Kalsiyum silikonun kullanımı nedir?

Kalsiyum silikon alaşımıesas olarak silikon ve kalsiyumdan oluşan, genellikle %30 ila %60 arasında silikon içeriğine sahip önemli bir alaşım malzemesidir.

Silikon kalsiyum alaşımı, çelik üretimi alanında deoksidasyon, kükürt giderme ve tane inceltme dahil olmak üzere birçok fonksiyona sahip, oldukça verimli bir kompozit fonksiyonel malzemedir:

Deoksidasyon Fonksiyonu:

Ön-oksidan giderici veya son oksit giderici olarak ilave miktarı çelik kütlesinin %0,3-%0,8'idir. Kalsiyum (Ca) oksijene karşı son derece güçlü bir afiniteye sahiptir (reaksiyonsuz enerji ΔG₂₀₀₀K=-604kJ/mol), tercihen çelikteki oksijenle birleşerek CaO oluşturur. Silikon (Si) eşzamanlı olarak SiO₂ oluşturur ve ikisi, çeliğinkinden (2,6g/cm³ vs 7,8g/cm³) çok daha düşük yoğunluğa sahip, düşük-erime- noktalı bir kompozit oluşumu (CaO-SiO₂) oluşturur. Bu kalıntı hızla yüzeye çıkar ve cürufla birlikte uzaklaştırılarak çeliğin oksijen içeriği 80-100 ppm'den 30-50 ppm'ye düşürülür, böylece gözeneklilik ve kalıntılar gibi kusurlar azalır.

Kükürt giderme:

Kalsiyum kükürt ile reaksiyona girerek stabil CaS (erime noktası 2450 derece) oluşturur, %60-%70'lik bir kükürt giderme oranına ulaşarak erimiş çeliğin kükürt içeriğini %0,03'ten %0,009-%0,012'ye düşürür. Bu, çeliğin sıcak çatlama direncini ve işleme performansını artırarak, onu yüksek kaliteli çeliklerin (rulman çeliği ve yay çeliği gibi) üretimi için uygun hale getirir.

Tahıl İnceltme ve Performans Arttırma:

Kalsiyum, çelikteki Nb ve Ti gibi elementlerden karbonitrit oluşumunu teşvik ederek tane boyutunu (50μm'den 20-30μm'ye) inceltir. Bu, çeliğin çekme mukavemetini %15 - %20, darbe dayanıklılığını da %25 - %30 artırırken aynı zamanda çeliğin kaynaklanabilirliğini ve korozyon direncini de artırır.

Dökme demir ve-demir dışı alaşımlı dökümde, CaSi alaşımı önemli bir aşılayıcı ve performans değiştiricidir:

Dökme Demir Aşılaması:

Erimiş demir kütlesinin %0,2 ila %0,5'ini ekleyen silikon, grafitleştirme sürecini destekler, grafit çekirdeklerinin sayısını artırır ve grafit morfolojisini kaba pullardan ince, tek biçimli pullara veya küresel şekillere dönüştürerek beyaz demir oluşumunu engeller. Bu, gri dökme demirin darbe dayanıklılığını %20 - %30 oranında ve sünek demirin çekme mukavemetini %10 - %15 oranında artırabilir ve bu da onu otomotiv motor blokları ve takım tezgahı yatakları gibi önemli dökümler için uygun hale getirir.

Demir-dışı Alaşımlı Döküm:

Alüminyum alaşımı üretimine %0,1-%0,3 silikon-kalsiyum alaşımı eklenmesi, kalsiyumun Na ve Li gibi zararlı elementleri nötralize etmesine olanak tanıyarak sıcak çatlama eğilimini artırırken, silikon alaşımın gücünü artırır. Magnezyum alaşımı üretiminde, tane boyutunu (100μm'den 40-50μm'ye kadar) inceltebilir, yüksek sıcaklık dayanımını ve ısı direncini geliştirerek havacılıkta kullanılan hafif alaşımlı bileşenler için uygun hale getirebilir.

