يعتبر أكسيد الألومنيوم الأبيض المنصهر (WFA) مادة خام أساسية في إنتاج العديد من سيراميك الرغوة عالية الأداء.
ما هو أكسيد الألومنيوم الأبيض المنصهر (WFA)؟
أولاً، تعريف سريع: الألومينا البيضاء المصهورة هي مادة اصطناعية تُنتَج بصهر الألومينا المكلسة عالية النقاء (Al₂O₃) في فرن قوس كهربائي عند درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية. ثم تُبرَّد وتُسحق وتُصنَّع إلى أحجام حبيبات مختلفة. خصائصها الرئيسية هي:
نقاء عالي: عادة ما يكون >99% Al₂O₃.
صلابة عالية: 9.0 على مقياس موس.
مقاومة حرارية ممتازة: نقطة انصهار عالية (~2050 درجة مئوية).
خمول كيميائي جيد: مقاوم للأحماض والقلويات.
حجم الحبوب المتحكم فيه: يمكن طحنها ونخلها بدقة.
لماذا يتم استخدام WFA في سيراميك الرغوة؟
سيراميك الرغوة هياكل خفيفة الوزن وعالية المسامية، تُستخدم أساسًا كمرشحات (للمعادن المنصهرة) ومواد عازلة . تتوافق متطلبات هذه التطبيقات تمامًا مع خصائص WFA:
مقاومة درجات الحرارة العالية: يجب أن تتحمل سيراميكات الرغوة المستخدمة في ترشيح الألومنيوم أو الحديد أو الفولاذ المنصهر درجات حرارة قصوى (700-1600 درجة مئوية) دون أن تلين أو تتحلل. تجعلها مقاومتها العالية للحرارة مثالية.
الخمول الكيميائي: يجب ألا تتفاعل المادة مع المعدن المنصهر المُرشَّح. يتميز WFA بثباته العالي، ولا يُدخل شوائب إلى المصهور.
مقاومة الصدمات الحرارية: قد يؤدي التدرج الحراري المفاجئ عند غمر المرشح في معدن منصهر إلى تشقق المواد الرديئة. صُممت التركيبة الخاصة للخليط الخزفي (بما في ذلك WFA والمواد الرابطة) للتخفيف من هذه المشكلة، وتساهم خصائص WFA الذاتية في بناء هيكل متين.
مسامية وبنية مُتحكم بها: يُعدّ هيكل الرغوة (حجم المسام، وشكلها، وانفتاحها) أساسيًا لكفاءتها في الترشيح. تُوفّر حبيبات WFA هيكلًا صلبًا ومتينًا يحافظ على هذا الهيكل في ظلّ الظروف القاسية.
قوة ميكانيكية عالية: يجب أن يقاوم الفلتر قوى التآكل والقوى الميكانيكية لتدفق المعدن المنصهر. تضمن صلابة WFA الفائقة حفاظ الفلتر على شكله ومنع تناثر الجزيئات.
كيف يتم استخدام WFA في عملية تصنيع السيراميك الرغوي؟
الطريقة الأكثر شيوعًا لصنع سيراميك الرغوة هي طريقة إسفنج البوليمر المقلد . إليك كيفية تكامل WFA مع العملية:
تحضير الملاط: تُخلط مساحيق ناعمة من أكسيد الألومنيوم الأبيض المنصهر (وغالبًا مواد مضافة أخرى مثل المواد الرابطة والطين ومواد التلبيد) بالماء لتكوين ملاط لزج كريمي. يُعد توزيع حجم جزيئات أكسيد الألومنيوم الأبيض المنصهر أمرًا بالغ الأهمية، إذ يجب أن تكون ناعمة بما يكفي لتغطية رغوة البوليمر بالتساوي، وأن تحتوي أيضًا على حبيبات أكثر خشونة للمساعدة في بناء بنية قوية.
التشريب: تُغمر رغوة بوليمرية مفتوحة الخلايا (مثل البولي يوريثان) ذات بنية المسام المطلوبة (مثل 10، 20، 30 PPI – مسام لكل بوصة) في الملاط. يُضغط عليها ويُترك بشكل متكرر لضمان تغطية ملاط WFA لجميع دعامات شبكة البوليمر.
إزالة الفائض: تُمرَّر الرغوة المُشبَّعة عبر بكرات أو تُطرد مركزيًا لإزالة المادة العازلة الزائدة. تُعد هذه خطوةً أساسيةً لضمان بقاء الخلايا (المسام) مفتوحةً أثناء تغطية الدعامات (الجدران الخزفية) بالكامل.
التجفيف: يتم تجفيف الرغوة المطلية ببطء لإزالة الماء دون تكسير الطلاء الخزفي.
حرق البوليمر: يُسخّن الجزء المجفف إلى درجة حرارة متوسطة (حوالي ٥٠٠-٨٠٠ درجة مئوية) لحرقه تدريجيًا وإزالة قالب رغوة البوليمر. ينتج عن ذلك نسخة طبق الأصل من السيراميك هشة ومسامية.
- الحرق عالي الحرارة (التلبيد): يُحرق الجزء بعد ذلك عند درجة حرارة عالية جدًا (عادةً ما بين ١٤٥٠ و١٦٥٠ درجة مئوية). في هذه المرحلة، تتلبد جزيئات WFA – حيث تندمج معًا عند حدودها دون أن تذوب تمامًا – مُشكلةً هيكلًا خزفيًا متينًا ومتجانسًا وعالي المقاومة للحرارة.
المواصفات الرئيسية لـ WFA للسيراميك الرغوي
عند الحصول على WFA لهذا التطبيق، يبحث المصنعون عن:
النقاء (% Al₂O₃): ≥ 99.0% هو المعيار. شوائب مثل الصودا (Na₂O) قد تُقلل من مقاومة المعدن للصهر وتؤثر على عملية التلبيد.
حجم الحبيبات (الشبكة/النعومة): عادةً ما تُطحن إلى مساحيق ناعمة. التوزيعات الشائعة هي F240، F280، F320، وحتى أدق (قيم d50 تتراوح بين 20 و50 ميكرون). غالبًا ما يُستخدم مزيج من أحجام الحبيبات لتحقيق كثافة تعبئة مثالية وخصائص ريولوجية مثالية للطين.
الكيمياء: يعد المحتوى المنخفض من Fe₂O₃ وSiO₂ وNa₂O أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء في درجات الحرارة العالية وتجنب تلوث المعادن المفلترة.