مزايا المواد الكربونية في التوصيل الحراري وتبديد الحرارة
في صناعتي الإلكترونيات والإلكترونيات الضوئية الحاليتين، ومع تطور الأجهزة الإلكترونية ومنتجاتها نحو التكامل العالي والحوسبة العالية، تضاعفت الطاقة المُبددة. وأصبح تبديد الحرارة تدريجيًا عاملًا رئيسيًا يُعيق التنمية المستدامة لصناعة الإلكترونيات. يُعدّ إيجاد مواد مُدارة للحرارة ذات موصلية حرارية ممتازة أمرًا بالغ الأهمية للجيل القادم من الدوائر المتكاملة وتصميمات المنتجات الإلكترونية ثلاثية الأبعاد.
لا تتجاوز الموصلية الحرارية للمواد الخزفية التقليدية (مثل نيتريد البورون ونيتريد الألومنيوم) والمواد المعدنية (مثل النحاس والألومنيوم) بضع مئات من واط/متر·كلفن كحد أقصى. وبالمقارنة، فإن الموصلية الحرارية للمواد الكربونية مثل الماس والجرافيت والجرافين وأنابيب الكربون النانوية وألياف الكربون أكثر إثارة للإعجاب. على سبيل المثال، يتمتع الجرافيت بموصلية حرارية نظرية تصل إلى 4180 واط/متر·كلفن في الاتجاه الموازي لطبقة البلورة، وهو ما يُقارب عشرة أضعاف الموصلية الحرارية للمواد المعدنية التقليدية مثل النحاس والفضة والألومنيوم. بالإضافة إلى ذلك، تتميز المواد الكربونية بخصائص ممتازة، مثل انخفاض الكثافة، وانخفاض معامل التمدد الحراري، وخصائص ميكانيكية جيدة في درجات الحرارة العالية.
الجرافين
الجرافين مادة سطحية أحادية الطبقة من ذرات الكربون، مُقشّرة من الجرافيت. يتميز ببنية مستوية ثنائية الأبعاد على شكل قرص العسل، تتكون من ذرات كربون أحادية الطبقة مُرتبة بإحكام في أشكال سداسية منتظمة. يتميز هذا الهيكل بثباته العالي، كما أن الارتباط بين ذرات الكربون داخل الجرافين مرن للغاية. عند تطبيق قوة خارجية على الجرافين، ينحني سطح ذرة الكربون ويتشوه، مما يمنع ذرات الكربون من إعادة ترتيب نفسها للتكيف مع القوة الخارجية، مما يحافظ على استقراره الهيكلي. يمنح هذا الهيكل الشبكي المستقر الجرافين موصلية حرارية ممتازة.
أنابيب الكربون النانوية
منذ اكتشاف أنابيب الكربون النانوية عام ١٩٩١، أصبحت محط اهتمام العديد من العلماء لدراسة الموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية. تُصنع أنابيب الكربون النانوية من صفائح جرافيت أحادية أو متعددة الطبقات ملتفة، وتنقسم إلى ثلاثة أنواع: أحادية الجدار، مزدوجة الجدار، ومتعددة الجدران.
يمنح هذا الهيكل الخاص أنابيب الكربون النانوية موصلية حرارية عالية للغاية. وقد قدر بعض الباحثين أن الموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار في درجة حرارة الغرفة تبلغ 3980 واط/م·ك، والموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية مزدوجة الجدار 3580 واط/م·ك، والموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران 2860 واط/م·ك.
الماس
يتكون التركيب البلوري للماس من ترتيب متقارب لذرات الكربون في رباعيات السطوح، حيث تشارك جميع الإلكترونات في الترابط. لذلك، تتراوح موصليته الحرارية في درجة حرارة الغرفة بين 2000 و2100 واط/م·ك، وهو من أفضل المواد في الطبيعة. هذه الميزة تجعله مادةً لا غنى عنها في مجال تبديد الحرارة عالي الجودة.
ألياف الكربون
تُعالَج ألياف الكربون بالكربنة عالية الحرارة لتشكيل بنية جرافيتية تربوستراتية. إذا كانت شبكة الجرافيت المحورية الخاصة بها عالية التوجيه، فيمكنها تحقيق موصلية حرارية فائقة. على سبيل المثال، تبلغ الموصلية الحرارية لألياف الكربون القائمة على درجة حرارة الطور المتوسط 1100 واط/متر·كلفن، ويمكن أن تصل الموصلية الحرارية لألياف الكربون المزروعة بالبخار إلى 1950 واط/متر·كلفن.
الجرافيت
يتميز الجرافيت ببنية بلورية سداسية، تتكون من ستة أوجه ومستويين قاعديين متراصين. تتداخل الطبقة الأولى من الشبكة السداسية لذرات الكربون بمقدار نصف الخط القطري السداسي، وتتداخل بالتوازي مع الطبقة الثانية. تتكرر الطبقة الثالثة والطبقة الأولى في مواقعهما، لتشكلا تسلسل ABAB... تبلغ الموصلية الحرارية للجرافيت الطبيعي على طول المستوى البلوري (002) 2200 واط/(م·ك)، ويمكن أن تصل الموصلية الحرارية داخل المستوى للجرافيت التحللي الحراري عالي التوجيه إلى 2000 واط/(م·ك).
