ก ท่ออุดซิลิกอนไนไตรด์ เป็นส่วนประกอบเซรามิกที่มีความแม่นยำซึ่งใช้เป็นหลักในการหล่อด้วยแรงดันต่ำ การหล่ออะลูมิเนียม และการแปรรูปโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เพื่อควบคุมการไหลของโลหะหลอมเหลวจากเตาหลอมหรือเบ้าหลอมเข้าไปในแม่พิมพ์หรือโพรงแม่พิมพ์ ท่อซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นปลอกเซรามิกทรงกระบอกหรือใกล้ทรงกระบอก วางอยู่ภายในหรือเชื่อมต่อกับระบบถ่ายโอนโลหะ และทำงานร่วมกับก้านกั้นหรือปลั๊กเพื่อเริ่ม หยุด และวัดการไหลของโลหะเหลวด้วยความแม่นยำในการทำซ้ำ ในระบบการหล่อแบบแรงดันต่ำโดยเฉพาะ ท่อสต็อปเปอร์จะเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางการถ่ายโอนด้วยแรงดัน ซึ่งอะลูมิเนียมหลอมเหลวหรือโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ จะถูกดันขึ้นจากเตาเผาเข้าไปในแม่พิมพ์ภายใต้แรงดันแก๊สที่ควบคุม
เหตุผลที่ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) เป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับการใช้งานนี้มาจากการผสมผสานคุณสมบัติที่ไม่มีวัสดุโลหะหรือเซรามิกอื่นที่ตรงกับขนาดประสิทธิภาพที่ต้องการทั้งหมดพร้อมกัน อะลูมิเนียมหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 680 ถึง 750°C มีฤทธิ์กัดกร่อนทางเคมี ต้องการความร้อน และมีฤทธิ์กัดกร่อนกับวัสดุส่วนใหญ่ที่สัมผัสกับ ซิลิคอนไนไตรด์ต้านทานการโจมตีทั้งสามโหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ท่อสต็อปเปอร์และท่อไรเซอร์ Si3N4 กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมในการดำเนินงานโรงหล่ออะลูมิเนียมทั่วโลก โดยค่อยๆ เข้ามาแทนที่ส่วนประกอบเหล็กหล่อ กราไฟต์ และอลูมินาเซรามิกที่ใช้ในอุปกรณ์หล่อรุ่นก่อนๆ
การทำความเข้าใจว่าเหตุใดซิลิคอนไนไตรด์จึงทำงานได้ดีในการใช้งานท่อตัวกั้นต้องดูคุณสมบัติของวัสดุในบริบทของประสบการณ์จริงของส่วนประกอบระหว่างการทำงาน ท่อสต็อปเปอร์ในเซลล์หล่อแรงดันต่ำจะถูกให้ความร้อนซ้ำๆ จนถึงอุณหภูมิอะลูมิเนียมหลอมเหลว โดยคงไว้ที่อุณหภูมิดังกล่าวเป็นระยะเวลานาน จากนั้นจึงทำให้เย็นลงระหว่างการบำรุงรักษาหรือการเปลี่ยน - วงจรการใช้ความร้อนซึ่งจะทำให้เซรามิกส่วนใหญ่แตกร้าวภายในอายุการใช้งานสั้น
ซิลิคอนไนไตรด์มีอัตราการต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันสูงสุดในบรรดาเซรามิกโครงสร้างใดๆ คุณสมบัตินี้ — วัดปริมาณด้วยพารามิเตอร์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน R ซึ่งรวมค่าการนำความร้อน ความแข็งแรง และสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ช่วยให้ส่วนประกอบ Si3N4 สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วซึ่งอาจทำให้เกิดการแตกร้าวอย่างรุนแรงในส่วนประกอบอลูมินาหรือซิลิคอนคาร์ไบด์ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำของซิลิคอนไนไตรด์ (ประมาณ 