لمحة عامة
مساحيق سبائك السيليكون هي مواد تتكون في المقام الأول من السيليكون مع عناصر مضافة من السبائك مثل الحديد والألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس والنيكل. ويتمتع السيليكون بخصائص شبه موصلة قيّمة ولكنه في شكله النقي هش. عندما يتم دمجها مع معادن أخرى في شكل مسحوق، تكتسب سبائك السيليكون قوة وصلابة ومقاومة للتآكل وأداءً في درجات الحرارة العالية وغيرها من الخصائص المحسنة مع الاحتفاظ بالخصائص الكهربائية المفيدة.
تُستخدم مساحيق سبائك السيليكون لتصنيع المكونات والأدوات وقطع الغيار الدقيقة عن طريق تقنيات تعدين المساحيق مثل قولبة حقن المعادن والضغط المتساوي الحرارة والتصنيع الإضافي والتلبيد. وتشمل التطبيقات الرئيسية قطاع السيارات والفضاء والإلكترونيات والآلات الصناعية. وتوفر مساحيق سبائك السيليكون نهجًا اقتصاديًا ومرنًا لإنتاج مكونات معقدة أو ذات شكل صافي مع خصائص معدنية مصممة خصيصًا.
يقدم هذا الدليل نظرة عامة مفصلة على أنواع مختلفة من مساحيق سبائك السيليكون وتركيبها وخصائصها وطرق إنتاجها وتطبيقاتها ومورديها. ويتضمن جداول متعددة تقارن المعلمات بين سبائك السيليكون المختلفة وتلخص المواصفات الرئيسية. يهدف الدليل إلى مساعدة المهندسين ومصممي المنتجات ومديري المشتريات والباحثين على فهم مواد مساحيق سبائك السيليكون واختيار الدرجة المثلى لاحتياجات التصنيع الخاصة بهم.
أنواع مساحيق سبائك السيليكون
هناك العديد من الاختلافات في السبائك الثنائية والثلاثية والعالية باستخدام السيليكون والعناصر المعدنية. تتضمن بعض أنواع مساحيق سبائك السيليكون الأكثر شيوعًا ما يلي:
أنواع مسحوق سبائك السيليكون
| سبيكة | العناصر الأساسية | الخصائص الرئيسية | التطبيقات الشائعة |
|---|---|---|---|
| الفيروسيليكون | حديد، سيليكون | صلابة عالية، مغناطيسية عالية | السيارات، الإلكترونيات |
| سيلومين | ألومنيوم، سيليكون | خفيف الوزن وقوي | صناعة الطيران والفضاء والسيارات |
| سيليكاست | الألومنيوم والسيليكون والمغنيسيوم | مقاومة التآكل، كثافة منخفضة | صناعة الطيران والفضاء والسيارات |
| كوفار | الحديد، والنيكل، والنيكل، والكوبالت، والسيليكون | تطابق التمدد الحراري مع الزجاج | تغليف الإلكترونيات |
| كوسيل | نحاس، سيليكون | التوصيل الكهربائي، والتشحيم | الإلكترونيات والفرش |
| نيتشروم | النيكل، والكروم، والسيليكون | مقاومة للحرارة والتآكل | عناصر التسخين |
مساحيق سبائك الفيروسيليكون
تحتوي سبائك الفيروسيليكون على نسب متفاوتة من الحديد والسيليكون، وأحياناً مع إضافات طفيفة من الكربون أو المغنيسيوم. تشمل الخصائص الرئيسية ما يلي:
- صلابة وقوة عالية
- الطبيعة الحارقة بسبب محتواها من الحديد
- أقل هشاشة من السيليكون النقي
- تستخدم في تعدين المساحيق وقضبان اللحام وأنودات البطاريات
وتشمل التركيبات النموذجية FeSi 75، FeSi 90، FeSiMg مع محتوى سيليكون يتراوح بين 15% إلى 90% متوازن مع الحديد. تعمل جزيئات السيليكون الأصغر في مصفوفة حديدية على تحسين المغناطيسية.