تتميز جميع المواد الكربونية المذكورة أعلاه بموصلية حرارية عالية للغاية، مما جذب اهتمامًا كبيرًا في مجال متطلبات تبديد الحرارة العالية. لنلقِ نظرة على بعض المواد الكربونية الكلاسيكية الموصلة/المبددة للحرارة.
أثبتت المواد الكربونية، ببنيتها البلورية الفريدة وخصائصها الفيزيائية والكيميائية، مزايا لا غنى عنها في مجال التوصيل الحراري وتبديد الحرارة. ومع تطور تكنولوجيا التحضير وتوسع نطاق تطبيقاتها، من المتوقع أن ترتقي المواد الكربونية، مثل الجرافين والماس، بحلول تبديد الحرارة في صناعات مثل الإلكترونيات والفضاء إلى مستوى أعلى.
تطبيق تحضير المسحوق على أساس تقنية البلازما الحرارية في مواد الإدارة الحرارية
أدى تصغير الأجهزة الإلكترونية وتكاملها إلى زيادة متطلبات تبديد الحرارة لمواد الإدارة الحرارية القائمة على البوليمر. ويُعد تطوير حشوات جديدة عالية التوصيل الحراري لبناء مسارات توصيل حراري فعالة مفتاحًا لتحقيق مواد إدارة حرارية عالية الأداء.
تتميز تقنية البلازما الحرارية بمزايا كبيرة في تحضير مساحيق كروية نانوية وميكرونية، مثل مسحوق السيليكون الكروي ومسحوق الألومينا، نظرًا لارتفاع درجة حرارتها، وجو تفاعلها القابل للتحكم، وكثافة طاقتها العالية، وانخفاض تلوثها.
تقنية البلازما الحرارية
البلازما هي الحالة الرابعة للمادة بعد الصلب والسائل والغاز. وهي عبارة عن كتلة متعادلة كهربائيًا تتكون من إلكترونات وكاتيونات وجسيمات متعادلة. ووفقًا لدرجة حرارة الجسيمات الثقيلة في البلازما، يمكن تقسيم البلازما إلى فئتين: بلازما ساخنة وبلازما باردة.
يمكن أن تتراوح درجة حرارة الأيونات الثقيلة في البلازما الساخنة بين 3×10⁻ و3×10⁻ كلفن، مما يؤدي إلى حالة التوازن الديناميكي الحراري المحلي. في هذه الحالة، ترتبط البلازما الحرارية بالعلاقة التالية: درجة حرارة الإلكترون Te = درجة حرارة البلازما، Th = درجة حرارة الإثارة، Tex = درجة حرارة تفاعل التأين Treac، وبالتالي تتمتع البلازما الحرارية بدرجة حرارة ترموديناميكية موحدة.
تحضير المساحيق الكروية بالبلازما
استنادًا إلى خصائص درجة الحرارة العالية ومعدل التبريد السريع للبلازما الحرارية عالية التردد، تُستخدم تقنية الترسيب الفيزيائي للبخار لتحضير مساحيق نانوية.
هناك طريقتان رئيسيتان لتحضير المساحيق الكروية بالبلازما.
إحداهما هي تمرير مساحيق المواد الخام كبيرة الحجم وغير منتظمة الشكل في قوس درجة الحرارة العالية للبلازما الحرارية، واستخدام بيئة درجة الحرارة العالية التي تولدها البلازما الحرارية لتسخين جزيئات المواد الخام وإذابتها بسرعة (أو إذابة السطح). بفضل التوتر السطحي، يُشكل المسحوق المذاب كرة ويتصلب بمعدل تبريد مناسب للحصول على مسحوق كروي. أما الطريقة الثانية فهي استخدام مساحيق أو مواد أولية غير منتظمة كمواد خام والبلازما الحرارية كمصدر حرارة عالية. تتفاعل المواد الخام مع الجسيمات النشطة فيها، وتُبرَّد بسرعة وتُرسَّب لإنتاج مسحوق مثالي.
بفضل خصائص درجة الحرارة العالية، والطاقة العالية، والجو المُتحكَّم فيه، وعدم تلوث البلازما الحرارية، يُمكن تحضير مساحيق كروية عالية النقاء، وعالية الكروية، ومختلفة الأحجام، وذلك من خلال التحكم في معايير عملية التحضير، مثل التغذية، ومعدل التبريد، وقوة البلازما. ولذلك، ازداد استخدام تقنية البلازما في تحضير المساحيق الكروية على نطاق واسع في صناعات الطاقة، والفضاء، والصناعات الكيميائية، وغيرها.
