مادة حرارية منصهرة من الألومينا البيضاء

ما هي المواد المقاومة للحرارة؟

أولاً، تعريف سريع: المواد المقاومة للحرارة هي مواد تتحمل درجات حرارة عالية للغاية (عادةً ما تزيد عن 1000 درجة مئوية أو 1832 درجة فهرنهايت) وظروفاً قاسية (التآكل، والتآكل الكيميائي، والصدمات الحرارية) دون أن تنصهر أو تتلف. وهي تُستخدم كبطانات للأفران، والمحارق، والمفاعلات، وغيرها من معدات المعالجة ذات درجات الحرارة العالية.

لماذا يعتبر الألومينا الأبيض المنصهر مادة حرارية ممتازة

لا يُعدّ الألومينا الأبيض المصهور مجرد مادة حرارية، بل يُعتبر خيارًا عالي الأداء أو ممتازًا  للتطبيقات الحساسة. وتعود هذه الأسباب مباشرةً إلى تركيبته الكيميائية وعملية تصنيعه.

1. نقاء عالي للغاية وخمول كيميائي

• محتوى عالٍ من أكسيد الألومنيوم:  يحتوي WFA عادةً على  أكثر من 99% من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) . وهذه هي أهم خصائصه في المواد المقاومة للحرارة.

• السلوك شبه المحايد:  الألومينا مستقرة كيميائياً وتعمل كأكسيد مذبذب، ولكن في شكلها عالي النقاء، فإنها مقاومة للغاية للهجوم من قبل الخبث الحمضي والقاعدي (ضمن حدود معينة)، مما يجعلها متعددة الاستخدامات.

• شوائب منخفضة:  توجد شوائب مثل SiO₂ وFe₂O₃ وNa₂O بكميات ضئيلة جدًا (غالبًا أقل من 0.5%). تُشكّل هذه الشوائب أطوارًا ذات نقطة انصهار منخفضة (مثل الأطوار الزجاجية). غيابها في WFA يعني:

  • قوة تحمل حرارية أعلى:  تحافظ المواد المقاومة للحرارة على سلامتها البنيوية عند درجات حرارة أعلى.

  • مقاومة أفضل للزحف:  فهي أكثر مقاومة للتشوه البطيء تحت الحمل في درجات الحرارة العالية.

  • تقليل التآكل:  عدد أقل من المواقع التفاعلية التي يمكن أن تهاجمها الخبث والمعادن المنصهرة والغازات.

2. نقطة انصهار عالية جدًا

• تبلغ درجة انصهار أكسيد الألومنيوم النقي  ٢٠٥٠ درجة مئوية (٣٧٢٢ درجة فهرنهايت) . ولأن أكسيد الألومنيوم النقي شبه نقي، فإن درجة انصهاره قريبة جدًا من هذه الدرجة. وهذا ما يجعل  مكافئ المخروط الحراري (PCE) – وهو مقياس لمقاومته للحرارة – عاليًا جدًا، مما يسمح باستخدامه في أقصى درجات الحرارة.

3. خصائص ميكانيكية ممتازة في درجات الحرارة العالية

• معامل الكسر (MOR) عند درجات حرارة عالية:  تحتفظ المواد الحرارية القائمة على WFA بمتانتها حتى عند توهجها. يُعد هذا الأمر بالغ الأهمية لتحمل الظروف الميكانيكية القاسية، وتحمل الأحمال الثقيلة، والتآكل داخل الفرن.

• مقاومة ممتازة للتآكل:  كما هو الحال مع الطلاءات، فإن صلابته على مقياس موس 9 تجعله مثاليًا للمناطق المعرضة للتآكل الميكانيكي، مثل أسطح سيارات الفرن، وكتل الموقد، والمناطق التي تتحرك فيها المواد المشحونة باستمرار.

4. استقرار جيد في الحجم (انكماش إعادة الإطلاق)

• لأن WFA  منتج مُدمج بالفعل  ، فقد خضع لأكبر تغير في طوره وانكماش خلال عملية تصنيعه. عند استخدامه كمادة خام في المواد المقاومة للحرارة المُشكَّلة (الطوب) أو المواد المتجانسة (الصب)، يُساهم في ثبات أبعاد ممتاز عند التسخين الأول، مما يُقلل من خطر التشقق أثناء تجفيف البطانة الجديدة.

الأشكال والتطبيقات الشائعة لـ WFA في المواد الحرارية

نادرًا ما يُستخدم WFA بمفرده. فهو عنصر أساسي، أو “مادة خاملة”، في مصفوفة مقاومة للحرارة.

1.  المواد الحرارية المُشكَّلة (الطوب والأشكال)

• يتم تصنيف WFA إلى أحجام جزيئات محددة (خشنة ومتوسطة ودقيقة) وربطها بمواد أخرى عالية النقاء أو روابط سيراميكية للضغط عليها في الطوب.

• التطبيقات:  تبطين الأفران ذات درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال، أفران الأنفاق، أفران المكوك)، والمغارف الفولاذية، ومناطق انتقال أفران الأسمنت، والمناطق الحرجة في مفاعلات المعالجة الكيميائية.

2.  المواد الحرارية المتجانسة (غير المشكلة)

وهذا هو مجال التطبيق الأكبر والأكثر نمواً.

• المواد القابلة للصب:  تُخلط ركام رماد الفحم المتطاير مع أسمنت ألومينات الكالسيوم ومساحيق ناعمة. عند إضافة الماء، يمكن صبها أو ضخها أو هزها في مكانها لتشكيل بطانة متجانسة.

• الخلطات الرشية:  تشبه المواد القابلة للصب ولكنها مصممة ليتم رشها (باستخدام المسدس) على سطح ما من أجل الإصلاح أو التركيب السريع.

• خلطات الدك:  خليط جاف يتم دكه في مكانه لتطبيقات محددة.

• التطبيقات:  بطانات الأفران المعقدة، وبطانات المغارف، وكتل الحرق، والأعاصير، وأي منطقة تتطلب بطانة مخصصة خالية من الوصلات.

3.  المنتجات المتخصصة

• قوالب الصب الاستثماري:  إن مقاومة الحرارة العالية ونقاء دقيق WFA (المسحوق الناعم) تجعله مادة جصية ممتازة ومادة داعمة لإنشاء قوالب سيراميكية لصب شفرات التوربينات المصنوعة من السبائك الفائقة وغيرها من الأجزاء المعدنية الدقيقة.

• أثاث الفرن:  يمكن استخدام الأعمدة والركائز والألواح المصنوعة من WFA لدعم الأواني الخزفية أثناء الحرق في درجات حرارة عالية جدًا نظرًا لقوتها ومقاومتها للترهل (الزحف).

مقارنة مع الألومينا المنصهرة البنية (BFA) في المواد الحرارية