التطبيقات الواسعة للألومينا الكروية
بفضل مساحة سطحها الأكبر وتوزيعها المنتظم مقارنةً بالأشكال الأخرى، يُظهر مسحوق الألومينا الكروي أداءً فائقًا في التطبيقات العملية مقارنةً بأشكال مواد الألومينا الأخرى. ويمكن استخدامه ليس فقط في السيراميك والمحفزات وحواملها، بل أيضًا في مجالات متنوعة مثل الطحن والتلميع والأجهزة الإلكترونية.
مجال الحشوات الموصلة للحرارة
مع ظهور عصر المعلومات، أصبحت الأجهزة الإلكترونية المتقدمة أكثر تصغيرًا، وتزداد الحرارة المتولدة من هذه الأجهزة بشكل كبير، مما يفرض العديد من المتطلبات على تبديد الحرارة في الأنظمة. ولأن الألومينا متوفرة على نطاق واسع في السوق، وتأتي بأشكال عديدة، وأرخص من المواد الأخرى الموصلة للحرارة، ويمكن إضافتها بكميات كبيرة إلى المواد البوليمرية، فإنها تتمتع بنسبة عالية من الكفاءة والتكلفة. لذلك، تستخدم معظم المواد العازلة عالية التوصيل الحراري حاليًا الألومينا كحشوة عالية التوصيل الحراري.
مجال السيراميك
يمكن أن تؤدي إضافة كمية معينة من مسحوق الألومينا الكروي أثناء إنتاج السيراميك إلى تغيير خصائص السيراميك بشكل كبير. يؤثر هشاشة السيراميك في درجات الحرارة المنخفضة بشكل كبير على نطاق تطبيقاته. ويمكن استخدام مواد السيراميك المضاف إليها مسحوق الألومينا الكروي لتصنيع سيراميك مرن في درجات الحرارة المنخفضة.
مجال الطحن والتلميع
مقارنةً بالألومينا الحبيبية أو الرقائقية التقليدية، تتميز الألومينا الكروية بقابلية تشتت وسيولة أفضل. يمكن توزيع مواد الكشط المصنوعة من مسحوق الألومينا الكروي بالتساوي في المنتج المصقول، مما يمنع تراكم المسحوق غير الطبيعي. علاوة على ذلك، يمنع السطح الأملس للجسيمات خدش سطح قطعة العمل، مما يحسن من جودة السطح.
مجال المواد الإلكترونية والبصرية
تتمتع الألومينا الكروية بمجموعة واسعة من التطبيقات في المجالات الإلكترونية والبصرية. باستخدام الألومينا الكروية كركيزة وإضافة عناصر أرضية نادرة كمنشطات، يمكن لهذه الطريقة إنتاج مواد مضيئة حمراء بأداء أفضل. تتميز جسيمات الألومينا الكروية بحجم موحد وتشتت متساوٍ، مما يُظهر أداءً إضاءة أفضل مقارنةً بأشكال الألومينا الأخرى، ويحدد بشكل أفضل بنية حشو المادة المضيئة.
مجال المحفزات والحوامل
لأن الألومينا تحتوي على عدد كبير من الروابط الكيميائية غير المشبعة على سطحها وعدد كبير من مراكز النشاط التحفيزي، فإنها تُظهر نشاطًا كيميائيًا عاليًا. علاوة على ذلك، تتميز الألومينا الكروية بمزايا انخفاض تآكل الجسيمات، وعمر خدمة طويل، ومساحة سطح محددة كبيرة.
مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد
تُعد الألومينا الكروية واحدة من أكثر المواد شيوعًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد نظرًا لقوتها العالية، وكرويتها العالية، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية. طلاءات الحماية السطحية
يُعدّ استخدام أكسيد الألومنيوم الكروي كمادة طلاء بالرش أحد أهم مجالات البحث حاليًا. لا توفر هذه المادة حماية للمواد البوليمرية والزجاج والمعادن والسبائك فحسب، بل تُطيل أيضًا عمر منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل أواني الطهي.
من جميع النواحي، أصبح أكسيد الألومنيوم الدقيق من المواد الجديدة التي يجب على بلادنا إعطاؤها الأولوية في التنمية. فمع تطبيقاته الواسعة في المجالات التقليدية وتغلغله السريع في الصناعات الناشئة، مثل سيارات الطاقة الجديدة وتوليد الطاقة الكهروضوئية، يتزايد الطلب عليه باستمرار، مما يمنح صناعة أكسيد الألومنيوم الدقيق آفاقًا سوقية واسعة.
خمسة تطبيقات نموذجية لمسحوق التلك.
عندما يتم إطلاق العنان للخصائص المتعددة والقوية لمادة التلك في الطلاءات، يمكنها تحسين أداء المواد بشكل كبير مع خفض تكاليف المنتج بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى تحسين شامل في جودة الطلاء. لذلك، يُستخدم التلك على نطاق واسع في تركيبات الطلاء المختلفة.
طلاءات المباني
عند استخدام مسحوق التلك في طلاءات المباني، فإنه يوفر خصائص ممتازة من حيث سهولة التطبيق بالفرشاة، والحفاظ على اللمعان، والتسوية. في الوقت نفسه، تتحسن خصائص التجفيف، واللزوجة، والصلابة، ومقاومة التآكل للطلاء بشكل ملحوظ. كما يعزز قوة التغطية الجافة والرطبة، وتأثير التعتيم، ومقاومة التشقق، ومقاومة الاحتكاك لمنتج الطلاء، ويمكنه تحسين قوة التلوين لثاني أكسيد التيتانيوم بشكل كبير، مما يقلل من تكاليف المنتج. في استخدام المواد لطلاءات المباني، يُعد التلك مكونًا لا غنى عنه.
الطلاءات الصناعية
يُستخدم مسحوق التلك على نطاق واسع كمادة مالئة وظيفية في مختلف الطلاءات الصناعية، وخاصة في طلاءات التمهيد للأجزاء. نظرًا لمقاومته الجيدة للصنفرة والماء، يمكن لمسحوق التلك أن يحل محل مواد التعبئة في طلاءات التمهيد كليًا أو جزئيًا. عند تطبيقه على طلاءات الهياكل الفولاذية، يحسن مسحوق التلك بشكل فعال خصائص الترسيب للطلاء، والخصائص الميكانيكية للفيلم، وقابلية إعادة الطلاء. تُعطي العديد من المنتجات، مثل طلاءات التمهيد سريعة الجفاف وطلاءات مركبات النقل، الأولوية لاستخدام مسحوق التلك.
طلاءات الخشب
يحتل التلك أيضًا مكانة في طلاءات الخشب (الأثاث).