مجالات التطبيق الرئيسية وخصائص مسحوق السيليكون الدقيق
مسحوق السيليكا مادة غير عضوية غير معدنية، مكونها الرئيسي هو ثاني أكسيد السيليكون. يُصنع من الكوارتز البلوري، والكوارتز المنصهر، وغيرها من المواد الخام، ويُعالَج بالطحن، والتصنيف الدقيق، وإزالة الشوائب، وغيرها من العمليات. يتميز بخواص عازلة ممتازة، ومعامل تمدد حراري منخفض، وموصلية حرارية عالية. يُستخدم على نطاق واسع في صفائح النحاس المكسوة، ومركبات صب الإيبوكسي، والمواد العازلة، والمواد اللاصقة، والطلاءات، والسيراميك، وغيرها من المجالات.
1. صفائح النحاس المكسوة
تُعدّ صفائح النحاس المكسوة ركيزة أساسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، بتركيبة تتكون من "رقاقة نحاس + طبقة عازلة (راتنج ومادة تقوية) + رقاقة نحاس". وهي مادة أساسية أساسية لأنظمة الدوائر المختلفة.
تشمل خيارات حشو صفائح النحاس المكسوة مسحوق السيليكون الدقيق، وهيدروكسيد الألومنيوم، وهيدروكسيد المغنيسيوم، وبودرة التلك، ومسحوق الميكا، ومواد أخرى. من بينها، يتميز مسحوق السيليكون الدقيق بمزايا نسبية في مقاومة الحرارة، والخصائص الميكانيكية، والكهربائية، وقابلية التشتت في أنظمة الراتنج. ويمكن استخدامه لتحسين مقاومة الحرارة والرطوبة، وتحسين صلابة الصفائح الرقيقة المغطاة بالنحاس، وتقليل معامل التمدد الحراري، وتحسين الاستقرار البُعدي، وتحسين دقة تحديد موضع الحفر ونعومة الجدار الداخلي، وتحسين الالتصاق بين الطبقات أو بين الطبقات العازلة ورقائق النحاس، وما إلى ذلك، لذا فهو مفضل في حشوات الصفائح المغطاة بالنحاس.
يتميز مسحوق السيليكون الدقيق الكروي بأفضل أداء، ولكنه مرتفع التكلفة، ويُستخدم فقط في مجال الصفائح المغطاة بالنحاس عالية الجودة. يتميز مسحوق السيليكون الدقيق الكروي بأداء أفضل من حيث التوصيل الحراري، والحشو، والتمدد الحراري، والخصائص العازلة، ولكنه أقل سعرًا من حيث السعر. لذلك، ونظرًا للأداء الشامل والتكلفة المنخفضة، يُستخدم مسحوق السيليكون الكروي الدقيق حاليًا بشكل رئيسي في مجال الصفائح النحاسية عالية الجودة، مثل الصفائح النحاسية عالية التردد والسرعة، وحاملات الدوائر المتكاملة (IC)، وغيرها. وكلما زاد نطاق الاستخدام، زادت نسبة الإضافة.
2. مركب صب الإيبوكسي
مركب صب الإيبوكسي هو مركب صب مسحوق مصنوع من راتنج الإيبوكسي كراتنج أساسي، وراتنج فينولي عالي الأداء كعامل معالجة، ومسحوق السيليكون كمادة مالئة، ومجموعة متنوعة من المواد المضافة. وهو مادة أساسية في تغليف أشباه الموصلات، مثل الدوائر المتكاملة (أكثر من 97% من تغليف أشباه الموصلات يستخدم مركب صب الإيبوكسي).
٣. مواد العزل الكهربائي
يُمكن لمسحوق السيليكون المُستخدم في منتجات العزل الكهربائي أن يُقلل بفعالية من معامل التمدد الخطي للمنتج المُعالج ومعدل الانكماش أثناء عملية المعالجة، ويُخفف الإجهاد الداخلي، ويُحسّن القوة الميكانيكية للمادة العازلة، مما يُحسّن خصائصها الميكانيكية والكهربائية بشكل فعال. ولذلك، تتجلى المتطلبات الوظيفية لعملاء هذا المجال من مسحوق السيليكون الدقيق في انخفاض معامل التمدد الخطي، وارتفاع العزل، والقوة الميكانيكية العالية، بينما تُعتبر متطلباته لخواصه العازلة والتوصيل الحراري منخفضة نسبيًا.
في مجال مواد العزل الكهربائي، عادةً ما يتم اختيار منتجات مسحوق السيليكون الدقيق أحادية المواصفات، بمتوسط حجم جسيمات يتراوح بين 5 و25 ميكرومتر، وفقًا لخصائص منتجات العزل الكهربائي ومتطلبات عملية إنتاجها، وتُفرض متطلبات عالية على بياض المنتج، وتوزيع حجم الجسيمات، وما إلى ذلك.