مساحيق سبائك السيلومين
السيلومينات عبارة عن سبائك من الألومنيوم والسيليكون بتركيبات نموذجية تتراوح بين 5-20% سيليكون متوازن مع الألومنيوم. تشمل الخواص ما يلي:
- كثافة منخفضة ولكن بقوة عالية
- قابلية جيدة للسبك والتشغيل الآلي
- تُستخدم في مكونات السيارات والفضاء الجوي
وغالباً ما يتم إضافة مصافي الحبوب مثل التيتانيوم أو البورون. توفر السيلومينات خيار سبيكة معدنية خفيفة الوزن.
مساحيق سبائك السيليكاست
السيليكاست هي سبائك ثلاثية تحتوي على الألومنيوم والسيليكون والمغنيسيوم. الخصائص الرئيسية:
- كثافة منخفضة ولكن صلابة عالية ومقاومة للتآكل
- يتراوح المحتوى من Si (4-15%) وMg (0.5-5%) والتوازن Al
- تُستخدم للمكابس عالية الأداء والتطبيقات الفضائية الجوية
تُقدّر سبائك السيليكاست بخصائص التآكل إلى جانب انخفاض كثافتها مقارنةً بالسبائك الحديدية.
مساحيق سبائك كوفار كوفار
الكوفار عبارة عن سبيكة حديدية من النيكل والكوبالت تحتوي على السيليكون الذي يطابق معامل التمدد الحراري لزجاج البورسليكات. يحتوي على:
- تركيبة الحديد 54% والنيكل 29% والكربون 17% والسيليكون 0.5%
- بنية مجهرية كثيفة وموحدة
- رابطة ممتازة مع الزجاج والسيراميك
- تُستخدم لموانع التسرب من الزجاج إلى المعدن في عبوات الإلكترونيات
يسمح محتوى السيليكون في كوفار Kovar بمطابقة سلوك التمدد الزجاجي خلال نطاق واسع من درجات الحرارة.
مساحيق سبائك النحاس النحاسية
تجمع سبائك CuSil بين 70-97% نحاس مع 1.5-15% سيليكون. تشمل الخواص ما يلي:
- يحافظ على الموصلية الكهربائية والحرارية العالية للنحاس&8217
- تحسين التشحيم ومقاومة التآكل
- تُستخدم للفرش، وأقطاب اللحام، وملامسات التيار العالي
يزيد السيليكون من الصلابة والقوة الميكانيكية مقارنةً بالنحاس النقي.
مساحيق سبائك النيتشروم
يشير نيتشروم إلى سبائك النيكل والكروم مع إضافات من السيليكون أو الألومنيوم تصل إلى 5%. وهي تقدم:
- مقاومة ممتازة للأكسدة في درجات الحرارة العالية
- مقاومة كهربائية عالية لعناصر التسخين
- الحفاظ على القوة الميكانيكية في درجات حرارة مرتفعة
توفر درجات سيليكون النيكروم خصائص تدفق محسنة مناسبة لمعالجة المسحوق.
إنتاج مساحيق سبائك السيليكون
تُصنع مساحيق سبائك السيليكون باستخدام تقنيات مشابهة لتقنيات إنتاج المساحيق المعدنية الأخرى مثل:
- التذرية
- ترذيذ الماء يرش السبيكة المنصهرة في الماء
- يستخدم الانحلال الغازي نفاثات الغاز الخامل
- تنتج مساحيق كروية مثالية للضغط
- الطحن الميكانيكي
- الطحن بالكرات أو الطحن بالكرات
- أشكال مساحيق غير منتظمة وتوزيعات واسعة الحجم
- الترسيب الإلكتروليتي
- طلاء الكاثود كهربائيًا بمسحوق السبيكة
- أحجام المسحوق الناعم جداً ممكنة
- الاختزال الكيميائي
- اختزال السيليكون والأملاح المعدنية إلى مسحوق سبيكة
- فعالة من حيث التكلفة، وتستخدم لإنتاج الفيروسيليكون
- الانحلال بالبلازما
- استخدام شعلة البلازما لتوليد مساحيق معدنية متناهية الصغر
- بيئة عملية نظيفة وخاملة
- الجسيمات النانوية أو الجسيمات متناهية الصغر
يتم غربلة مساحيق السبائك إلى نطاقات حجم الجسيمات المرغوبة ويمكن معالجتها بشكل أكبر بالتلدين أو التزييت أو الطلاء.