يتمثل تطبيق مسحوق التلك في طلاءات الخشب بشكل أساسي في طلاءات التمهيد الشفافة والطبقات العلوية ذات الألوان الصلبة. تمنح خصائص الصلابة المنخفضة لمسحوق التلك طبقة الطلاء قابلية جيدة للصنفرة، مما يسمح باستبدال جزئي لعوامل الصنفرة باهظة الثمن مثل ستيرات الزنك. معامل انكسار التلك مشابه لمعامل انكسار مواد الربط الراتنجية، مما يمنح الطلاء شفافية عالية. تسمح هذه الخاصية بعرض الملمس الطبيعي للركيزة بشكل جيد، وعند استخدامه في الطبقات العلوية غير اللامعة، يمكنه استبدال عوامل التعتيم باهظة الثمن جزئيًا.
عند استخدام التلك في طلاءات الخشب، يمكنه إبراز سحر الأثاث الخشبي إلى أقصى حد مع تلبية رغبات الناس في نمط الحياة وخفض تكاليف المعيشة.
الطلاءات المضادة للتآكل
لا يزال التلك يُستخدم بشكل متكرر في مجال الطلاءات المضادة للتآكل. يزيد هيكل التلك الصفائحي المستقر طبيعيًا من لزوجة الطلاء ويوفر تأثيرًا واقيًا لطبقة الطلاء. بينما يمنع التلك بفعالية اختراق المواد المسببة للتآكل مثل الأحماض والقلويات والأملاح، فإنه يعيق أيضًا تغلغل الطبقة التمهيدية في الأسطح المسامية، مما يحسن من تأثير العزل وقابلية الصنفرة للطبقة التمهيدية. تُحسّن هذه الخصائص بشكل كبير من أداء طبقة الطلاء المقاومة للتآكل. في مجال الطلاءات المقاومة للتآكل، يُعد التلك شريكًا قويًا وموثوقًا به، وجديرًا بالثقة.
الطلاءات المقاومة للماء
كمادة مالئة في الطلاءات المقاومة للماء، لا يقتصر دور مسحوق التلك على تقليل انكماش الحجم أثناء معالجة الطلاء، وتحسين مقاومة التآكل والالتصاق، وخفض التكاليف، بل يمنح الطلاء أيضًا ثباتًا جيدًا أثناء التخزين ومقاومة للحرارة.
والأهم من ذلك، أن مسحوق التلك له تأثير إيجابي على المرونة وقوة الشد للطلاءات المقاومة للماء: ضمن نطاق معين من الإضافة، مع زيادة كمية مسحوق التلك كمادة مالئة، تزداد كل من المرونة وقوة الشد للطلاء المقاوم للماء. وهذا يعني أيضًا توفير أقصى حماية للجسم المطلي.
يُعد استخدام التلك في طلاءات البناء، والطلاءات الصناعية، وطلاءات الخشب، والطلاءات المقاومة للتآكل، والطلاءات المقاومة للماء، جزءًا صغيرًا فقط من مجالات تطبيقاته العديدة. فباعتباره معدنًا غير فلزي غير متجدد ومنخفض التكلفة، يُستخدم التلك على نطاق واسع في مستحضرات التجميل، والأغذية، والأدوية، والمطاط، والسيراميك، والمنسوجات، والطباعة والصباغة، وصناعة الإلكترونيات. ومن المتوقع في المستقبل القريب، مع مزيد من البحث، أن يصبح فهم البشرية للتلك أكثر عمقًا، وسيُشرق التلك بالتأكيد في مجالات أوسع.
كيف يساهم كبريتات الباريوم في إنتاج مواد طلاء عالية الجودة؟
يُفضّل استخدام كبريتات الباريوم بشكل كبير، ويرجع ذلك أساسًا إلى قدرتها الاستثنائية على التعبئة. وهذا يعني أنه مع الحفاظ على أداء طبقة الطلاء، يمكنها تحسين تكاليف التركيبة بفعالية، وهي تُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة، من الطلاءات الصناعية إلى الدهانات الزخرفية.
والأهم من ذلك، بفضل حجم جزيئاتها الصغير، وتوزيعها المنتظم، ومساحة سطحها النوعية الكبيرة، وسيولتها الممتازة، تُظهر كبريتات الباريوم تآكلًا منخفضًا للغاية أثناء المعالجة. وتُترجم هذه الخاصية مباشرةً إلى كفاءة إنتاجية عالية: فهي تقلل بشكل كبير من تآكل معدات الخلط والضخ والرش، مما يطيل عمر المعدات ويجعل عملية الإنتاج أكثر سلاسة واقتصادية.
ويتجلى هذا الامتياز بوضوح في تطبيقات طلاءات الأساس الأوتوماتيكية. فحتى في ظل متطلبات الإنتاج بمعدلات تعبئة عالية، تضمن كبريتات الباريوم ثباتًا ممتازًا وخصائص تسوية مثالية لمعجون الطلاء، مما ينتج عنه تجانس ونعومة استثنائيان. وهذا يوفر سطحًا مثاليًا لتطبيق الطبقة النهائية اللاحقة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق طلاء فعال وآلي وعالي الجودة.
إن كبريتات الباريوم ليست مجرد مادة مالئة بسيطة، بل هي مادة مضافة متعددة الوظائف تجمع بين قدرة تعبئة عالية، وتآكل منخفض، وخصائص تسوية ممتازة. اختيارها يعني اختيار "أساس جودة" موثوق به لطلاءاتك، مما يعزز أداء المنتج ويضمن في الوقت نفسه كفاءة الإنتاج.
تطبيقات المواد الخزفية المتقدمة
التطبيقات في الطائرات عالية السرعة
تُعدّ الطائرات عالية السرعة من المعدات الاستراتيجية التي تتنافس القوى العسكرية الكبرى على تطويرها. يؤدي طيرانها فوق الصوتي وهياكلها الحادة إلى مشاكل خطيرة في التسخين الديناميكي الهوائي. تتضمن البيئة الحرارية النموذجية للطائرات عالية السرعة درجات حرارة عالية وأحمالًا حرارية ميكانيكية معقدة وقاسية. لم تعد سبائك درجات الحرارة العالية الحالية قادرة على تلبية المتطلبات، مما أدى إلى ظهور المواد المركبة ذات المصفوفة الخزفية. على وجه الخصوص، تم استخدام مواد السيراميك المركبة SiCf/SiC على نطاق واسع في المكونات الهيكلية الساخنة مثل شفرات التوربينات، وشفرات توجيه الفوهات، وحلقات التوربينات الخارجية لمحركات الطائرات. تبلغ كثافة هذه المواد المركبة حوالي ربع كثافة سبائك درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الوزن. علاوة على ذلك، يمكنها العمل في درجات حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية، مما يبسط تصميم نظام التبريد بشكل كبير ويعزز قوة الدفع.