4. المواد اللاصقة
يمكن لمسحوق السيليكون الدقيق المملوء براتنج اللاصق أن يقلل بفعالية من معامل التمدد الخطي للمنتج المُعالج ومعدل الانكماش أثناء المعالجة، ويحسن القوة الميكانيكية للمادة اللاصقة، ويحسن مقاومتها للحرارة، ونفاذيتها، وأداء تبديد الحرارة، مما يُحسّن من قوة الترابط والختم.
يؤثر توزيع حجم جسيمات مسحوق السيليكون الدقيق على لزوجة المادة اللاصقة وترسيبها، مما يؤثر على قابليتها للمعالجة ومعامل التمدد الخطي بعد المعالجة.
٥. سيراميك قرص العسل
تُصنع حاملات سيراميك قرص العسل لتنقية عوادم السيارات، ومرشحات جسيمات الديزل من مادة الكورديريت، من الألومينا ومسحوق السيليكون الدقيق ومواد أخرى، وذلك من خلال عمليات الخلط والقولبة بالبثق والتجفيف والتلبيد وغيرها. يُحسّن مسحوق السيليكون الدقيق الكروي من سرعة القولبة واستقرار منتجات سيراميك قرص العسل.
تعديل طلاء ثاني أكسيد التيتانيوم
يُعد تعديل طلاء ثاني أكسيد التيتانيوم (ثاني أكسيد التيتانيوم) وسيلةً مهمةً لتحسين أدائه (مثل قابليته للتشتت، ومقاومته للعوامل الجوية، ولمعانه، وثباته الكيميائي، إلخ). تشمل طرق تعديل الطلاء الشائعة ثلاث فئات رئيسية: الطلاء غير العضوي، والطلاء العضوي، والطلاء المركب. فيما يلي تصنيف محدد ومقدمة موجزة:
تعديل الطلاء غير العضوي
بطلاء طبقة من الأكاسيد أو الأملاح غير العضوية على سطح جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم، يتشكل حاجز فيزيائي لتحسين ثباته الكيميائي وخصائصه البصرية.
1. طلاء الأكسيد
المبدأ: استخدام هيدرات أكاسيد المعادن (مثل SiO₂، Al₂O₃، ZrO₂، إلخ) للترسيب على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم لتكوين طبقة طلاء موحدة.
العملية: عادةً ما تُضاف أملاح معدنية (مثل سيليكات الصوديوم وكبريتات الألومنيوم) إلى خليط ثاني أكسيد التيتانيوم، وذلك من خلال طريقة الترسيب في الطور السائل، ويُضبط الرقم الهيدروجيني (pH) لترسيب هيدرات أكسيد المعدن وطلائها.
2. طلاء أكسيد مركب
المبدأ: طلاء أكسيدين معدنيين أو أكثر (مثل Al₂O₃-SiO₂ وZrO₂-SiO₂، إلخ)، مع الجمع بين مزايا كل مكون.
الميزات: أداء عام أفضل، على سبيل المثال، يُمكن لطلاء Al₂O₃-SiO₂ أن يُحسّن في الوقت نفسه قابلية التشتت ومقاومة العوامل الجوية، وهو مناسب لدهانات السيارات عالية الطلب وطلاءات الملفات.
3. طلاء الملح
المبدأ: استخدام أملاح معدنية (مثل الفوسفات والسيليكات والكبريتات، إلخ) لتكوين طبقة ملحية ضعيفة الذوبان على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم.
تعديل الطلاء العضوي
من خلال تفاعل المركبات العضوية مع مجموعات الهيدروكسيل على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم، تتشكل طبقة جزيئية عضوية لتحسين توافقها مع الأوساط العضوية.
1. طلاء عامل الاقتران
المبدأ: باستخدام البنية المحبة للدهون لجزيئات عامل الاقتران (مثل السيلانات، والتيتانات، والألومينات)، يتحد أحد طرفيه مع مجموعة الهيدروكسيل على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم، ويتفاعل الطرف الآخر مع المصفوفة العضوية (مثل الراتنج، والبوليمر).
عامل اقتران السيلان: يُحسّن قابلية تشتت ثاني أكسيد التيتانيوم في الأنظمة القائمة على الماء، والتي تُستخدم عادةً في الطلاءات والأحبار القائمة على الماء.
عامل اقتران التيتانات/الألومينات: يُعزز التوافق في الأنظمة الزيتية مثل البلاستيك والمطاط، ويُقلل التكتل أثناء المعالجة.
٢. طلاء المواد الخافضة للتوتر السطحي
المبدأ: تلتصق المواد الخافضة للتوتر السطحي (مثل الأحماض الدهنية، والسلفونات، وأملاح الأمونيوم الرباعية، إلخ) بسطح ثاني أكسيد التيتانيوم من خلال الامتزاز الفيزيائي أو التفاعل الكيميائي، لتكوين طبقة شحنة أو طبقة كارهة للماء.
الوظيفة:
المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية (مثل حمض الستياريك): تُحسّن قابلية التشتت في الأوساط الزيتية، وتُستخدم عادةً في البلاستيك والمطاط.
المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية (مثل كلوريد دوديسيل ثلاثي ميثيل الأمونيوم): مناسبة للأنظمة القطبية لتحسين الاستقرار.
٣. طلاء البوليمر
المبدأ: تطعيم البوليمرات (مثل الأكريلات، وراتنجات الإيبوكسي، والسيلوكسانات، إلخ) على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم من خلال تفاعلات البلمرة.
الوظيفة:
تكوين طبقة طلاء سميكة لعزل التآكل الكيميائي بشكل أكبر، وتحسين مقاومة العوامل الجوية والخصائص الميكانيكية.
تحسين التوافق مع راتنجات محددة، ومناسب للمواد المركبة والطلاءات عالية الأداء. ٤. طلاء السيليكون
المبدأ: استخدام خصائص الطاقة السطحية المنخفضة للبولي سيلوكسان (زيت السيليكون، راتنج السيليكون، إلخ) لطلاء جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم.
الوظيفة: تقليل التوتر السطحي، وتحسين التشتت والنعومة، وهو شائع الاستخدام في الأحبار ومستحضرات التجميل.
٣. تعديل الطلاء المركب
يجمع الطلاء المزدوج بين مزايا الطلاءات العضوية وغير العضوية، ويُنفذ على مراحل أو في وقت واحد لتحقيق أداء متكامل.
١. طلاء غير عضوي أولاً ثم عضوي
٢. طلاء متزامن غير عضوي-عضوي
تقنيات طلاء خاصة أخرى
١. طلاء النانو
٢. طلاء الكبسولات الدقيقة
المبدأ: تغليف جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم في كبسولات دقيقة من البوليمر، وإطلاق ثاني أكسيد التيتانيوم عن طريق التحكم في ظروف تمزق الكبسولة (مثل درجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني)، وهو مناسب للطلاءات الذكية وأنظمة الإطلاق البطيء.
مواد سبائك المغنيسيوم في الاقتصاد المنخفض الارتفاع
بفضل خفّة وزنها، أصبحت سبائك المغنيسيوم خيارًا مثاليًا للطائرات الاقتصادية منخفضة الارتفاع، نظرًا لكثافتها المنخفضة ومتانتها العالية وقدرتها على امتصاص الصدمات وحجب الموجات الكهرومغناطيسية. بالمقارنة مع المواد التقليدية، تُعدّ سبائك المغنيسيوم أخف وزنًا، ويمكنها إطالة مدة الطيران بشكل كبير وتحسين كفاءة الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، تُحسّن قدرات امتصاص الصدمات والحجب الكهرومغناطيسي لسبائك المغنيسيوم من سلامة التشغيل والتوافق الكهرومغناطيسي للطائرات في البيئات المعقدة.
طائرات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL)
هيكل الصمامات: تبلغ كثافة سبائك المغنيسيوم ثلثي كثافة سبائك الألومنيوم وربع كثافة الفولاذ فقط. يمكن أن يُخفّض استخدامها في هيكل جسم الطائرة وزن الطائرة بشكل كبير، ويُحسّن سعة الحمولة والمدى. على سبيل المثال، تستخدم طائرة الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL) للشحن التي يبلغ وزنها طنين من شركة Fengfei Aviation سبائك المغنيسيوم لتصنيع بعض مكونات هيكل جسم الطائرة، مما يُحقق خفة الوزن مع ضمان المتانة الهيكلية.
هيكل الجناح: تتميز سبيكة المغنيسيوم بقوة نوعية عالية، مما يحافظ على ثبات هيكل الجناح تحت الأحمال الديناميكية الهوائية الكبيرة، مع تقليل وزنه، مما يُحسّن أداء طيران الطائرة.
غلاف المحرك: تتميز سبيكة المغنيسيوم بموصلية حرارية جيدة وخصائص حماية كهرومغناطيسية، مما يُبدّد الحرارة الناتجة عن تشغيل المولد بفعالية، ويحمي الدائرة الداخلية للمحرك من التداخل الكهرومغناطيسي، ويطيل عمره الافتراضي، ويحسّن كفاءته. على سبيل المثال، صُنع غلاف محرك سيارة الطيران الكهربائية الذكية "ترافيلر X2" من شركة "شياوبنغ هويتيان" من مادة سبيكة المغنيسيوم.
حجرة البطارية: تُستخدم سبيكة المغنيسيوم في تصنيع حجرات البطاريات. تُساعد كثافتها المنخفضة على تقليل الوزن الإجمالي للطائرة، كما أن خصائص الحماية الكهرومغناطيسية التي تتمتع بها تمنع تداخل التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي مع البطارية، مما يضمن سلامتها واستقرار تشغيلها.
حامل لوحة العدادات: يتميز حامل لوحة العدادات المصنوع من سبائك المغنيسيوم بصلابة وثبات ممتازين، ويمكنه دعم مختلف الأجهزة وشاشات العرض في لوحة عدادات eVTOL. كما أن خفة وزنه تُسهم في تقليل الوزن الإجمالي للطائرة.