Döküm Kusur Kontrolü:

Erimiş demirin saflaştırılması ve akışkanlığın iyileştirilmesiyle, büzülme boşlukları ve gözeneklilik kusurları azaltılır, döküm verimi %10-%15 oranında artar ve sonraki işlem maliyetleri düşer.

Özel Çelik Üretimi:

Paslanmaz çelik eritme işlemine SiCa alaşımlarının eklenmesi krom dağıtımını optimize eder, kromun{0} tükendiği bölgeleri önler ve tuz spreyi korozyon direncini 200 saatten 350 saatin üzerine çıkarır. Isıya-dirençli alaşım üretiminde, kalsiyum ve silikon sinerjistik olarak yoğun bir oksit filmi oluşturarak 1000 derecede oksidasyon oranını %50 azaltır, bu da onu gaz türbini kanatları gibi yüksek- sıcaklıktaki bileşenler için uygun hale getirir.

Elektronik Malzemeler:

Yüksek-saflıkta silikon kalsiyum alaşımları (toplam safsızlıklar %0,1'den az veya ona eşit), yarı iletken malzeme hazırlanmasında hammadde olarak kullanılabilir. Polikristalin silikon, safsızlıkların silikon plakaların elektriksel özelliklerini etkilemesini önlemek için kalsiyum ve silikon içeriğinin (%30'dan büyük veya eşit, Ca %60'tan büyük veya eşit) hassas kontrolü ile bir indirgeme reaksiyonu yoluyla üretilir ve bu da onu çip üretim senaryoları için uygun hale getirir.

Refrakter malzemeler alanında:

Kalsiyum Silikon alaşımı tozu, refrakter tuğlalarda ve dökülebilir malzemelerde katkı maddesi olarak kullanılabilir, malzemelerin yüksek-sıcaklık stabilitesini (çalışma sıcaklığı 1600 derecenin üzerine çıkabilir) ve korozyon direncini geliştirerek endüstriyel fırınlar ve yüksek- sıcaklıktaki ekipman astarları için uygun hale getirir.

Kimya endüstrisi:

Bir indirgeyici madde veya katalizör olarak, reaksiyon sürecini hızlandırmak ve ürün verimini artırmak için organik sentez reaksiyonlarında (silan hazırlanması gibi) kullanılır; aynı zamanda kimyasal ekipmanlardaki korozyona-dirençli ve aşınmaya-dirençli dökümlerin döküm ihtiyaçlarına uygun CaSi aşılayıcılar da üretebilir.

Çevresel avantajlar:

Çelik üretiminde tekli oksijen gidericilerin (alüminyum gibi) yerine silikon kalsiyum alaşımlarının kullanılması, alüminyum tüketimini %30-%40 oranında azaltabilir, çelik tonu başına enerji tüketimini %5-%8 oranında azaltabilir ve yeşil metalurji eğilimine uygun olarak CO₂ emisyonlarını azaltabilir; dahası, CaSi alaşımlarının maliyeti alüminyumun maliyetinin yalnızca 1/3-1/2'si kadar olup, ekonomik verimlilik ile çevre dostu olmayı dengeler.

Uygulama Avantajları:

Çoklu katkı maddelerine olan ihtiyacı ortadan kaldıran fonksiyonel kompozit (deoksidasyon + kükürt giderme + aşılama + alaşımlama); geniş uygulanabilirlik (çelik yapımı, döküm, elektronik ve diğer alanlar); yüksek maliyet-etkinliği, performans ve ekonominin dengelenmesi.

Seçim İlkeleri:

Çelik üretiminde deoksidasyon ve kükürt giderme için yüksek-kalsiyum kalitelerini seçin (örneğin, Ca31Si55); döküm aşılama için yüksek-silikon kalitelerini seçin (örn. Ca28Si60); elektronik malzemeler için yüksek{10}}saflık derecelerini seçin (toplam safsızlıklar %0,1'den az veya buna eşit); Sert ve kırılgan fazların oluşmasına neden olan aşırı eklemeyi önlemek için ekleme miktarını malzeme türüne ve ekipman prosesine göre ayarlayın.