מה השימוש בסידן סיליקון?

סגסוגת סיליקון סידןהוא חומר סגסוגת חשוב, המורכב בעיקר מסיליקון וסידן, בדרך כלל עם תכולת סיליקון בין 30% ל-60%.

סגסוגת סיליקון סיליקון היא חומר פונקציונלי מרוכב יעיל ביותר בתחום ייצור הפלדה, בעל פונקציות מרובות כולל הסרת חמצון, הסרת גופרית ועידון תבואה:

פונקציית ניקוי חמצון:

בתור מסיר חמצון קדם- או מסיר חמצון סופי, כמות התוספת היא 0.3%-0.8% ממסת הפלדה. לסידן (Ca) יש זיקה חזקה במיוחד לחמצן (אנרגיה חופשית תגובה ΔG₂₀₀₀K=-604kJ/mol), בשילוב עם חמצן בפלדה עדיפות ליצירת CaO. סיליקון (Si) בו זמנית יוצר SiO₂, והשניים יוצרים תכלול מרוכבים של נקודת -התכה- נמוכה (CaO-SiO₂) עם צפיפות נמוכה בהרבה מזו של הפלדה (2.6g/cm³ לעומת 7.8g/cm³). תכליל זה צף במהירות אל פני השטח ומוסר עם הסיגים, מפחית את תכולת החמצן של הפלדה מ-80-100ppm ל-30-50ppm, ובכך מפחית פגמים כמו נקבוביות ותכלילים.

הסרת גופרית:

סידן מגיב עם גופרית ויוצר CaS יציב (נקודת התכה של 2450 מעלות), ומשיג קצב הסרת גופרית של 60%-70%, ומפחית את תכולת הגופרית של פלדה מותכת מ-0.03% ל-0.009%-0.012%. זה משפר את עמידות הפלדה לסדקים חמים ואת ביצועי העיבוד, מה שהופך אותה למתאימה לייצור פלדות איכותיות (כגון פלדת מיסבים ופלדת קפיצים).

חידוד תבואה ושיפור ביצועים:

סידן מקדם יצירת קרבוניטרידים מיסודות כגון Nb ו-Ti בפלדה, ומעדן את גודל הגרגירים (מ-50 מיקרומטר ל-20-30 מיקרומטר). זה מגדיל את חוזק המתיחה של הפלדה ב-15%-20% ואת קשיחות הפגיעה ב-25%-30%, תוך שיפור יכולת הריתוך של הפלדה ועמידות בפני קורוזיה.

ביציקת ברזל יצוק וסגסוגות לא-ברזליות, סגסוגת CaSi היא חומר חיסון מרכזי ומשנה ביצועים:

חיסון ברזל יצוק:

הוספת 0.2%-0.5% ממסת הברזל המותך, סיליקון מקדם את תהליך הגרפיטיזציה, מגדיל את מספר גרעיני הגרפיט והופך את מורפולוגיה של הגרפיט מפתיתים גסים לפתיתים עדינים ואחידים או צורות כדוריות, ומונע היווצרות של ברזל לבן. זה יכול להגביר את קשיחות הפגיעה של ברזל יצוק אפור ב-20%-30% ואת חוזק המתיחה של ברזל רקיע ב-10%-15%, מה שהופך אותו למתאים ליציקות מפתח כגון בלוקים למנועי רכב ומיטות מכונות.

יציקת סגסוגת לא-ברזלית:

הוספת 0.1%-0.3% סיליקון-סגסוגת סידן בייצור סגסוגת אלומיניום מאפשרת לסידן לנטרל יסודות מזיקים כגון Na ו-Li, ולשפר את הנטייה לפיצוח חם, בעוד שסיליקון משפר את חוזק הסגסוגת. בייצור סגסוגת מגנזיום, הוא יכול לחדד את גודל הגרגירים (מ-100 מיקרומטר ל-40-50 מיקרומטר), לשפר את החוזק בטמפרטורות גבוהות ועמידות בחום, מה שהופך אותו למתאים לרכיבי סגסוגת קלים המשמשים בתעופה וחלל.