خصائص مساحيق سبائك السيليكون
تُظهر سبائك السيليكون مجموعة واسعة من الخواص الفيزيائية والميكانيكية والحرارية والكهربائية والمغناطيسية والكيميائية بناءً على تركيبها وبنيتها المجهرية.
خواص مسحوق سبائك السيليكون
| الممتلكات | التأثيرات | القياس |
|---|---|---|
| حجم الجسيمات | سلوك التلبيد، الكثافة المدمجة | حيود الليزر، النخل |
| شكل الجسيمات | قابلية تدفق المسحوق، وكثافة الضغط | الفحص المجهري وتحليل الصور |
| تركيبة السبيكة | القوة الميكانيكية، والتوصيلية، والمغناطيسية | البلازما المقترنة بالحث، تألق الأشعة السينية |
| الكثافة الظاهرة | القابلية للدمج وكثافة الضغط | مقياس التدفق الهولوجي، مقياس حجم سكوت |
| كثافة الحنفية | قابلية الانضغاط، كثافة تعبئة القالب | ASTM B527 |
| معدل التدفق | مناولة المسحوق، كثافة التعبئة | مقياس التدفق الهوائي |
| الثبات الحراري | استجابة التلبيد، البنية المجهرية | مسعر المسح الضوئي التفاضلي |
| محتوى الأكسجين | احتياجات جو التلبيد | تحليل انصهار الغازات الخاملة |
| النفاذية المغناطيسية | للمضغوطات المغناطيسية اللينة | الرسم البياني للتباطؤ، محلل BH |
تؤثر نسبة السيليكون على القوة والهشاشة والمقاومة الكهربائية والخصائص الحرارية. تضفي عناصر السبائك خصائص متميزة –؛ الألومنيوم للقوة والنيكل للمغناطيسية وغيرها.
توفر مورفولوجيات المسحوق مثل الأشكال الكروية المرذرة بالغاز أقصى كثافة بينما تحسن الجسيمات المطحونة غير المنتظمة سلوك الضغط.
تشير الكثافة الظاهرة إلى استجابة الضغط. يرتبط معدل تدفق القاعة ومؤشر كار بخصائص تدفق المسحوق أثناء الضغط. تحدد أجهزة التحليل الحراري درجات حرارة تلبيد الحالة الصلبة المحتملة.
تطبيقات مساحيق سبائك السيليكون
بفضل خواصها الفيزيائية والميكانيكية والكهرومغناطيسية القابلة للضبط، تُستخدم مساحيق سبائك السيليكون في العديد من الصناعات لتصنيع الأجزاء والمكونات النهائية.
التطبيقات الرئيسية لسبائك السيليكون
| الصناعة | أمثلة على التطبيقات | الخصائص المرغوبة |
|---|---|---|
| السيارات | التروس، والمكابس، وأجزاء المحرك | مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل |
| الفضاء | شفرات التوربينات، الأجزاء الهيكلية | نسبة القوة إلى الوزن، ومقاومة الزحف |
| الإلكترونيات | قلوب المغناطيس، والتغليف، والتغليف، والتلامس | التوصيل الكهربائي، والسلوك المغناطيسي الناعم |
| صناعي | أدوات القطع والقوالب والمحامل | الصلابة وصلابة الكسر والتشحيم |
| الذخائر | قاذفات، حالات الذخائر | الكثافة والليونة ومقاومة الصدمات |
| المواد الكيميائية | الصمامات والمضخات والمفاعلات | مقاومة التآكل، وسلوك درجات الحرارة العالية |
تسمح تقنيات تعدين المساحيق المعدنية بتصنيع مكونات معقدة لا يمكن إنتاجها بسهولة عن طريق الصب أو التصنيع الآلي.
تشمل استخدامات السيارات مكونات المحرك المعرضة للضغوط ودرجات الحرارة القصوى. تتطلب تطبيقات الفضاء الجوي سبائك خفيفة الوزن وعالية الأداء.
تعتمد الملامسات الكهربائية على سبائك النحاس/السيليكون للجمع بين التوصيلية والمتانة الميكانيكية. تطبق الأدوات والقوالب الصناعية خصائص الصلابة والتآكل من سبائك السيليكون أو السيليكون المصبوب.
تتيح مساحيق سبائك السيليكون إمكانية تكييف الخصائص الفيزيائية والكيميائية والحرارية والكهربائية والمغناطيسية التي لا يمكن تحقيقها باستخدام مساحيق معدنية مفردة.
