ستساعدك هذه المقالة على فهم ماهية السيليكون عالي الحرارة وكيف يختلف عن السيليكون العادي. ستتعرف أيضًا على كيفية تصنيعه واختباره واستخدامه في مختلف الصناعات، من السيارات والطائرات إلى الإلكترونيات وآلات المصانع.
ما هو السيليكون عالي الحرارة؟
السيليكون عالي الحرارة هو نوع خاص من السيليكون، يستخدم تركيبات خاصة لتحمل درجات الحرارة العالية.
يمكن للسيليكون العادي مقاومة درجات الحرارة من -60 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.
لكن السيليكون عالي الحرارة قادر على العمل في ظروف أكثر سخونة. معظم الأنواع تتحمل درجات حرارة تتراوح بين ٢٥٠ و٣٠٠ درجة مئوية لفترات طويلة. بعض الأنواع الخاصة تتحمل دفعات قصيرة من الحرارة تصل إلى ٦٥٠ درجة مئوية.
ما هو الفرق بين السيليكون عالي الحرارة والسيليكون العادي؟
بعض الناس غير متأكدين من كيفية اختلاف السيليكون عالي الحرارة عن السيليكون العادي.
قد يتساءلون إن كان المنتج أفضل حقًا، أم مجرد اسم جديد. هذا سؤال شائع، خاصةً عند اختيار مواد مناسبة للظروف الحارة أو القاسية.
يختلف السيليكون عالي الحرارة عن السيليكون العادي، فهو مصمم للعمل في الأماكن ذات الحرارة والضغط العاليين. وتتميز بمتانتها ومقاومتها للحرارة وأدائها طويل الأمد.
يوضح الجدول أدناه مقارنة واضحة بين السيليكون العادي والسيليكون عالي الحرارة.
| مميزة | سيليكون عادي | سيليكون عالي الحرارة |
| نطاق درجة الحرارة المستمر | من -60 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية | من -60 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية (تركيبات خاصة تصل إلى 350 درجة مئوية) |
| حد درجة الحرارة على المدى القصير | 230 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية | من 400 درجة مئوية إلى 650 درجة مئوية |
| الحشوات الأولية | السيليكا (SiO2) | أكسيد الحديد (Fe2O3)، أكسيد السيريوم (CeO2)، الألومينا (Al2O3) |
| الخواص الميكانيكية | معتدل، مناسب للاستخدامات اليومية | أقوى، مقاوم للشيخوخة الناتجة عن درجات الحرارة العالية والإجهاد الميكانيكي |
| يكلف | أدنى | أعلى |
| التطبيقات النموذجية | السلع الاستهلاكية، الأختام منخفضة الطلب | الفضاء، محركات السيارات، تبديد الحرارة الإلكترونية، الأفران الصناعية |
| مقاومة الشيخوخة | جيد ومناسب للبيئات العامة | ممتاز ومقاوم لدرجات الحرارة العالية طويلة الأمد والأشعة فوق البنفسجية والتآكل الكيميائي |
ما هي النقاط الرئيسية في عملية تصنيع السيليكون عالي الحرارة؟
لإنتاج سيليكون عالي الأداء وعالي الحرارة، هناك حاجة إلى رقابة صارمة في اختيار المواد الخام وتصميم التركيبة وطرق المعالجة.
اختيار قاعدة المطاط السيليكوني المناسبة
تختلف أنواع مطاط السيليكون في مقاومتها للحرارة وخواصها الميكانيكية. ويعتمد الاختيار على استخدام المنتج.
بشكل عام، يعمل السيليكون ذو الوزن الجزيئي الأعلى والمجموعات الوظيفية المحددة بشكل أفضل للاستخدام في درجات الحرارة المرتفعة.
تحسين الصياغة
يعتمد أداء السيليكون عالي الحرارة بشكل كبير على تركيبته. تُستخدم عادةً عدة إضافات رئيسية:
- حشوات مقاومة للحرارة مثل السيليكا وأكسيد الحديد الأحمر يساعدان على تحسين المقاومة الحرارية والقوة الميكانيكية.