التطبيقات في الدروع خفيفة الوزن
تُعدّ الدروع المركبة خفيفة الوزن حاسمة للحفاظ على قدرة المعدات الحديثة على البقاء. يُعدّ تطوير الألياف الخزفية والمواد المركبة ذات المصفوفة الخزفية المقواة بالألياف أساسيًا لتطبيق الدروع المركبة خفيفة الوزن. حاليًا، تشمل مواد السيراميك الواقية الرئيسية المستخدمة B4C و Al2O3 و SiC و Si3N4. أصبحت سيراميك كربيد السيليكون، بفضل خصائصها الميكانيكية الممتازة وفعاليتها من حيث التكلفة، واحدة من أكثر مواد السيراميك الواعدة المقاومة للرصاص. تمنحها تطبيقاتها المتنوعة في مختلف مجالات الحماية بالدروع، بما في ذلك معدات الجنود الفردية، والأسلحة المدرعة للجيش، والمروحيات المسلحة، ومركبات الشرطة والمركبات المدنية الخاصة، آفاقًا واسعة للتطبيق. مقارنةً بسيراميك Al2O3، يتميز سيراميك SiC بكثافة أقل، وهو أمر مفيد لتحسين قدرة المعدات على الحركة.
التطبيقات في الأسلحة الصغيرة
تُعدّ الأسلحة الصغيرة، كجزء مهم من الأسلحة، عادةً ما تشمل المسدسات والبنادق والرشاشات وقاذفات القنابل اليدوية والمعدات الفردية الخاصة (قاذفات الصواريخ الفردية، والصواريخ الفردية، وما إلى ذلك). وتتمثل وظيفتها الرئيسية في إطلاق المقذوفات إلى منطقة الهدف لقتل أو تدمير أهداف العدو. تشمل ظروف تشغيل الأسلحة الصغيرة درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والارتفاعات العالية، والرطوبة العالية، والغبار، والمطر، والغبار مع المطر، ورذاذ الملح، والغمر في مياه الأنهار. تُعدّ مقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية. حاليًا، تشمل عمليات مقاومة التآكل الرئيسية للأسلحة الصغيرة التزريق، والأكسدة الصلبة، وتقنية الاختراق المتحكم فيه بالأيونات، وطلاءات الكربون الشبيهة بالماس، والنتردة بالبلازما. خاصةً بالنسبة للأسلحة والمعدات المستخدمة في البيئات البحرية، يُمثل شرط مقاومة التآكل في بيئات الرذاذ الملحي لأكثر من 500 ساعة تحديًا كبيرًا لأساليب الطلاء التقليدية.
تطبيقات في سبطانات البنادق
تُعد سبطانة البندقية مكونًا أساسيًا في الأسلحة القذيفة. يشمل الهيكل الداخلي للسبطانة غرفة الاحتراق، والمخروط الضاغط، والتجويف الحلزوني، حيث يربط المخروط الضاغط بين غرفة الاحتراق والتجويف الحلزوني. تُصنع سبطانات البنادق التقليدية عادةً من فولاذ سبائكي عالي القوة. أثناء الإطلاق، يتعرض الجزء الداخلي من السبطانة للتأثيرات المشتركة لغازات الدفع والمقذوفات، مما يؤدي إلى تشققات وانفصال طبقة الطلاء على الجدار الداخلي للسبطانة. وينتج تلف تجويف السبطانة عن التأثير المتكرر لغازات الدفع والمقذوفات عالية الحرارة والضغط والسرعة على جدار السبطانة. وعادةً ما يكون المخروط الضاغط وفوهة السبطانة أول الأجزاء التي تتعرض للتلف.
لتحسين عمر سبطانة البندقية، يُعد طلاء التجويف بالكروم الطريقة الأكثر شيوعًا، ولكن درجة حرارة مقاومة الأكسدة لطبقة طلاء الكروم لا تتجاوز 500 درجة مئوية. مع الزيادة المستمرة في ضغط غرفة الاحتراق أثناء الإطلاق والزيادة المتسارعة في متطلبات عمر سبطانة البندقية، يزداد أيضًا الضغط ودرجة الحرارة التي تتعرض لها السبطانة. ويمكن الاستفادة من الصلابة العالية والقوة العالية والخمول الكيميائي في درجات الحرارة العالية للسيراميك لتقليل تآكل سبطانة البندقية بشكل فعال وإطالة عمرها الافتراضي.
تطبيقات في الذخيرة
المكونات الرئيسية للذخيرة هي الرأس الحربي والصمام. وباعتباره المكون الأكثر تأثيرًا في إحداث الضرر، يتكون الرأس الحربي بشكل أساسي من الغلاف، وعناصر التجزئة، والشحنة المتفجرة، والصمام. لطالما كان تحسين فاعلية الرأس الحربي هدفًا يسعى إليه تطوير الأسلحة. خاصةً بالنسبة للقنابل اليدوية ذات التأثير المساحي، تُعد الشظايا الناتجة عن انفجار الرأس الحربي عناصر القتل النهائية، ولطالما كانت تقنية التجزئة الفعالة تحديًا بحثيًا في هذا المجال.
أربعة مجالات تطبيق رئيسية لسيراميك نيتريد السيليكون.
المجال الميكانيكي
تُستخدم سيراميك نيتريد السيليكون بشكل أساسي كصمامات وأنابيب وعجلات تصنيف وأدوات قطع خزفية في الصناعة الميكانيكية. ويُعدّ الاستخدام الأكثر شيوعًا هو كرات محامل سيراميك نيتريد السيليكون. يُعتبر سيراميك نيتريد السيليكون على نطاق واسع أفضل مادة للمحامل، وتُعدّ كرات محامل سيراميك نيتريد السيليكون، وهي العنصر الأساسي في المحامل، "الأبطال المجهولين" الذين يدعمون أداء المعدات. قد تبدو هذه الكرات الخزفية الصغيرة، التي يتراوح قطرها من بضعة ملليمترات إلى عشرات الملليمترات، غير مهمة، ولكن بفضل خصائصها "خفيفة الوزن، الصلبة، المستقرة، والعازلة"، فإنها تلعب دورًا رئيسيًا في مركبات الطاقة الجديدة، وأحذية التزلج، ومثاقب الأسنان، وحتى الدراجات الهوائية المتطورة.
مجال الفضاء
تتميز مواد سيراميك نيتريد السيليكون بمزايا مثل القوة العالية، ومقاومة درجات الحرارة العالية، والاستقرار الكيميائي الجيد، مما يلبي المتطلبات الصارمة للمواد في مجال الفضاء. لسيراميك نيتريد السيليكون تطبيقان كلاسيكيان في مجال الفضاء: أولاً، يُعتبر نيتريد السيليكون أحد المواد الخزفية المتجانسة القليلة القادرة على تحمل الصدمات الحرارية الشديدة والتدرجات الحرارية الناتجة عن محركات الصواريخ التي تعمل بالهيدروجين/الأكسجين، ويُستخدم في فوهات محركات الصواريخ؛ ثانيًا، تجعل الخصائص الممتازة لسيراميك نيتريد السيليكون ومركباته، مثل مقاومة الحرارة، ونقل الموجات، وقدرة تحمل الأحمال، منه أحد مواد الجيل الجديد عالية الأداء لنقل الموجات قيد البحث.