الطائرات بدون طيار
هيكل جسم الطائرة: تتميز سبائك المغنيسيوم بكثافة منخفضة، مما يُخفف وزن الطائرة بشكل كبير، ويزيد من قدرتها على التحمل وقدرتها على التحمل، كما تضمن قوتها النوعية العالية تحملها لمختلف الضغوط أثناء الطيران. على سبيل المثال، طائرة "Hybrid Flyer" متعددة الدوارات بهيكل من سبائك المغنيسيوم أخف وزنًا بنسبة 30% تقريبًا من هيكل المواد التقليدية، كما أن مدة تحملها أطول.
الأجنحة والذيول: تُستخدم لتصنيع هيكل الدعم الداخلي أو الغلاف الخارجي للأجنحة والذيول، مع ضمان المتانة الهيكلية والأداء الديناميكي الهوائي، وتقليل مقاومة الطيران واستهلاك الطاقة للطائرات بدون طيار، وتحسين كفاءة الطيران ومرونته.
حامل لوحة دائرة التحكم: يوفر دعمًا ثابتًا للوحة دائرة التحكم. تساعد خصائصه خفيفة الوزن على خفض مركز ثقل الطائرة المسيرة وتحسين استقرار الطيران. وفي الوقت نفسه، يُقلل أداء الحماية الكهرومغناطيسية من التداخل الكهرومغناطيسي بين لوحات الدوائر الإلكترونية ويضمن نقلًا دقيقًا لإشارات التحكم.
غلاف المستشعر: يُستخدم لتغليف أجهزة استشعار مختلفة، مثل الكاميرات ووحدات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، مع حماية المستشعرات، وتقليل وزن حمولة الطائرات المسيرة، مما يسمح لها بحمل المزيد من المعدات أو إطالة مدة الطيران. كما أن مقاومة سبائك المغنيسيوم للتآكل تُمكّنها من التكيف مع متطلبات عمل أجهزة الاستشعار في بيئات مختلفة.
المراوح: تُستخدم سبائك المغنيسيوم في تصنيع المراوح. تساعد كثافتها المنخفضة وقوتها النوعية العالية على تحسين كفاءة دوران المروحة، وتقليل استهلاك الطاقة، وتقليل الوزن، وبالتالي تحسين الأداء العام للطائرات المسيرة.
يُعدّ وزن المغنيسيوم الخفيف وتكلفته المنخفضة واحتياطياته العالية أكثر فائدة من المواد التقليدية، ومن المتوقع أن يُحلّ معضلة ارتفاع تكاليف المواد الخام وانخفاض كفاءة التشغيل في البناء الاقتصادي على ارتفاعات منخفضة. مع التقدم المستمر في تكنولوجيا إنتاج سبائك المغنيسيوم، فإن الإنتاج على نطاق واسع سوف يقلل التكاليف بشكل أكبر، وبالتالي تعزيز تطبيقه على نطاق واسع في مجال الارتفاعات المنخفضة.
خصائص مادة الألياف الزجاجية المركبة
الألياف الزجاجية مادة تتكون من ألياف زجاجية دقيقة للغاية. تُصنع عن طريق تمرير الزجاج المنصهر عبر منخل، يُدور على شكل خيوط، ثم يُجمع لتكوين ألياف زجاجية.
مركبات الألياف الزجاجية هي مادة بلاستيكية مُعززة تتكون من ألياف زجاجية مُدمجة في مصفوفة راتنجية. تتميز مركبات الألياف الزجاجية بقوة نوعية ممتازة، ووزنها الخفيف، وخصائصها الميكانيكية قريبة من المعدن؛ فهي مقاومة للصدأ، وتتحمل البيئات الحمضية والقلوية والرطوبة ورذاذ الملح لفترات طويلة، وتتمتع بعمر خدمة أطول من المواد المعدنية التقليدية؛ ويمكن تحسين أدائها عن طريق تعديل ترتيب الألياف ونوع الراتنج، ويمكن تشكيلها بأشكال معقدة؛ وهي غير موصلة للكهرباء وشفافة للموجات الكهرومغناطيسية، ومناسبة للمكونات الوظيفية الخاصة مثل المعدات الكهربائية وقباب الرادار؛ وبالمقارنة مع المواد المركبة عالية الجودة مثل ألياف الكربون، فإن الألياف الزجاجية أرخص وتُمثل خيارًا اقتصاديًا عالي الأداء.
مواد مركبة من الألياف الزجاجية تُستخدم في الطائرات الاقتصادية منخفضة الارتفاع
تُستخدم على نطاق واسع في مجال الطائرات بدون طيار
هيكل الطائرة والمكونات الهيكلية: يُستخدم البلاستيك المقوى بألياف الزجاج (GFRP) على نطاق واسع في المكونات الهيكلية الرئيسية، مثل هيكل الطائرة وأجنحتها وذيلها، نظرًا لخفة وزنه ومتانته العالية.