בקרת פגמי יציקה:

על ידי טיהור ברזל מותך ושיפור נזילות, חללי התכווצות ופגמי נקבוביות מופחתים, מגדילים את תפוקת היציקה ב-10%-15% ומוזילים את עלויות העיבוד הבאות.

ייצור פלדה מיוחד:

הוספת סגסוגות SiCa להתכת נירוסטה מייעלת את חלוקת הכרום, מונעת אזורים מדוללים בכרום ומרחיבה את העמידות בפני קורוזיה בתרסיס מלח מ-200 שעות ליותר מ-350 שעות. בייצור-סגסוגת עמידה בחום, סידן וסיליקון יוצרים באופן סינרגטי סרט תחמוצת צפוף, ומפחיתים את קצב החמצון ב-1000 מעלות ב-50%, מה שהופך אותו למתאים לרכיבים בטמפרטורה גבוהה- כגון להבי טורבינת גז.

חומרים אלקטרוניים:

ניתן להשתמש בסגסוגות סיליקון סיליקון בטוהר- גבוה (סה"כ זיהומים של פחות או שווה ל-0.1%) כחומרי גלם להכנת חומרים מוליכים למחצה. סיליקון פולי-גבישי מיוצר באמצעות תגובת הפחתה, עם שליטה מדויקת על תכולת הסידן והסיליקון (Ca גדול מ-30% או שווה ל-30%, Si גדול מ-60%) כדי למנוע מזיהומים להשפיע על התכונות החשמליות של פרוסות סיליקון, מה שהופך אותו מתאים לתרחישי ייצור שבבים.

בתחום החומרים העקשניים:

ניתן להשתמש באבקת סגסוגת סידן סיליקון כתוסף בלבנים עקשן ובחומרי יציקה, לשפר את יציבות-הטמפרטורה הגבוהה (טמפרטורת ההפעלה יכולה להגיע מעל 1600 מעלות) ואת העמידות בפני קורוזיה של החומרים, מה שהופך אותה מתאימה לכבשנים תעשייתיים ולבטנות ציוד בטמפרטורה-גבוהה.

תעשייה כימית:

כחומר מפחית או כזרז, הוא משמש בתגובות סינתזה אורגניות (כגון הכנת סילאן) כדי להאיץ את תהליך התגובה ולשפר את תפוקת המוצר; הוא יכול גם לייצר חומרי חיסון CaSi, המתאימים לצרכי היציקה של יציקות-עמידות בפני קורוזיה ועמידות- בפני שחיקה בציוד כימי.

יתרונות סביבתיים:

שימוש בסגסוגות סיליקון סיליקון להחלפת משחררי חמצון בודדים (כגון אלומיניום) בייצור פלדה יכול להפחית את צריכת האלומיניום ב-30%-40%, להפחית את צריכת האנרגיה לטון פלדה ב-5%-8% ולהפחית את פליטת CO₂, תוך התאמה למגמה של מטלורגיה ירוקה; יתרה מכך, העלות של סגסוגות CaSi היא רק 1/3-1/2 מזו של אלומיניום, מה שמאזן בין יעילות כלכלית וידידותית לסביבה.

יתרונות היישום:

מרוכב פונקציונלי (דה-אוקסידציה + דה-סולפוריזציה + חיסון + סגסוג), המבטל את הצורך במספר תוספים; ישימות רחבה (ייצור פלדה, יציקה, אלקטרוניקה ותחומים אחרים); עלות-יעילות גבוהה, איזון בין ביצועים לחיסכון.

עקרונות בחירה:

לסילוק חמצון והסרת גופרית לייצור פלדה, בחר בדרגות-סידן גבוהות (למשל, Ca31Si55); עבור חיסון יציקה, בחר בדרגות-סיליקון גבוהות (למשל, Ca28Si60); עבור חומרים אלקטרוניים, בחר בדרגות טוהר- גבוהות (סה"כ זיהומים פחות או שווה ל-0.1%); התאם את כמות התוספת בהתאם לסוג החומר ותהליך הציוד כדי למנוע תוספת מוגזמת המובילה להיווצרות שלבים קשים ושבירים.