مجال أشباه الموصلات
مع تطور الأجهزة الإلكترونية نحو التصغير والأداء العالي، تتطلب تغليف أشباه الموصلات متطلبات أعلى لمواد تبديد الحرارة. يتميز سيراميك نيتريد السيليكون بموصلية حرارية تصل إلى 90-120 واط/(متر·كلفن)، ودرجة عالية من التوافق مع معامل التمدد الحراري لبلورات ركيزة أشباه الموصلات من الجيل الثالث SiC، مما يجعله المادة المفضلة لركائز تغليف أجهزة الطاقة SiC. على الصعيد الدولي، تهيمن الشركات اليابانية مثل توشيبا وكيوسيرا على السوق، بينما حققت الشركات المحلية مثل سينوما للمواد المتقدمة اختراقات تكنولوجية.
بالإضافة إلى كونه مادة تغليف رئيسية، يُظهر سيراميك نيتريد السيليكون آفاقًا واسعة للتطبيق في معدات تصنيع أشباه الموصلات. في عملية معالجة الرقائق، يمكن استخدام سيراميك نيتريد السيليكون لتصنيع عناصر تسخين مقاومة لدرجات الحرارة العالية والصدمات الحرارية، مما يلبي ظروف التشغيل الصارمة للمعدات مثل أفران الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) وأفران الانتشار. مجال الطب الحيوي
يُظهر نيتريد السيليكون، كمادة خزفية حيوية ناشئة، إمكانات تطبيقية كبيرة في مجال الغرسات الطبية نظرًا لخصائصه الميكانيكية الممتازة وتوافقه الحيوي. وقد استُخدم نيتريد السيليكون كمادة حيوية في جراحة العظام، وطُبِّق بنجاح في مكونات محامل مفاصل الورك والركبة الاصطناعية لتحسين مقاومة التآكل وإطالة عمر الأطراف الاصطناعية. علاوة على ذلك، استُخدمت مواد نيتريد السيليكون لتعزيز اندماج العظام في جراحة العمود الفقري. وتُظهر مواد نيتريد السيليكون الخزفية استقرارًا وموثوقية ممتازتين في المجال الطبي. كما يُظهر نيتريد السيليكون التصاقًا خلويًا قويًا وقدرة على توصيل العظام، مما يوفر أساسًا بيولوجيًا مهمًا لتطبيقه في ترميم العظام. ومع ذلك، لا تزال هشاشة سيراميك نيتريد السيليكون المتأصلة تمثل تحديًا كبيرًا لتطبيقه في هندسة ترميم العظام. بالإضافة إلى ذلك، يصعب تحلل مواد نيتريد السيليكون داخل الجسم، مما يعيق نمو أنسجة عظمية جديدة في موقع الترميم واستبدالها الكامل للمادة الأصلية، وبالتالي يحد من نطاق تطبيقاتها السريرية.
لماذا يُعد هيدروكسيد الألومنيوم فعالاً للغاية في علاج مشاكل المعدة؟
أكسيد الألومنيوم، المعروف أيضًا باسم الألومينا، وصيغته الكيميائية Al2O3، هو ثاني أكثر الأكاسيد وفرة في القشرة الأرضية بعد ثاني أكسيد السيليكون، ويوجد بكثرة في المعادن مثل الفلسبار والميكا. صناعيًا، يتم تكريره غالبًا من المواد الخام المعدنية الطبيعية - البوكسيت - للحصول على الألومينا.
بمعنى أوسع، يُعد أكسيد الألومنيوم مصطلحًا عامًا لأكاسيد وهيدروكسيدات الألومنيوم، وهي فئة من المركبات تتكون من الألومنيوم والأكسجين والهيدروجين. نظرًا لتعدد أشكاله وخصائصه، يمكن تقسيم أكسيد الألومنيوم إلى أكسيد ألومنيوم مائي وغير مائي.
تشمل أكاسيد الألومنيوم المائية الشائعة هيدروكسيد الألومنيوم الصناعي، والجيبسيت، والبوهميت، والبسودوبوهميت، والدياسبور، والكوراندوم، والتوهدايت. من بين هذه، يُعد هيدروكسيد الألومنيوم الصناعي والجيبسيت والبوهميت أكاسيد ألومنيوم ثلاثية الماء، والدياسبور والكوراندوم أكاسيد ألومنيوم أحادية الماء، والبسودوبوهميت والتوهدايت أكاسيد ألومنيوم متعددة الماء.
بمعنى أوسع، يُعد هيدروكسيد الألومنيوم مصطلحًا عامًا لأكسيد الألومنيوم أحادي الماء (ميتا-هيدروكسيد الألومنيوم) وأكسيد الألومنيوم ثلاثي الماء (أورثو-هيدروكسيد الألومنيوم). لا يُعد أكسيد الألومنيوم المائي هيدرات حقيقية لأكسيد الألومنيوم، بل يؤكد على التركيب البلوري لهيدروكسيد الألومنيوم، حيث ترتبط أيونات الألومنيوم والهيدروكسيد بروابط أيونية، وجميع أيونات الهيدروكسيد متكافئة. عادةً ما يكون هيدروكسيد الألومنيوم مسحوقًا أبيض، عديم الرائحة، غير سام، وغير مكلف، ويستخدم على نطاق واسع. يُعرف هيدروكسيد الألومنيوم بشكل خاص باستخدامه كمثبط للهب يُضاف إلى مواد المصفوفة البوليمرية، حيث يُظهر خصائص ممتازة في مقاومة اللهب.
هل لاحظت أن هيدروكسيد الألومنيوم يُستخدم غالبًا في الحياة اليومية لصنع أدوية المعدة؟ له تأثيرات مضادة للحموضة، وممتصة، وموقفة للنزيف موضعيًا، وواقية من القرحة. يمكن استخدام جل هيدروكسيد الألومنيوم لمعادلة حمض المعدة وله تأثير علاجي على بعض أمراض المعدة الشائعة.