مواصفات مساحيق سبائك السيليكون
تتوفر مساحيق سبائك السيليكون بموجب مواصفات قياسية وطنية ودولية مختلفة للمساحيق التي تحدد نطاق حجم الجسيمات، ومستويات الشوائب المسموح بها، وحدود تركيب السبائك، وغيرها من المعلمات الخاصة بالدرجة.
مواصفات مسحوق سبائك السيليكون
| سبيكة | المعايير المطبقة | حجم الجسيمات | الكثافة الظاهرة | معدل التدفق |
|---|---|---|---|---|
| الفيروسيليكون | ASTM A483 | -150 +400 شبكة -150 | 2.5-3.1 جم/سم مكعب | 25-35 ث/50 جم |
| سيلومين | EN 1706 | -325 شبكة | 1.5-2.2 غم/سم مكعب | 35-45 ثانية/50 جم |
| سيليكاست | DIN 1718 | 10-45 ميكرون | 2.8-3.2 جم/سم مكعب | 28-32 ث/50 جم |
| كوفار | JIS Z 3265. | -270 شبكة | 4.8-5.2 جم/سم مكعب | 22-28 ثانية/50 جم |
| كوسيل | QSIL051 | -325 شبكة | 3.2-4.1 جم/سم مكعب | 30-40 ثانية/50 جم |
| نيتشروم | AMS 7759 | 10-50 ميكرون | 4.2-4.8 جم/سم مكعب | 26-32 ق/50 جم |
تساعد المعايير الرئيسية مثل توزيع حجم الجسيمات ومعدل التدفق والكثافة الظاهرية ونطاقات التركيب في تحديد مدى ملاءمة التطبيق.
تحتفظ المنظمات الدولية للمعايير والجمعيات المهنية مثل ASTM وISO وDIN وJIS وAMS وAWS بمواصفات المساحيق المعدنية التي تغطي السبائك الرئيسية.
تساعد المواصفات في مراقبة الجودة أثناء التصنيع وتوفر للعملاء أداء مسحوق قابل للتكرار.
موردو مسحوق سبائك السيليكون
يقدم العديد من كبار منتجي مسحوق المعادن الرئيسيين تركيبات مسحوق سبائك السيليكون القياسية والمخصصة المناسبة للضغط والتلبيد وصب حقن المعادن والتصنيع الإضافي والرش الحراري.
موردو مسحوق سبائك السيليكون
| المورد | سبائك السيليكون المعروضة | الطاقة الإنتاجية | التسعير |
|---|---|---|---|
| هوغاناس | فيروسيليكون، نيكروم، سيليكاست، سيليكاست | 50,000 طن/سنة | دولار أمريكي/كيلوغرام |
| مسحوق CNPC | فيروسيليكون، كوزيل، كوفار | 30,000 طن/سنة | دولار/كيلوغرام |
| قويتشو تشن هوا | الفيروسيليكون | 10,000 طن/سنة | دولار/كيلوغرام |
| فالي للمعادن | سيلومين، نيتشروم | 20,000 طن/سنة | دولار أمريكي/كيلوغرام |
| مساحيق المعادن في الهند | فيروسيليكون، سيلومين | 5,000 طن/سنة | دولار/كيلوغرام |
| JFE للصلب | سيليكاست، كوفار | 35,000 طن/سنة | دولار أمريكي/كيلوغرام |
يعتمد السعر على تركيبة السبيكة وحجم الجسيمات ومستويات النقاء وكمية الطلب والموقع الجغرافي. توقع أن تدفع علاوات للسبائك عالية الهندسة المستخدمة في التطبيقات الحرجة مقابل درجات الفيروسيليكون السلعي.
اختيار المناسب مسحوق سبائك السيليكون
يتطلب اختيار مسحوق سبائك السيليكون الأمثل مطابقة التركيب وخصائص المسحوق مع عملية التصنيع ومتطلبات أداء المكون النهائي.