- مثبتات الحرارة تُبطئ الأكسدة والتحلل الحراري عند درجات الحرارة العالية. قد تشمل هذه المواد صابون المعادن أو مركبات العناصر الأرضية النادرة.
- مضادات الأكسدة مثل الفينولات والأمينات المعوقة تعمل على تقليل الشيخوخة الناتجة عن الأكسدة.
- عوامل المعالجة يعتمد على بيروكسيدات عضوية تعمل على تعزيز الترابط المتبادل في درجات الحرارة العالية.
عملية الخلط الدقيقة
يجب خلط جميع المواد الخام جيدًا. يجب التحكم في درجة الحرارة ووقت الخلط وقوة القص. هذا يضمن توزيعًا جيدًا للحشوات ووظيفة كل مادة مضافة على أكمل وجه.
اختيار طريقة التشكيل الصحيحة
يمكن تشكيل السيليكون عالي الحرارة عن طريق الضغط أو البثق أو الحقن.
بالنسبة للأجزاء ذات درجات الحرارة العالية والضغط العالي، فإن عملية القولبة بالضغط تكون في أغلب الأحيان أكثر موثوقية.
بالنسبة للمنتجات المستمرة مثل الأنابيب وعزل الأسلاك، تكون عملية البثق أكثر كفاءة.
أصبحت عملية حقن المطاط السيليكوني السائل (LSR) شائعة أيضًا للأجزاء الدقيقة أو المعقدة.
عملية المعالجة الفعالة
المعالجة هي الخطوة الأخيرة والأكثر أهمية. تُبنى فيها الشبكة المتشابكة التي تمنح السيليكون مرونته ومتانته ومقاومته للحرارة. يجب أن تتوافق درجة حرارة ووقت المعالجة مع التركيبة وسمك القطعة.
ما هي الاختبارات والمعايير الخاصة بالسيليكون عالي الحرارة؟
ولضمان جودة وأداء منتجات السيليكون عالية الحرارة، تتبع الصناعة اختبارات ومعايير محددة.
اختبار الشيخوخة الحرارية (ASTM D573) يفحص هذا الاختبار كيفية تغير المادة بعد تعرضها لفترات طويلة لدرجات حرارة عالية. ويقيس خصائص مثل الصلابة، ومقاومة الشد، والاستطالة عند الكسر. ويوضح هذا الاختبار مدى صمود المادة تحت الحرارة مع مرور الوقت.
اختبار مجموعة الضغط (ASTM D395) يُقيِّم مدى بقاء المادة مشوهة بعد ضغطها في درجات حرارة عالية. يساعد هذا على تقييم مدة استمرار قدرة المادة على الختم.
التحليل الوزني الحراري (TGA) يقيس فقدان وزن المادة أثناء التسخين. يساعد في تحديد درجة حرارة التحلل والاستقرار الحراري.
في مجالات الإلكترونيات والكهرباء، شهادة UL يثبت أن المنتج آمن وموثوق. يو إل 94 من المهم بشكل خاص تقييم مقاومة اللهب.
اللوائح البيئية مثل حظر المواد الخطرة و يصل ضمان خلوّ المادة من أي مواد ضارة. هذه المعايير تجعل المنتج أكثر أمانًا وصديقًا للبيئة.
ما هي التطبيقات الرئيسية للسيليكون عالي الحرارة؟
يلعب السيليكون عالي الحرارة دورًا رئيسيًا في العديد من الصناعات.
من السيارات إلى الطائرات إلى الإلكترونيات، تساعد هذه المادة على تحسين السلامة والأداء والمتانة.
وتوضح الأمثلة التالية كيفية استخدام السيليكون عالي الحرارة في مجالات مختلفة.
صناعة السيارات
يُعد السيليكون عالي الحرارة مفيدًا بشكل خاص في المناطق المعرضة للحرارة.