المبدأ بسيط: هيدروكسيد الألومنيوم هو أكسيد أمفوتيري نموذجي؛ يمكنه التفاعل مع كل من الأحماض والقواعد. لذلك، يمكن لهيدروكسيد الألومنيوم معادلة أو تخفيف حمض المعدة. عندما يتفاعل هيدروكسيد الألومنيوم مع حمض المعدة، يكون كلوريد الألومنيوم الناتج له تأثير قابض، مما يوفر وقفًا موضعيًا للنزيف، ولكنه قد يسبب أيضًا الإمساك كأثر جانبي. عندما يختلط هيدروكسيد الألومنيوم بعصارة المعدة، فإنه يشكل جلًا يغطي سطح القرحة، مكونًا طبقة واقية. يعمل هذا الفيلم على عزل الغشاء المخاطي للمعدة عن التهيج والتلف الناتج عن حمض المعدة والبيبسين والمواد الضارة الأخرى، مما يعزز إصلاح وشفاء الغشاء المخاطي للمعدة ويساعد في علاج التهاب المعدة وقرحة المعدة والأمراض الأخرى ذات الصلة.
ثانيًا، ترتبط أيونات الألومنيوم بالفوسفات في الأمعاء لتكوين فوسفات الألومنيوم غير القابل للذوبان، والذي يُفرز بعد ذلك في البراز. لذلك، في مرضى الفشل الكلوي، يمكن أن يؤدي تناول كميات كبيرة من هيدروكسيد الألومنيوم إلى تقليل امتصاص الفوسفات في الأمعاء، وبالتالي تخفيف الحماض.
علاوة على ذلك، يمكن استخدام هيدروكسيد الألومنيوم النانوي كحامل للأدوية لتغليف الأدوية أو المستضدات، مما يحسن استقرار الدواء واستهدافه. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم هيدروكسيد الألومنيوم غالبًا كمادة سواغ صيدلانية في تحضير الأدوية الفموية واللقاحات، مما يضمن استقرار الدواء وسلامته.
هيدروكسيد الألومنيوم: لماذا لا يمكن استخدامه مباشرة؟
تتميز هيدروكسيدات الألومنيوم الأمفوتيرية غير العضوية - هيدروكسيد الألومنيوم (Al(OH)3, ATH) - بخصائص عالية الكفاءة كمثبط للهب، ومُخمد للدخان، وخاصية الحشو. عند التحلل الحراري، لا يُنتج غازات سامة أو مُسببة للتآكل، ويمكن استخدامه كمادة مالئة مثبطة للهب في المواد العضوية البوليمرية. يتزايد حاليًا استخدام هيدروكسيد الألومنيوم الأمفوتيرية كمثبط للهب عامًا بعد عام، وقد أصبح أهم مثبط للهب غير عضوي عالميًا.
التعديل أولًا، ثم تثبيط اللهب
عادةً ما يملأ المُصنِّعون المواد القابلة للاشتعال بمسحوق هيدروكسيد الألومنيوم (ATH) أو يُغطون سطحها بطبقة مثبطة للهب تحتوي على هيدروكسيد الألومنيوم لتحسين خصائص تثبيط اللهب في المواد العضوية البوليمرية.
علاوة على ذلك، ولأن هيدروكسيد الألومنيوم يحتوي على ثلاث مجموعات هيدروكسيل (-OH)، فإن سطحه غير متماثل وعالي الاستقطاب. تُظهر مجموعات الهيدروكسيل السطحية خصائص محبة للماء وكارهة للزيت، مما يجعلها عرضة للتكتل عند إضافتها إلى المواد العضوية البوليمرية، مما يؤثر بشكل مباشر على خصائصها الميكانيكية.
لذلك، يجب تعديل سطح هيدروكسيد الألومنيوم قبل الاستخدام.
تعديل سطح هيدروكسيد الألومنيوم
يُعد تعديل السطح من التقنيات الرئيسية لتحسين خصائص مواد المساحيق غير العضوية، ويلعب دورًا حاسمًا في تحسين أداء تطبيقاتها وقيمتها. يشير تعديل سطح الجسيمات غير العضوية إلى امتزاز أو تغليف مادة واحدة أو أكثر على سطح الجسيمات غير العضوية، مما يُشكل بنية مركبة من لب وقشرة. هذه العملية في جوهرها عملية مركبة من مواد مختلفة.
أنواع وخصائص المُعدّلات
هناك أنواع عديدة من مُعدّلات سطح المساحيق، ولكن لا توجد طريقة تصنيف موحدة. تُقسم مُعدّلات تعديل المساحيق غير العضوية بشكل رئيسي إلى فئتين: عوامل التوتر السطحي وعوامل الربط.
(1) عوامل الربط
تُناسب عوامل الربط أنظمة المواد المركبة المتنوعة من البوليمرات العضوية والحشوات غير العضوية. بعد تعديل السطح باستخدام عوامل الربط، تزداد توافقية المادة غير العضوية وقابليتها للتشتت مع البوليمر. يتغير سطح المادة غير العضوية من محب للماء وكاره للزيوت إلى محب للزيوت وكاره للماء، مما يزيد من ألفتها للبوليمر العضوي.
عوامل الربط متنوعة، ويمكن تصنيفها إلى أربع فئات رئيسية بناءً على بنيتها وتركيبها الكيميائي: المركبات العضوية، والسيلانات، والتيتانات، والألومينات.
(2) المواد الخافضة للتوتر السطحي
المواد الخافضة للتوتر السطحي هي مواد يمكنها تغيير خصائص سطح المادة أو سطحها بشكل كبير عند استخدامها بكميات صغيرة جدًا. وتشمل هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية، والكاتيونية، وغير الأيونية، مثل الأحماض الدهنية العالية وأملاحها، والكحولات، والأمينات، والإسترات. يتميز تركيبها الجزيئي بوجود مجموعة ألكيل طويلة السلسلة في أحد طرفيها، مشابهة لجزيئات البوليمر، ومجموعات قطبية مثل مجموعات الكربوكسيل والإيثر والأمين في الطرف الآخر.
كيف يُمكن تحديد تأثير التعديل؟
هل هيدروكسيد الألومنيوم المعدل موثوق؟ ما مدى موثوقيته؟ يتطلب هذا تقييم تأثير التعديل وتوصيفه.
حاليًا، يُمكن تقييم تأثير مثبطات اللهب المكونة من هيدروكسيد الألومنيوم من خلال طرق مباشرة، مثل اختبار مؤشر الأكسجين للمادة، ومؤشر الاشتعال الرأسي والأفقي، وإنتاج الدخان، والتحليل الوزني الحراري، والخصائص الميكانيكية أثناء الاحتراق؛ أو بشكل غير مباشر عن طريق قياس امتصاص المسحوق، ومؤشر التنشيط، وقيمة امتصاص الزيت لاختبار تأثير التعديل بشكل غير مباشر.