تشمل معايير الاختيار الرئيسية ما يلي:
- تركيبة السبيكة –؛ يحدد الخواص الفيزيائية والميكانيكية والحرارية والكهربائية
- حجم الجسيمات وشكلها –؛ تأثيرات تدفق المسحوق والكثافة المضغوطة
- الكثافة الظاهرة وكثافة الحنفية –؛ يتعلق بسلوك الضغط والقوة الخضراء
- خصائص التدفق –؛ مهم للمناولة الآلية للمساحيق
- مستويات النقاء –؛ يؤثر على الخواص النهائية والبنية المجهرية
- عوامل التكلفة –؛ المواد الخام، وطريقة الإنتاج، ومعايير الجودة
اعمل مع منتجي المساحيق في مرحلة مبكرة من عملية التصميم لتضييق خيارات السبائك المناسبة والمساحيق المحسّنة لمعالجتك. قد تفي خيارات متعددة بالمتطلبات الفنية، لذا ركز على تعظيم القيمة.
التعليمات
فيما يلي إجابات لبعض الأسئلة المتداولة حول مساحيق سبائك السيليكون:
ما هي المزايا الرئيسية لسبائك السيليكون مقابل المعادن النقية؟
تحتفظ سبائك السيليكون بالخصائص الكهربائية المرغوبة مثل التوصيلية أو شبه الموصلة مع تحسين الأداء الميكانيكي. وتزيد السبائك من الصلابة والقوة والثبات الحراري ومقاومة التآكل مقارنة بالسيليكون النقي أو المعادن الأساسية الأخرى.
كيف تختلف خواص الفيروسيليكون باختلاف محتوى السيليكون؟
ومع زيادة محتوى السيليكون من 15% سيليكون إلى 90% سيليكون في الفيروسيليكونات الحديدية، تزداد الصلابة وتزداد الهشاشة أيضًا. كما ترتفع المقاومة الكهربائية بشكل كبير مع ارتفاع مستويات السيليكون. يمثل 75% سيليكون السيليكون حلاً وسطاً جيداً بين المغناطيسية والليونة والصلابة.
ما هو حجم المسحوق الموصى به لقولبة حقن المعادن؟
بالنسبة لمعظم أنظمة السبائك، يوفر نطاق حجم المسحوق الذي يتراوح بين 10 و25 ميكرون التدفق الأمثل عند تجميعها في شكل مربعات بالإضافة إلى التعبئة المثلى للجسيمات والكثافة الملبدة. تعمل المساحيق الأدق على تحسين القوة الخضراء ولكنها تضر بسلوك التدفق.
ما الذي يسبب انخفاض الكثافة الظاهرية مقابل كثافة الصنبور في المساحيق؟
تعكس الكثافة النقرية المقاسة تحت الاهتزاز حالة التعبئة الأكثر كثافة التي يمكن تحقيقها في حين أن الكثافة الظاهرية تشمل الفراغات بين الجسيمات التي تقلل من كفاءة التعبئة. تُظهر أشكال المسحوق الزاوي غير المنتظمة فجوة أكبر بين الكثافة الظاهرية وكثافة النقر.
كيف تختلف سيليكونات النحاس والنيكل عن سيليكونات الفيروسيليكون؟
تحتفظ خلائط CuSil وNiSi بالقدرة العالية على التوصيل الكهربائي والحراري للنحاس والنيكل مقابل الخصائص العازلة للحديد. وهذا يجعلها مفضلة للاستخدامات مثل الفرش والملامسات التي تتطلب خصائص معدنية وموصلة معاً.
ما فائدة الانحلال الغازي مقابل الطحن الميكانيكي؟
وينتج الانحلال الغازي مساحيق كروية متدفقة مناسبة للتعبئة الآلية للقالب بينما ينتج الطحن جسيمات غير منتظمة ذات قوة خضراء أعلى. المساحيق المرذاذة بالغاز لها نسب كثافة R:G أقل ولكنها تعطي تجانسًا أفضل في التلبيد.
خاتمة
تتيح مساحيق سبائك السيليكون مكونات معدنية عالية الأداء تجمع بين الخصائص الكهربائية والمغناطيسية والهندسية التي لا يمكن تحقيقها من خلال المعادن النقية. ومن خلال اختيار التركيب الأمثل، وخصائص المسحوق، وعملية التصنيع، يمكن للمهندسين تطوير مكونات ذات قدرات وقيمة فريدة من نوعها. سيستمر تعدد استخدامات سبائك السيليكون في دفع عجلة التقدم والابتكارات في مختلف الصناعات.