مواد الشفرات: تُستخدم الألياف الزجاجية في تصنيع مراوح الطائرات بدون طيار مع مواد مثل النايلون لزيادة الصلابة والمتانة.
مواد مهمة لطائرات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL)
هيكل الصمامات والأجنحة: تتطلب طائرات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL) متطلبات عالية جدًا لوزنها الخفيف، وغالبًا ما تُستخدم المواد المركبة المقواة بألياف الزجاج مع ألياف الكربون لتحسين هيكل جسم الطائرة وخفض التكاليف.
المكونات الوظيفية: تُستخدم الألياف الزجاجية أيضًا في أجهزة إلكترونيات الطيران الخاصة بطائرات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL) (مثل مكبرات الطاقة اللاسلكية)، كما أن مقاومتها العالية لدرجات الحرارة العالية وخصائصها العازلة تجعلها خيارًا مثاليًا.
باعتبارها مادة أساسية استراتيجية في اقتصاد المناطق المنخفضة، تتمتع الألياف الزجاجية بآفاق تطبيقية واسعة في الطائرات بدون طيار، ومركبات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية، وغيرها من المجالات. وبفضل الدعم السياسي والتقدم التكنولوجي، سيستمر الطلب عليها في السوق في النمو، لتصبح قوة دافعة مهمة في تعزيز تنمية اقتصاد المناطق المنخفضة.
الذهب المهمل: مسحوق تلميع المعادن النادرة
مسحوق التلميع المصنوع من السيريوم الأرضي النادر هو مسحوق التلميع السائد حاليًا. يتميز بأداء تلميع ممتاز، ويمكنه تحسين تشطيب أسطح المنتجات أو القطع. يُعرف بأنه "ملك مساحيق التلميع". تُعدّ صناعة معالجة الزجاج وصناعة الإلكترونيات من أهم مجالات استخدام مسحوق التلميع الأرضي النادر. تُشكّل نفايات مسحوق التلميع الأرضي النادر التي تتلف بعد التلميع حوالي 70% من الإنتاج سنويًا. تتكون مكونات النفايات بشكل رئيسي من بقايا نفايات مسحوق التلميع الأرضي النادر، وسوائل النفايات، وشظايا الزجاج من قطع التلميع، وطبقة الطحن (البوليمر العضوي) من قماش التلميع، والزيت، والشوائب الأخرى، وتبلغ نسبة مكونات التربة النادرة 50%. أصبح التخلص من مسحوق التلميع الأرضي النادر الفاشل مشكلة رئيسية لشركات التطبيقات اللاحقة.
حاليًا، الطرق الشائعة لإعادة تدوير نفايات مسحوق التلميع الأرضي النادر هي الفصل الفيزيائي والفصل الكيميائي.
طريقة الفصل الفيزيائي
(1) طريقة التعويم
في السنوات الأخيرة، استُخدمت تقنية التعويم على نطاق واسع في معالجة النفايات الصلبة. نظرًا لاختلاف قابلية مكونات مسحوق تلميع المعادن النادرة المهدورة للماء، يتم اختيار عوامل تعويم مختلفة لتحسين تقارب المكونات في المحلول المائي، مما يُبقي الجزيئات المحبة للماء في الماء، وبالتالي تحقيق هدف الفصل. ومع ذلك، يؤثر حجم جزيئات مسحوق التلميع على معدل استخلاص التعويم، ونقاء الاستخلاص غير كافٍ.
أثناء التعويم، يتم اختيار مجمعات مختلفة، ويختلف تأثير إزالة الشوائب بشكل كبير. وجد يانغ جيرين وآخرون أنه عندما يكون الرقم الهيدروجيني لحمض ستايرينفوسفونيك 5، فإن معدل استخلاص أكسيد السيريوم وأكسيد اللانثانوم بعد التعويم يصل إلى 95%، بينما لا يتجاوز معدل استخلاص فلوريد الكالسيوم وفلوروأباتيت 20%. تحتاج الجزيئات التي يقل قطرها عن 5 ميكرون إلى مزيد من الفصل لإزالة الشوائب نظرًا لضعف تأثير التعويم.
(2) طريقة الفصل المغناطيسي
يتميز مسحوق تلميع المعادن النادرة المهدورة بالمغناطيسية. بناءً على ذلك، صمم ميشيما وزملاؤه جهازًا بمجال مغناطيسي رأسي لاستعادة ملاط تلميع المعادن النادرة. عندما يكون معدل تدفق ملاط مسحوق النفايات 20 مم/ثانية، وزمن دورانه 30 دقيقة، وتركيزه 5%، ودرجة حموضته 3، يمكن أن تصل كفاءة فصل ثاني أكسيد السيريوم ومادة تخثر الحديد إلى 80%. عند تغيير اتجاه المجال المغناطيسي إلى تدرج أفقي، ثم إضافة محلول MnCl2، يمكن فصل ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم ذوي الخواص المغناطيسية المعاكسة عن ثاني أكسيد السيريوم.