حشية رأس الأسطوانة: تُنتج المحركات حرارةً وضغطًا مرتفعين أثناء الاحتراق. يجب أن تُحكم الحشية إغلاقها جيدًا في هذه الظروف القاسية. تحافظ الحشيات المصنوعة من السيليكون عالي الحرارة على شكلها وقدرتها على الإغلاق لفترة طويلة، مما يضمن إغلاقًا أفضل ويقلل من خطر التسرب.
خرطوم الشاحن التوربيني: تُنتج الشواحن التوربينية هواءً مضغوطًا ساخنًا جدًا. يجب أن يتحمل الخرطوم الموجود بين الشاحن التوربيني والمبرد الداخلي الحرارة والضغط معًا. قد تلين خراطيم السيليكون العادية أو تتشوه تحت هذا الضغط. أما خراطيم السيليكون عالية الحرارة، فتحافظ على قوتها وشكلها بشكل أفضل.
صناعة الطيران
يتطلب مجال الطيران والفضاء مواد خفيفة الوزن ومقاومة للظروف القاسية. يُعدّ السيليكون عالي الحرارة خيارًا موثوقًا به هنا.
حلقات O لأنظمة الوقود: يجب أن تتمتع هذه المواد بعزل جيد في الظروف الحارة والكيميائية القاسية. يستطيع السيليكون عالي الحرارة مقاومة وقود الطائرات والحفاظ على مرونته في درجات الحرارة العالية. قد لا يصمد السيليكون العادي في مثل هذه الظروف الصعبة.
غلاف عزل الأسلاك عالية الحرارة: تتعرض أسلاك الطائرات للبرد على ارتفاعات عالية وللحرارة بالقرب من المحركات. توفر الأكمام المصنوعة من السيليكون عالي الحرارة حماية حرارية وكهربائية أفضل، كما تساعد في الحفاظ على سلامة الأنظمة وموثوقيتها.
المعدات الصناعية
تعمل العديد من الآلات الصناعية في بيئات حارة. تساعدها قطع السيليكون عالية الحرارة على العمل بأمان وكفاءة.
أختام باب الفرن: تحافظ هذه الأختام على الحرارة داخل الفرن. السيليكون عالي الحرارة لا يتشقق أو يتشوه، حتى أثناء فترات الخبز الطويلة. هذا يحافظ على غلق الفرن ويوفر الطاقة. قد يتلف السيليكون العادي بسرعة ويفقد أدائه.
وسادات العزل بالضغط الحراري: توفر هذه الوسادات عزلًا حراريًا وتبطينًا. تتحمل وسادات السيليكون عالية الحرارة حرارةً أعلى وتحافظ على قوتها لفترة أطول من السيليكون العادي.
صناعة الإلكترونيات
مع ازدياد قوة الأجهزة الإلكترونية، تُصبح الحرارة مشكلةً أكبر. يُساعد السيليكون عالي الحرارة على معالجة هذه المشكلة.
مركب التغليف لوحدات الطاقة: تحمي هذه المركبات المكونات وتساعد على إزالة الحرارة. يوفر السيليكون عالي الحرارة توصيلًا حراريًا وعزلًا أفضل من السيليكون العادي، مما يحافظ على سلامة الأجهزة الإلكترونية في درجات الحرارة المرتفعة.
حلقات الختم للموصلات ذات درجة الحرارة العالية: تمنع هذه الحلقات دخول الرطوبة والغبار إلى الموصلات. يحافظ السيليكون عالي الحرارة على قوته وشكله، مما يضمن إحكامًا جيدًا بمرور الوقت.
خاتمة
مقارنةً بالسيليكون العادي، يتميز السيليكون عالي الحرارة بمقاومته للحرارة وموثوقيته العالية. وهو مصمم للبيئات القاسية.
نحن متخصصون في تصنيع منتجات السيليكون المخصصة. من المواد الخام إلى المنتجات النهائية، نراقب كل خطوة لضمان أعلى جودة. تواصل معنا اليوم لبدء مشروعك الخاص بتصنيع السيليكون.