(1) الامتصاص
يحتوي هيدروكسيد الألومنيوم غير المعدل على مجموعات هيدروكسيل محبة للماء وكارهة للزيت على سطحه، مما يسمح له بالذوبان في الماء أو الترسيب بحرية في القاع. بعد التعديل، يصبح سطح ATH محبًا للماء وكارهًا للزيوت، بخصائص سطحية معاكسة تمامًا للشكل غير المعدل. لا يذوب أو يترسب في القاع، بل يطفو فقط على السطح. مع ذلك، يمكن لـ ATH المعدل أن يذوب أو يترسب جيدًا في الزيوت (مثل البارافين السائل).
(2) مؤشر التنشيط
يتميز ATH غير المعدل بقطبية قوية جدًا نظرًا لطبيعة مجموعات الهيدروكسيل السطحية (-OH)، مما يسمح له بالذوبان أو الترسيب بحرية في الماء ذي الخصائص المشابهة. بعد التعديل، تلتصق بسطح ATH طبقة من المجموعات المحبة للدهون، مغلفة بمجموعات الهيدروكسيل السطحية (-OH). كلما كان تأثير التعديل أفضل، زاد معدل تغطية سطح ATH للمجموعة المحبة للدهون، وزادت نسبة طفو ATH المعدل على سطح الماء.
(3) قيمة امتصاص الزيت
يتطلب قياس قيمة امتصاص الزيت إضافة زيت الخروع إلى ATH وتحريكه. قبل التعديل، يتطلب ATH، نظرًا لخواصه المحبة للماء والكارهة للزيوت، كمية أكبر من زيت الخروع لتكوين الكرات. بعد تعديل السطح، يصبح ATH محبًا للماء والكاره للزيوت، مما يُحسّن قابلية تشتت ATH في البوليمر ويُقلل الفراغات الناتجة عن تكتل المسحوق.
فهم المواد فائقة القوة - NdFeB
لقد ساهم النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّد، باعتباره أقدم عملية تحضير وأكثرها استخدامًا عالميًا، في دفع عجلة التطور السريع لمواد المغناطيس الدائم للأتربة النادرة. وقد أصبح النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّد، بفضل تباينه المغناطيسي القوي وانخفاض تكلفة المواد الخام المُدخلة، هدفًا بحثيًا للعديد من الدول. تعتمد مواد النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّدة ذات المغناطيس الدائم على ميتالورجيا المساحيق. تُحوَّل السبيكة المُصهورة إلى مسحوق وتُضغط في قالب مضغوط في مجال مغناطيسي. ثم يُلبَّد القالب المضغوط في غاز خامل أو في فراغ لتحقيق التكثيف. علاوة على ذلك، لتحسين قوة المغناطيس القسرية، عادةً ما تتطلب المعالجة الحرارية للشيخوخة. يتم تسلسل العملية كما يلي: تحضير المواد الخام ← الصهر ← تحضير المسحوق ← الضغط ← التلبيد والتطبيع ← الاختبار المغناطيسي ← الطحن ← التشغيل الآلي ← الطلاء الكهربائي ← المنتج النهائي.
على عكس النيوديميوم-حديد-البورون المُلبَّد، يجب أن تتمتع جزيئات المسحوق الفردية للمغناطيسات المُلتصقة بقوة ضغط عالية بما يكفي. بمجرد تلف البنية متعددة المراحل والبنية المجهرية اللازمة لقوة إكراه عالية بشكل كبير أثناء عملية تحضير المسحوق، يصبح من المستحيل إنتاج مغناطيسات مترابطة جيدًا. لذلك، باستخدام طريقة المسحوق المغناطيسي سريع الغزل المنصهر، تُسكب السبائك المنصهرة الساخنة أو تُرش على عجلة نحاسية دوارة عالية السرعة ومبردة بالماء لتشكيل شريط رفيع بسمك 100 ميكرومتر.
يتطلب تصنيع المغناطيسات المضغوطة/المشوهة بالحرارة البدء بمسحوق مغناطيسي Nd-Fe-B سريع الإخماد، بدلاً من استخدام السبائك المصبوبة مباشرةً. باستخدام ظروف الإخماد الزائد (التبريد السريع)، يتم تحضير حبيبات أدق، أو حتى مسحوق مغناطيسي غير متبلور. أثناء الضغط الساخن والتشويه الساخن، تُسخن الحبيبات وتُنمّى إلى حجم قريب من حجم المجال الواحد، مما يحقق قوة إكراه عالية في المغناطيس النهائي. تتضمن عملية الكبس الساخن وضع المسحوق المغناطيسي في قالب وتطبيق ضغط عالي الحرارة لإجباره على دخول مغناطيس موحد الخواص وكثافته الصلبة.
التطبيقات
محركات المغناطيس الدائم
في محركات المغناطيس الدائم، لا يقتصر استخدام المغناطيس الدائم للإثارة على تقليل استهلاك الطاقة وتوفيرها فحسب، بل يُحسّن أيضًا من أداء المحرك.
الآلات المغناطيسية
تعمل الآلات المغناطيسية باستخدام قوة تنافر الأقطاب المتشابهة أو قوة جذب الأقطاب المختلفة في المغناطيسات. يتطلب هذا مغناطيسات دائمة ذات ثبات عالٍ وقوة إكراه ذاتية عالية. علاوة على ذلك، وبفضل مبدأ التجاذب بين الأقطاب المختلفة، يمكن تصنيع محركات مغناطيسية باستخدام نقل غير تلامسي، مما يوفر مزايا مثل عدم الاحتكاك والضوضاء. لذلك، تُستخدم مغناطيسات Nd-Fe-B عالية الأداء على نطاق واسع في مكونات محركات آلات التعدين، والمحامل المغناطيسية في الجيروسكوبات والتوربينات في الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية، ومحامل الدوار في مضخات الطرد المركزي لدعم وظائف القلب في المعدات الطبية.
الفضاء
تُعدّ مواد المغناطيس الدائم للعناصر الأرضية النادرة ضروريةً لإطلاق الصواريخ، وتحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية، وتقنيات الاتصالات. يُعدّ النيوديميوم-حديد-بورون المُلبّد عالي الأداء مفيدًا بشكل خاص في أنظمة إرسال واستقبال الموجات الدقيقة للرادار. فباستخدام التأثير المُشترك لمجال مغناطيسي ثابت ومجال مغناطيسي متناوب للموجات الدقيقة، يحدث الرنين المغناطيسي الحديدي، مما يسمح بتصنيع مُدوّرات الموجات الدقيقة، والعوازل، وغيرها. الإلكترونيات الاستهلاكية
لطالما كانت الإلكترونيات الاستهلاكية المُلبّدة بالكربون الثلاثي (3C) صناعةً مهمةً في مجال النيوديميوم-حديد-بورون المُلبّد. يتميز النيوديميوم-حديد-بورون المُلبّد بخصائص مثل الطاقة المغناطيسية العالية، مما يتماشى مع اتجاهات التصغير، وخفة الوزن، والترقق في منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية المُلبّدة بالكربون الثلاثي. ويُستخدم على نطاق واسع في المكونات الإلكترونية مثل مُركّبات VCM، والمحركات الخطية للهواتف المحمولة، والكاميرات، وسماعات الرأس، ومكبرات الصوت، ومحركات المغزل.
