیرکونیای مکعبی استفاده می‌شود. کاربرد این الیاف تقویت کامپوزیت‌ها در دمای بالا است.

الیاف سرامیکی غیراکسیدی

یکی از ویژگی‌های الیاف سرامیکی غیراکسیدی نقطه ذوب بالای آن‌ها است که مقاومت خوبی را از خود در برابر چگالش نشان می‌دهد. این الیاف در برابر اکسیداسیون از خود مقاومت بالایی را نشان می‌دهد که اصلی‌ترین نقطه ضعف آن در تولید است و به همین دلیل به سختی می‌توان آن را تولید کرد.

برای تولید این الیاف‌ها از موادی مانند کربن، بور، نیترید بور و کاربید سیلیسیم استفاده می‌شود. الیاف سرامیکی غیراکسیدی شامل چندین نوع می‌باشد که هر کدام از آن‌ها خصوصیات منحصربه‌فردی دارند:

الیاف کربنی (Carbon Fibers)

این الیاف غیراکسیدی از الیاف کربنی ساخته شده و دارای خصوصیاتی همچون مقاومت بالا در برابر حرارت، استحکام مکانیکی فوق‌العاده، سبکی بالا و مقاومت در برابر خوردگی می‌باشد.

الیاف بورید (Boron Fibers)

این الیاف سرامیکی از بورید ساخته شده و دارای خصوصیاتی از جمله مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت، استحکام مکانیکی بالا، سختی بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی است.

الیاف کاربیدی (Carbide Fibers)

این الیاف شامل کاربیدهایی مانند کاربید سیلیسیم و کاربید بور بوده و دارای خصوصیاتی همچون مقاومت در برابر حرارت بالا، استحکام مکانیکی قوی، سختی بالا و مقاومت در برابر خوردگی هستند.

الیاف نیتریدی (Nitride Fibers)

این نوع الیاف غیراکسیدی شامل نیتریدهایی مانند نیترید بور است و دارای خصوصیاتی از جمله مقاومت بالا در برابر حرارت، استحکام مکانیکی بالا و سختی بالا می‌باشد.

الیاف‌های سرامیکی غیراکسیدی به دلیل خصوصیات منحصربه‌فردی که دارند، در صنایع مختلفی مانند هوافضا، خودروسازی، الکترونیک و صنایع دیگر به کار می‌روند.

کاربردهای فیبر سرامیکی

فیبرهای سرامیکی به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر به برخی از کاربردهای مهم فیبرهای سرامیکی اشاره می‌کنیم.

عایق های حرارتی

فیبرهای سرامیکی به دلیل مقاومت بالای خود در برابر حرارت، به عنوان عایق‌های حرارتی در کوره‌ها، دیگ‌های بخار و تجهیزات صنعتی دیگر استفاده می‌شوند. این مواد می‌توانند دماهای بسیار بالا را تحمل کنند و از انتقال حرارت جلوگیری کنند.

صنایع آهن و فولاد

در صنایع آهن و فولاد از این فیبرها برای پوشش انواع کوره ها و نازل هایی که تحت حرارت های بسیار بالا قرار می گیرند استفاده می شود.

صنایع شیمیایی

در صنایع شیمیایی، فیبرهای سرامیکی برای ساخت فیلترها و مواد مقاوم در برابر خوردگی استفاده می‌شوند. این فیبرها می‌توانند در محیط‌های شیمیایی سخت و خورنده به خوبی عمل کنند.

پزشکی

در پزشکی، فیبرهای سرامیکی برای ساخت ایمپلنت‌ها و مواد زیست‌سازگار استفاده می‌شوند. این فیبرها می‌توانند به عنوان جایگزینی برای استخوان‌ها و سایر بافت‌های بدن به کار روند.

ویژگی‌ها و مزایای فیبر سرامیکی

فیبر سرامیکی کاربردهای فراوانی در صنایع دیرگداز دارند که این کاربرد به دلیل داشتن مزایا و ویژگی‌های مهم الیاف سرامیکی بوجود آمده است. این مزایا و خصوصیات عبارتند از:

• تخته فیبر سرامیکی وزن کمی که دارد
• در ورق‌های سرامیکی از مواد شیمیایی و خطرناک آزبست استفاده نمی‌شود
• این نوع فیبر از قابلیت نصب آسانی برخوردار است
• فیبرهای نسوز سرامیکی پایداری بالایی در برابر حرارت دارند
• فیبر سرامیکی در صورت مواجه شدن با شوک حرارتی از خود عملکرد خوبی نشان می‌دهند
• این نوع از فیبرها عایقی مناسب برای جذب امواج صوتی هستند
• الیاف سرامیکی مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند
• فیبر سرامیکی در برابر اسیدها و بازهای قوی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند
• الیاف سرامیکی هدایت حرارتی بالایی دارند و انرژی کمی را در خود ذخیره می‌کنند
• این نوع از الیاف‌ها قابلیت انعطاف‌پذیری خوبی داشته و از استحکام کششی بالایی برخوردارند

الیاف‌های سرامیکی دارای مقاومت شیمیایی خوبی هستند و در محیطی که آغشته به آب و روغن باشد مقاومت خوبی در حفظ خواص شیمیایی خود دارند. همچنین این الیاف‌ها پس از تبخیر آب، قابلیت برگشت پذیری خواص فیزیکی خود را دارند.

سخن پایانی

فیبر سرامیکی یا الیاف سرامیکی عایقی مقاوم در برابر خوردگی، دمای بالا و سبک است که در آن از عناصری مانند کربن، بور، کاربید سیلیسیم و نیترید بور استفاده می‌شود. این فیبرها به‌عنوان موادی پیشرفته در صنایع مختلفی از جمله هوافضا، خودروسازی، الکترونیک و پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فیبر سرامیکی به تولید محصولات سبک‌تر، مقاوم‌تر و با عمر زیاد کمک می‌کنند و در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر شرایط سخت و دمای بالا دارند، بسیار ارزشمند هستند. با افزایش تحقیقات و پیشرفت در فناوری‌های تولید، انتظار می‌رود که استفاده از فیبر سرامیکی در آینده بهبود و گسترش بیشتری پیدا کند.

همچنین آن‌ها جایگزین مناسبی برای مواد سنتی مانند فلزات در بسیاری از صنایع شناخته می‌شوند.