3.2 × 10⁻⁶/°C) รวมกับค่าการนำความร้อนสูงเมื่อเทียบกับเซรามิกอื่นๆ หมายความว่าการไล่ระดับอุณหภูมิข้ามผนังท่อระหว่างการแช่ในโลหะหลอมเหลวนั้นสามารถจัดการได้โดยไม่แตกหัก ในทางปฏิบัติ ท่อสต็อปเปอร์ซิลิคอนไนไตรด์ที่ผลิตอย่างดีสามารถจุ่มลงในอลูมิเนียมหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 720°C จากอุณหภูมิห้องโดยไม่ต้องอุ่นก่อน ซึ่งเป็นความสามารถที่ทำให้ขั้นตอนการบำรุงรักษาง่ายขึ้นและลดเวลาหยุดทำงานลงได้อย่างมาก
อะลูมิเนียมหลอมเหลวมีแนวโน้มสูงที่จะเปียกและยึดติดกับวัสดุหลายชนิดที่สัมผัส รวมถึงโลหะส่วนใหญ่ เซรามิกทนไฟหลายชนิด และกราไฟท์ พฤติกรรมการทำให้เปียกนี้ทำให้อะลูมิเนียมทะลุวัสดุที่มีรูพรุน ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวภายใน และในที่สุดก็ปิดกั้นหรือทำให้ส่วนประกอบเสียหายในเส้นทางการถ่ายเทโลหะ ซิลิคอนไนไตรด์ไม่ทำให้อะลูมิเนียมหลอมเหลวไม่เปียก — มุมสัมผัสระหว่างอะลูมิเนียมเหลวกับพื้นผิว Si3N4 ขัดเงานั้นเกิน 90 องศา ซึ่งหมายความว่าโลหะจะไม่กระจายไปทั่วหรือทะลุพื้นผิวเซรามิก คุณสมบัตินี้ช่วยให้รูภายในของท่อตัวกั้นสะอาดและมีขนาดสม่ำเสมอตลอดระยะเวลาการบริการที่ขยายออกไป โดยคงการควบคุมการไหลที่แม่นยำ และลดความถี่ในการทำความสะอาด
นอกเหนือจากการทำให้เปียกแล้ว ซิลิคอนไนไตรด์ยังทนทานต่อสารเคมีต่อโลหะผสมอลูมิเนียมที่ใช้กันทั่วไปในการหล่อ ซึ่งรวมถึงโลหะผสมที่มีซิลิคอนสูง (A380, A356) โลหะผสมที่มีแมกนีเซียม และโลหะผสมที่มีแบริ่งทองแดง ตลอดช่วงอุณหภูมิของการหล่อตามปกติ ความต้านทานนี้ขยายไปถึงฟลักซ์และสารกำจัดแก๊สที่ใช้ในการบำบัดหลอมเหลว ความเสถียรทางเคมีของ Si3N4 เมื่อสัมผัสกับอะลูมิเนียมหลอมหมายความว่าการปนเปื้อนของการหล่อจากการละลายเซรามิกนั้นไม่มีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานที่ต้องระบุความสะอาดของชิ้นส่วนอะลูมิเนียมและคุณสมบัติทางกลอย่างเข้มงวด
เซรามิกหลายชนิดที่แข็งแกร่งที่อุณหภูมิห้องจะสูญเสียความแข็งแรงอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูง ซิลิคอนไนไตรด์รักษาสัดส่วนความแข็งแรงดัดงอที่อุณหภูมิห้องในสัดส่วนที่สูงได้สูงถึงประมาณ 1,000°C ซึ่งสูงกว่าช่วงการทำงานของการหล่ออะลูมิเนียมอย่างมาก ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงที่คงไว้นี้ช่วยให้ท่อสต็อปเปอร์ซิลิคอนไนไตรด์สามารถทนต่อภาระทางกลที่เกิดจากการไหลของโลหะที่มีแรงดัน แรงสัมผัสของก้านสต็อปเปอร์ และความเครียดในการจัดการใดๆ โดยไม่เสียรูปหรือแตกหัก ค่าความต้านทานแรงดัดงอโดยทั่วไปสำหรับซิลิคอนไนไตรด์เผาผนึกที่ใช้ในส่วนประกอบโรงหล่ออยู่ในช่วง 600 ถึง 900 MPa ที่อุณหภูมิห้อง ลดลงเหลือประมาณ 500 ถึง 700 MPa ที่ 800°C
ซิลิคอนไนไตรด์ไม่ทั้งหมดจะเท่ากัน กระบวนการผลิตที่ใช้ในการอัดผง Si3N4 ให้เป็นส่วนประกอบที่เป็นของแข็งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างจุลภาค ความหนาแน่น และประสิทธิภาพที่เกิดขึ้น ส่วนประกอบเซรามิกของโรงหล่อจะพบเกรดหลักสามเกรด:
| เกรด | กระบวนการผลิต | ความหนาแน่น (ก./ซม.) | การใช้งานทั่วไป | ต้นทุนสัมพัทธ์ |
| ปฏิกิริยาผูกมัด Si3N4 (RBSN) | ผงซิลิกอนไนไตรด์ในบรรยากาศไนโตรเจน | 2.4 – 2.6 | ส่วนประกอบท่อหล่อทั่วไป การใช้งานแรงดันต่ำ | ล่าง |
| Si3N4 เผา (SSN) | การเผาผนึกแบบกดร้อนหรือการเผาแบบไร้แรงดันด้วยตัวช่วยการเผาผนึก | 3.1 – 3.2 | ท่อสต๊อปเปอร์ประสิทธิภาพสูง การหล่อที่แม่นยำ | ปานกลาง-สูง |
| กดไอโซสแตติกร้อน Si3N4 (HIP-Si3N4) | การเผาผนึกภายใต้ความดันไอโซสแตติกสูงเพื่อขจัดความพรุน | 3.2 – 3.25 | ส่วนประกอบสำคัญที่ต้องการความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานสูงสุด | สูง |
ซิลิคอนไนไตรด์ที่ยึดด้วยปฏิกิริยาเป็นเกรดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับท่อตัวกั้นในการหล่ออะลูมิเนียมแรงดันต่ำมาตรฐาน เนื่องจากมีความสมดุลที่ดีของการต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ พฤติกรรมไม่เปียก และต้นทุน ความพรุนที่ตกค้าง — โดยทั่วไปคือ 15 ถึง 20% โดยปริมาตร — เป็นข้อจำกัดในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง แต่เป็นที่ยอมรับสำหรับการใช้งานโลหะผสมอลูมิเนียมส่วนใหญ่ เกรดเผาผนึกและเกรด HIP มีความหนาแน่นและความแข็งแกร่งที่เหนือกว่า และเป็นที่ต้องการในการใช้งานที่มีแรงดันสูง การหล่อแมกนีเซียม (ที่ปฏิกิริยาการหลอมละลายสูงกว่า) หรือในกรณีที่ให้ความสำคัญกับอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบ
ในเซลล์อะลูมิเนียมหล่อแบบความดันต่ำ ท่อสต็อปเปอร์ซิลิคอนไนไตรด์ — หรือในบางระบบเรียกว่าท่อไรเซอร์ ท่อก้าน หรือท่อถ่ายโอน จะสร้างท่อร้อยสายแนวตั้งซึ่งอะลูมิเนียมหลอมเหลวจะเคลื่อนที่จากเตาหลอมที่ปิดสนิทด้านล่างไปยังแม่พิมพ์ด้านบน ระบบทำงานโดยการใช้แรงดันต่ำที่ควบคุมได้ (โดยทั่วไปคือ 0.3 ถึง 1.0 บาร์) ของอากาศแห้งหรือไนโตรเจนไปยังพื้นที่ส่วนหัวของเตา จากนั้นดันโลหะหลอมเหลวขึ้นผ่านท่อตัวกั้นและเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ เมื่อรอบการหล่อเสร็จสิ้นและปล่อยแรงดันออกไป โลหะในแม่พิมพ์จะแข็งตัวในขณะที่ส่วนเกินในท่อจะกลับคืนสู่เตาเผา
ท่อสต็อปเปอร์ต้องปิดผนึกอย่างมีประสิทธิภาพกับฝาครอบเตาหลอมและแผ่นยึดแม่พิมพ์ เพื่อป้องกันการรั่วไหลของโลหะภายใต้แรงดัน โดยทั่วไปฟังก์ชันการซีลนี้ทำได้โดยอาศัยพิกัดความเผื่อขนาดใกล้เคียงที่ปลายท่อรวมกับปะเก็นเซรามิกไฟเบอร์หรือส่วนประกอบการซีลโลหะที่เป็นไปตามข้อกำหนด รูของท่อจะต้องเรียบและมีเส้นผ่านศูนย์กลางสม่ำเสมอเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะราบเรียบจะไหลและป้องกันการสะสมของออกไซด์ที่เกิดจากความปั่นป่วนในการหล่อ — หนึ่งในตัวขับเคลื่อนคุณภาพหลักสำหรับการใช้ท่อ Si3N4 ที่กราวด์อย่างแม่นยำ แทนที่จะใช้ทางเลือกอื่นที่มีความทนทานต่ำ