إعادة تدوير نفايات النيوديميوم والحديد والبورون: كنز ثمين لا يُفوَّت
تُستخدم مغناطيسات النيوديميوم والحديد البورون (NdFeB) الدائمة على نطاق واسع في توليد طاقة الرياح، ومركبات الطاقة الجديدة، والمنتجات الإلكترونية، نظرًا لخصائصها المغناطيسية الممتازة، مما أكسبها لقب "ملك المغناطيس". ومع ذلك، فإن نسبة الخردة في عملية إنتاج مغناطيس NdFeB تصل إلى 30%، ومع عمرها الافتراضي المحدود، ينتج عن ذلك كمية كبيرة من نفايات NdFeB.
تحتوي هذه النفايات على ما يصل إلى 30% من العناصر الأرضية النادرة، وهو ما يفوق بكثير محتوى خامات العناصر الأرضية النادرة الأولية، مما يجعلها موردًا ثانويًا ذا قيمة عالية. يُعدّ استرداد العناصر الأرضية النادرة بكفاءة من نفايات NdFeB أمرًا بالغ الأهمية لضمان أمن موارد الأرض النادرة، والحد من التلوث البيئي، وتعزيز التنمية المستدامة.
خصائص ومصادر نفايات NdFeB
تنشأ نفايات NdFeB بشكل رئيسي من الخردة، والمنتجات المعيبة، والمنتجات الإلكترونية القديمة التي تحتوي على مغناطيس أثناء عملية تصنيع المغناطيس. تركيبها الكيميائي معقد؛ بالإضافة إلى العناصر الأرضية النادرة الرئيسية Nd وPr، غالبًا ما تُضاف عناصر مثل Dy وTb لتحسين الإكراه، وتُضاف عناصر مثل Co وAl وCu لتحسين الأداء العام. بناءً على محتوى العناصر الأرضية النادرة (REE)، يمكن تصنيف نفايات NdFeB إلى ثلاث فئات: عناصر أرضية نادرة منخفضة (REEs < 20%)، وعناصر أرضية نادرة متوسطة (20%-30%)، وعناصر أرضية نادرة عالية (>30%).
حاليًا، تنقسم عمليات إعادة تدوير نفايات NdFeB بشكل رئيسي إلى تقنيات إعادة تدوير حرارية، وهيدروميتالورجية، وتقنيات إعادة تدوير حديثة.
(I) عمليات إعادة التدوير الحرارية
تفصل إعادة التدوير الحرارية العناصر الأرضية النادرة عن الحديد من خلال تفاعلات عالية الحرارة. تشمل الطرق الرئيسية الأكسدة الانتقائية، والفصل بالكلور، والسبائك السائلة، وفصل انصهار الخبث والمعادن.
تعتمد الأكسدة الانتقائية على أن العناصر الأرضية النادرة تتمتع بألفة أعلى بكثير للأكسجين مقارنةً بالحديد. عند درجات الحرارة العالية، تتأكسد العناصر الأرضية النادرة انتقائيًا لتكوين أكاسيد، تُفصل بدورها عن الحديد المعدني. نجح ناكاموتو وآخرون في تحضير أكاسيد أرضية نادرة مختلطة بنقاء يتجاوز 95% ومعدل استخلاص يتجاوز 99%، وذلك من خلال التحكم الدقيق في الضغط الجزئي للأكسجين.
يعتمد فصل الكلورة على الألفة القوية بين العناصر الأرضية النادرة والكلور. تُستخدم عوامل الكلورة مثل NH4Cl وFeCl2 وMgCl2 لتحويل العناصر الأرضية النادرة إلى كلوريدات قبل الفصل. استخدم أودا FeCl2 كعامل كلورة، وتفاعل عند درجة حرارة 800 درجة مئوية، محققًا معدل استخلاص للعناصر الأرضية النادرة يبلغ 95.9% ونقاء منتج يتجاوز 99%.
تستفيد طريقة السبائك السائلة من اختلاف الألفة بين العناصر الأرضية النادرة والحديد بالنسبة للمعادن الأخرى لتحقيق إثراء وفصل فعال للعناصر الأرضية النادرة والحديد. يمكن لعنصر Nd الأرضي النادر أن يُشكّل سبائك متنوعة منخفضة درجة الانصهار مع Ag وMg وغيرها.
تعتمد طريقة فصل الخبث عن المعدن على خاصية اتحاد العناصر الأرضية النادرة في نفايات NdFeB بسهولة أكبر مع الأكسجين. تُحوّل جميع المعادن الموجودة في نفايات NdFeB إلى أكاسيد معدنية. وفي الوقت نفسه، وتحت درجة حرارة عالية لعامل التخصيب، تُحوّل أكاسيد الحديد إلى Fe معدني عن طريق التحكم في ظروف الاختزال.
(II) عملية الاستعادة الرطبة
تُعدّ عملية الاستعادة الرطبة حاليًا الطريقة الأكثر استخدامًا، وتشمل بشكل رئيسي طريقة الإذابة الكلية، وطريقة الإذابة التفضيلية بحمض الهيدروكلوريك، وطريقة الترسيب الملحي المزدوج، وطريقة الاستخلاص بالمذيبات.
(III) عمليات إعادة التدوير الجديدة
تهدف تقنيات إعادة التدوير الجديدة إلى حل مشاكل استهلاك الطاقة المرتفع والتلوث المرتفع المرتبط بالطرق التقليدية، بما في ذلك انفجار الهيدروجين، والاستخلاص البيولوجي، والطرق الكهروكيميائية.
مقارنة بين عمليات إعادة التدوير المختلفة وتأثيرها البيئي
تتميز عمليات المعالجة الحرارية المعدنية بمعدلات تدفق قصيرة وقدرات معالجة كبيرة، إلا أنها تتطلب استهلاكًا كبيرًا للطاقة وصعوبة في فصل العناصر الأرضية النادرة المفردة؛ وتتميز عمليات المعالجة المائية المعدنية بمعدلات استرداد عالية ونقاء عالٍ للمنتج، إلا أنها تتطلب استهلاكًا كبيرًا للأحماض وتكاليف معالجة عالية لمياه الصرف الصحي؛ أما العمليات الحديثة، مثل الاستخلاص الحيوي والطرق الكهروكيميائية، فهي صديقة للبيئة، إلا أنها في الغالب في مرحلة المختبر ولم تُطبق على نطاق واسع بعد.
