في التطبيقات الصناعية الحديثة، تواجه المواد بيئات عمل قاسية بشكل متزايد حيث تشكل الظروف القاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة والضغط والتآكل والتآكل تحديات غير مسبوقة. لتلبية هذه المتطلبات، يواصل العلماء والمهندسون استكشاف المواد الخزفية المتقدمة التي تظهر مقاومة استثنائية للحرارة، والحماية من التآكل، ومتانة التآكل. من بين طلاءات الرش الحراري، برزت سيراميك الكورديريت والموليت والفورستريت كحلول واعدة بشكل خاص نظرًا لمزايا أدائها الفريدة.
يمثل الرش الحراري تقنية هندسة سطحية تودع مواد منصهرة أو شبه منصهرة على الركائز لإنشاء طلاءات وظيفية. بالمقارنة مع طرق الطلاء التقليدية، يوفر الرش الحراري نطاقًا أوسع من التطبيقات، واختيارًا متنوعًا للمواد، ومعالجة مرنة - مما يعزز بشكل كبير خصائص الركيزة بما في ذلك مقاومة التآكل والحماية من التآكل والاستقرار الحراري.
توفر المواد الخزفية العديد من المزايا الهامة في تطبيقات الرش الحراري:
هذه الخصائص تجعل سيراميك الرش الحراري ضرورية في جميع أنحاء صناعات الفضاء والسيارات والطاقة والمعالجة الكيميائية والإلكترونيات.
يتميز الكورديريت (Mg2Al4Si5O18) بين سيراميك الرش الحراري بمعامل التمدد الحراري المنخفض للغاية ومقاومته الملحوظة للصدمات الحرارية. يحتوي هيكله البلوري شبه السداسي المعيني على مساحات فراغ كبيرة، مما يساهم في كثافة منخفضة تبلغ 2.53 جم/سم3 ونقطة انصهار تبلغ 1470 درجة مئوية.
يتراوح متوسط معامل التمدد الحراري (CTE) للمادة بين 1.5-4.0 × 10-6°C-1 من 25-700 درجة مئوية، مع قياس الكورديريت المرشوش بالبلازما 2.94 × 10-6°C-1. يقلل هذا التمدد المنخفض للغاية من الإجهاد الحراري أثناء تقلبات درجة الحرارة السريعة، مما يمنع التشقق والفشل الهيكلي.
تتيح مقاومة الكورديريت للصدمات الحرارية تطبيقات متنوعة:
تصف براءات الاختراع الأوروبية طرقًا لإنشاء طلاءات كورديريت مسامية عن طريق الرش الحراري. تكشف الدراسات أن الكورديريت المرشوش بالبلازما يشكل في البداية هياكل غير متبلورة تتبلور إلى μ-كورديريت فوق 830 درجة مئوية، وتتحول بشكل لا رجعة فيه إلى كورديريت عالي بالقرب من 1000 درجة مئوية.
يحافظ الموليت (3Al2O3·2SiO2) على استقرار حراري وكيميائي استثنائي عبر نطاق درجة حرارته البلورية بالكامل دون تحولات متعددة الأشكال تسبب تغيرات حجمية. يوضح هيكله الشبكي المعيني كثافة تبلغ 3.0 جم/سم3، ونقطة انصهار تبلغ 1810 درجة مئوية، و CTE يبلغ 5.3 × 10-6°C-1.
توفر روابط Al-O و Si-O القوية صلابة عالية وقوة ميكانيكية، بينما تتيح مقاومة الزحف الممتازة قدرة تحمل الحمل في درجات الحرارة المرتفعة.
يدعم استقرار الموليت التطبيقات الهامة:
تؤكد أبحاث ناسا أن TBCs الموليت تظهر مقاومة فائقة للصدمات الحرارية أقل من 1100 درجة مئوية، على الرغم من أن تحولات الطور SiO2 تسبب تدهورًا فوق 1200 درجة مئوية. تظهر اختبارات محركات الديزل أن طلاءات الموليت تطور عددًا أقل من الشقوق من البدائل القائمة على الزركونيا في ظل نفس الدوران الحراري.
يُظهر الفورستريت (Mg2SiO4) قوة ميكانيكية عالية وظل فقد منخفض، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات كهربائية عالية التردد. يوجد الفورستريت الصناعي عادةً كمرحلة إنستاتيت بهيكل معيني، وكثافة تبلغ 3.21 جم/سم3، ونقطة انصهار تبلغ 1557 درجة مئوية.
تساهم روابط Mg-O و Si-O القوية في صلابة ملحوظة، بينما يضمن الفقد العازل المنخفض بشكل استثنائي نقل إشارة عالي التردد بكفاءة.
يلعب الفورستريت أدوارًا حاسمة في:
تحتوي رواسب الفورستريت المرشوشة بالبلازما على مراحل غير متبلورة بهيكل صفائحي أقل تميزًا من سيراميك الألومينا أو الزركونيا. تغير معالجات التلدين تكوين الطور وخصائص التمدد الحراري، على الرغم من أن حركية التبلور تتطلب مزيدًا من التحقيق.
ستؤدي التطورات المستمرة في تكنولوجيا الرش الحراري إلى توسيع تطبيقات هذه السيراميك المتخصصة:
من خلال الابتكار المستمر، ستستمر سيراميك الرش الحراري من الكورديريت والموليت والفورستريت في توفير حماية موثوقة للمكونات الصناعية الهامة التي تواجه تحديات تشغيلية قاسية.