ฟังก์ชั่นตัวหยุดเอง — การสูบจ่ายหรือการหยุดการไหลของโลหะ — สามารถทำได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบ ในการกำหนดค่าบางอย่าง ก้านสต็อปเปอร์เซรามิกที่ทำจากวัสดุซิลิคอนไนไตรด์แบบเดียวกันหรือคล้ายกันกับเบาะนั่งกลึงที่ฐานของท่อเพื่อปิด ในกรณีอื่นๆ ระบบแรงดันเองก็ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการไหล โดยที่ท่อยังคงเปิดอยู่ และการไหลของโลหะจะถูกควบคุมโดยวงจรแรงดันที่ใช้ทั้งหมด การทำความเข้าใจว่าเซลล์การหล่อของคุณใช้การกำหนดค่าแบบใดเป็นสิ่งสำคัญเมื่อระบุท่อไรเซอร์ซิลิคอนไนไตรด์ทดแทน เนื่องจากรูปทรงของท่อสิ้นสุดและคุณลักษณะที่นั่งภายในต้องตรงกับการออกแบบระบบเฉพาะ
ท่อสต็อปเปอร์ซิลิคอนไนไตรด์เป็นส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ และความแม่นยำของขนาดส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการหล่อและความน่าเชื่อถือของระบบ ขนาดต่อไปนี้เป็นพารามิเตอร์ข้อกำหนดหลักสำหรับการสั่งซื้อท่อสต็อปเปอร์ Si3N4:
วัสดุเซรามิกอื่นๆ อีกหลายรายการได้ถูกนำมาใช้ในการใช้งานท่อสต็อปเปอร์และท่อไรเซอร์ และบางส่วนยังคงใช้ในบริบทเฉพาะ การทำความเข้าใจว่าซิลิคอนไนไตรด์เป็นอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกเหล่านี้ ให้ความกระจ่างว่าทำไมจึงกลายเป็นวัสดุหลักสำหรับงานหล่ออะลูมิเนียม
| วัสดุ | ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน | กl wetting resistance | ความแข็งแรงทางกล | อายุการใช้งานโดยทั่วไป |
| ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) | ยอดเยี่ยม | ยอดเยี่ยม | สูงมาก | เดือนถึงปี |
| กlumina (Al2O3) | แย่-ปานกลาง | ปานกลาง | สูง | สัปดาห์ |
| ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) | ดี | ปานกลาง | สูงมาก | สัปดาห์ to months |
| กราไฟท์ | ยอดเยี่ยม | ดี | ต่ำ-ปานกลาง | สัปดาห์ (oxidises) |
| เหล็กหล่อ | แย่ | แย่ (dissolves) | ปานกลาง | จากวันเป็นสัปดาห์ |
กlumina tubes are significantly cheaper than silicon nitride but fail rapidly under the thermal cycling of casting operations due to poor thermal shock resistance. Silicon carbide offers good thermal shock resistance and strength but is more prone to aluminium wetting than silicon nitride and is harder to machine to tight tolerances. Graphite handles thermal shock well and is easy to machine but oxidises progressively in air at casting temperatures, causing dimensional loss and contamination risk over time. Cast iron was used in early low-pressure casting systems but is attacked by molten aluminium and produces iron contamination in the melt — unacceptable for most modern alloy specifications.