من حيث التأثير البيئي، غالبًا ما تستخدم عمليات إعادة التدوير التقليدية أحماضًا وقلويات قوية ودرجات حرارة عالية، مما يُنتج كميات كبيرة من السوائل والغازات العادمة، مما يزيد العبء البيئي. لذلك، يُعد تطوير عمليات إعادة تدوير صديقة للبيئة ومنخفضة الاستهلاك أمرًا بالغ الأهمية.
تُعد إعادة تدوير نفايات NdFeB وسيلة رئيسية للتخفيف من نقص موارد الأرض النادرة والحد من التلوث البيئي. من خلال الابتكار التكنولوجي وتوجيه السياسات، ستتطور صناعة إعادة تدوير NdFeB نحو عمليات صديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة وقصيرة المدة ومعدلات استرداد عالية، مما يُعطي زخمًا جديدًا للتنمية المستدامة.
تطبيق وتطوير المواد المسحوقة غير العضوية في صناعة المطاط
يُستخدم المطاط على نطاق واسع في قطاعات النقل والآلات والإلكترونيات والدفاع وغيرها من قطاعات الاقتصاد الوطني. ومع ذلك، للمطاط عيوبه الكبيرة، مثل ضعف قوى الترابط بين الجزيئات، وكبر حجمه الحر، وضعف قدرته على التبلور الذاتي، مما يؤدي إلى انخفاض قوته ومعامل مرونته، وضعف مقاومته للتآكل. لذلك، من الضروري إضافة حشوات غير عضوية وغير معدنية لتلبية متطلبات هذه التطبيقات.
بشكل عام، تؤدي الحشوات غير العضوية وغير المعدنية في المطاط بشكل رئيسي الوظائف التالية: التقوية، والحشو (زيادة الحجم) وخفض التكلفة، وتحسين أداء المعالجة، وتنظيم خصائص الفلكنة، وإضافة وظائف خاصة.
الحشوات المعدنية غير العضوية وغير المعدنية شائعة الاستخدام في المطاط
(1) السيليكا
تُعدّ السيليكا حاليًا ثاني أكثر عوامل التقوية استخدامًا في صناعة المطاط بعد أسود الكربون. الصيغة الكيميائية للسيليكا هي SiO2·nH2O. تحتوي جزيئاتها على العديد من الفراغات. عندما تتراوح أقطار هذه الفراغات بين 2 نانومتر و60 نانومتر، فإنها تتحد بسهولة مع بوليمرات أخرى، وهذا هو السبب الرئيسي لاستخدام السيليكا كعامل تقوية. وبصفتها عامل تقوية، تُحسّن السيليكا بشكل كبير مقاومة المواد للتآكل والتمزق. كما تُحسّن بشكل كبير الخواص الميكانيكية للإطارات، وتُستخدم على نطاق واسع في المركبات، والأجهزة، والفضاء، وغيرها من المجالات.
(2) كربونات الكالسيوم الخفيفة
تُعدّ كربونات الكالسيوم الخفيفة من أقدم وأكثر مواد الحشو استخدامًا في صناعة المطاط. تُؤدي إضافة كميات كبيرة من كربونات الكالسيوم الخفيفة إلى المطاط إلى زيادة حجم المنتج، مما يُوفر المطاط الطبيعي باهظ الثمن ويُخفّض التكاليف. يُحقق مطاط حشو كربونات الكالسيوم الخفيفة قوة شد ومقاومة تآكل وتمزق أعلى من المطاط المُفلكن النقي. كما أن لها تأثير تقوية كبير في كل من المطاط الطبيعي والصناعي، ويمكنها أيضًا تعديل القوام. وفي صناعة الكابلات، تُوفّر درجة معينة من العزل. (3) الكاولين
الكاولينيت هو سيليكات ألومينو مائية، وهو معدن طيني شائع. يُعزز تطبيقه العملي في المطاط مرونته، وخصائصه العازلة، واستطالته، ومتانته عند الانحناء. تُحسّن إضافة الكاولينيت المُعدّل إلى مطاط ستايرين-بوتادين (SBR) بشكل ملحوظ استطالة المطاط، ومتانته عند التمزق، وصلابة شور، مع إطالة عمره الافتراضي.
(4) الطين
يمكن إضافة الطين أثناء تصنيع الإطارات، حسب متطلبات عملية الإنتاج. يُستخدم الطين كمادة مالئة لخفض التكاليف. مع ذلك، يجب أن يكون طينًا مُنشّطًا لتسهيل الالتصاق بالمطاط. يُمكن للطين المُنشّط أو المُعدّل أن يحل محل أسود الكربون جزئيًا في التركيبة.
تُشير الدراسات إلى أنه مع زيادة كمية الطين، تنخفض صلابته، وإجهاد الشد بنسبة 300%، ومتانته عند الشد في مُركّب المطاط بشكل طفيف، ولكن يُمكن تعويض ذلك بتعديل نظام الفلكنة. عند استخدامه في تركيبات مداس المطاط، بعد تحسين النظام، يُمكنه أيضًا تقليل مقاومة التدحرج.
(٥) كبريتات الباريوم
يُحسّن هذا المنتج بفعالية مقاومة تآكل المنتجات المطاطية، مثل مطاط الإطارات والأحزمة، ومقاومة العوامل الجوية. كما يُحسّن نعومة سطحها. وباعتباره حشوًا للمطاط المسحوق، فهو لا يُحسّن معدل الاستخدام فحسب، بل يتميز أيضًا بمزايا واضحة من حيث التكلفة الاقتصادية.
(٦) التلك
يُقسم مسحوق التلك عادةً إلى مسحوق التلك الصناعي العام ومسحوق التلك فائق النعومة. يُعتبر الأول، كحشو للمطاط، غير مُقوٍّ، وله تأثير ضئيل في تحسين الخصائص الفيزيائية للمطاط. لذلك، يُستخدم مسحوق التلك الصناعي العام غالبًا كعامل فصل. من ناحية أخرى، يتميز مسحوق التلك فائق النعومة بتأثير مُقوٍّ جيد. عند استخدامه كحشو للمطاط، تكون قوة شد المطاط مساوية لقوة شد السيليكا.
(٧) الجرافيت
ينتمي الجرافيت إلى معادن السيليكات الصفائحية غير المعدنية، ويتميز بموصلية حرارية وكهربائية وتشحيم جيدين. يتضمن استخدام الجرافيت كحشو للمطاط عملية مشابهة لتلك المستخدمة في المونتموريلونيت، حيث يُحلل الجرافيت إلى جزيئات نانوية باستخدام تقنية خاصة. عند اندماج هذه الجزيئات النانوية مع مصفوفة المطاط، تتحسن خصائصه الوظيفية المختلفة. على سبيل المثال، تتحسن الموصلية الكهربائية والحرارية، وعزل الهواء، والخصائص الميكانيكية بشكل ملحوظ.