แม้ว่าการหล่อด้วยอะลูมิเนียมความดันต่ำจะเป็นการใช้งานหลักสำหรับท่อสต็อปเปอร์ซิลิคอนไนไตรด์ แต่คุณสมบัติที่รวมกันแบบเดียวกันนี้ทำให้หลอดเซรามิก Si3N4 มีประโยชน์ในบริบททางอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องหลายประการ
แมกนีเซียมหลอมเหลวมีปฏิกิริยามากกว่าอะลูมิเนียมอย่างมาก โดยต้องใช้วัสดุที่มีความทนทานต่อสารเคมีสูงกว่าเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนหรือการเสื่อมสภาพของส่วนประกอบ ซิลิคอนไนไตรด์เผาผนึกหนาแน่นทำงานได้ดีในสภาพแวดล้อมการหล่อแมกนีเซียม ซึ่งเกรดที่เกิดปฏิกิริยาพันธะอาจมีเพียงเล็กน้อย คุณสมบัติไม่เปียกและทนต่อสารเคมีของ Si3N4 ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุเซรามิกไม่กี่ชนิดที่เหมาะสำหรับการสัมผัสแมกนีเซียมหลอมเหลวโดยตรงในการหล่อแบบควบคุม
การหล่อโลหะผสมสังกะสีในห้องร้อนใช้ระบบถ่ายโอนที่สัมผัสกับสังกะสีหลอมเหลวอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 400 ถึง 450°C ส่วนประกอบของซิลิคอนไนไตรด์ในระบบเหล่านี้ได้รับประโยชน์จากพฤติกรรมไม่เปียกของวัสดุและความทนทานต่อสารเคมี ซึ่งช่วยลดการสะสมของสังกะสีและการกัดเซาะที่เกิดขึ้นกับวัสดุที่มีความทนทานต่ำ อุณหภูมิในการทำงานที่ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการหล่ออะลูมิเนียม หมายความว่า Si3N4 ที่เชื่อมด้วยปฏิกิริยามักจะเพียงพอสำหรับการใช้งานกับสังกะสี
ท่อป้องกันซิลิคอนไนไตรด์ใช้สำหรับบรรจุเทอร์โมคัปเปิลในการวัดอุณหภูมิในอ่างโลหะหลอมเหลว ซึ่งการผสมผสานระหว่างความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและพฤติกรรมไม่เปียก จะช่วยปกป้องทั้งเทอร์โมคัปเปิลและรักษาความแม่นยำในการวัด ท่อเทอร์โมคัปเปิล Si3N4 ที่แช่อยู่ในอะลูมิเนียมหลอมจะรักษาความสมบูรณ์ของมิติและความสะอาดของพื้นผิวตลอดระยะเวลาการตรวจวัดที่ยาวนาน ให้การอ่านอุณหภูมิที่เสถียรและแม่นยำมากกว่าท่อป้องกันโลหะซึ่งจะถูกโจมตีจากการหลอม
ระบบกำจัดแก๊สแบบหมุนที่ใช้ในการกำจัดไฮโดรเจนที่ละลายออกจากการหลอมอะลูมิเนียมใช้เพลาใบพัดหมุนและท่อฉีดแก๊ส ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สัมผัสกับอะลูมิเนียมหลอมเหลวอย่างต่อเนื่องภายใต้ภาระทางกล เพลาและท่อซิลิคอนไนไตรด์สำหรับการใช้งานเหล่านี้จะต้องรวมคุณสมบัติการทนทานต่อสารเคมีและไม่ทำให้เปียกของวัสดุเข้ากับความแข็งแรงเชิงกลที่เพียงพอเพื่อรองรับโหลดแบบหมุนของกระบวนการกำจัดแก๊ส ทำให้เกรดการเผาผนึกหนาแน่นหรือเกรด HIP เป็นข้อกำหนดที่เหมาะสม
ตลาดสำหรับส่วนประกอบเซรามิกสำหรับโรงหล่อประกอบด้วยซัพพลายเออร์หลากหลายรายในระดับคุณภาพที่แตกต่างกันมาก สำหรับส่วนประกอบที่มีความสำคัญพอๆ กับท่อหยุดซิลิกอนไนไตรด์ ซึ่งความล้มเหลวอาจหมายถึงการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน การหล่อเศษเหล็ก หรือเหตุการณ์ด้านความปลอดภัย คุณสมบัติของซัพพลายเออร์สมควรได้รับความสนใจอย่างระมัดระวัง
เพียงแจ้งให้เราทราบสิ่งที่คุณต้องการ แล้วเราจะติดต่อคุณโดยเร็วที่สุด!