(3) طرق أخرى
جمّد تاكاهاشي وزملاؤه ملاط مسحوق النفايات، الذي يصعب ترسيب جزيئاته عند درجة حرارة -10 درجات مئوية، ثم أذابوه في بيئة درجة تجمدها 25 درجة مئوية. شكّلت الشوائب وأكاسيد المعادن النادرة طبقة، مما سهّل تجميع المواد المفيدة في النفايات واستعادتها.
طريقة الفصل الكيميائي
تعتمد الطريقة الكيميائية بشكل رئيسي على عملية الاستعادة بعد الإذابة الحمضية والتحميص القلوي، وتستخدم عامل اختزال كعامل مساعد للحصول على مواد خام من مسحوق تلميع المعادن النادرة من خلال إزالة الشوائب، والاستخلاص، والترسيب. تتميز هذه الطريقة بمعدل استعادة مرتفع، إلا أن العملية طويلة وتكلفة عالية. ينتج عن الإفراط في استخدام الأحماض القوية أو القلويات القوية كمية كبيرة من مياه الصرف. (1) المعالجة القلوية
يُعد أكسيد الألومنيوم وثاني أكسيد السيليكون الشوائب الرئيسية في نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة. استخدم محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 4 مول/لتر للتفاعل مع نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة لمدة ساعة واحدة عند درجة حرارة 60 درجة مئوية لإزالة شوائب ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم من نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة.
(2) المعالجة الحمضية
عند استعادة العناصر الأرضية النادرة من نفايات مسحوق التلميع، غالبًا ما يُستخدم حمض النيتريك وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك للاستخلاص. ثاني أكسيد السيريوم، المكون الرئيسي لنفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة، قابل للذوبان بشكل طفيف في حمض الكبريتيك.
(3) الاستخلاص الحمضي بمساعدة عامل اختزال
في حال استخلاص ثاني أكسيد السيريوم (CeO2) مباشرةً باستخدام الحمض، فإن النتيجة ليست مثالية. أما إذا أُضيف عامل اختزال لاختزال Ce4+ إلى Ce3+، فيمكن تحسين معدل استخلاص المعادن النادرة. ويمكن أن يُحسّن استخدام عامل الاختزال H2O2 للمساعدة في استخلاص حمض الهيدروكلوريك من نفايات مسحوق تلميع المعادن النادرة بشكل كبير من النتائج التجريبية.
ستة مسارات معالجة للزجاج الكوارتز عالي النقاء
يتميز زجاج الكوارتز بنقاء عالٍ، ونفاذية طيفية عالية، ومعامل تمدد حراري منخفض، ومقاومة ممتازة للصدمات الحرارية والتآكل والأشعة فوق البنفسجية العميقة. ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات التصنيع الصناعي المتطورة، مثل البصريات والفضاء وأشباه الموصلات.
يمكن تصنيف زجاج الكوارتز وفقًا لعملية التحضير. هناك نوعان رئيسيان من المواد الخام لتحضير زجاج الكوارتز. النوع الأول هو رمل الكوارتز عالي النقاء، ويُستخدم في الصهر الكهربائي والتكرير الغازي لتحضير زجاج الكوارتز المنصهر عند درجات حرارة عالية تتجاوز 1800 درجة مئوية؛ والنوع الثاني هو المركبات المحتوية على السيليكون، والتي تُستخدم لتحضير زجاج الكوارتز الاصطناعي من خلال التفاعلات الكيميائية.
طريقة الصهر الكهربائي
تتمثل طريقة الصهر الكهربائي في صهر مادة الكوارتز الخام المسحوقة في بوتقة بالتسخين الكهربائي، ثم تشكيل زجاج الكوارتز من خلال عملية تزجيج بالتبريد السريع. تشمل طرق التسخين الرئيسية المقاومة، والقوس الكهربائي، والحث بالتردد المتوسط.
طريقة تكرير الغاز
صناعيًا، تُعد طريقة تكرير الغاز أحدث قليلاً من طريقة الصهر الكهربائي. تستخدم هذه الطريقة لهب الهيدروجين والأكسجين لصهر الكوارتز الطبيعي، ثم تُركّز تدريجيًا على سطح زجاج الكوارتز. يُستخدم زجاج الكوارتز المُنصهر الناتج عن طريقة تكرير الغاز بشكل رئيسي في مصادر الإضاءة الكهربائية، وصناعة أشباه الموصلات، ومصابيح الزينون الكروية، وغيرها. في البداية، كانت أنابيب وبوتقات زجاج الكوارتز الشفافة كبيرة الحجم تُصهر مباشرةً مع رمل الكوارتز عالي النقاء باستخدام معدات خاصة باستخدام لهب الهيدروجين والأكسجين. أما الآن، فتُستخدم طريقة تكرير الغاز بشكل شائع لتحضير سبائك الكوارتز، ثم تُعالج هذه السبائك على البارد أو الساخن لإنتاج منتجات زجاج الكوارتز المطلوبة.
طريقة الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)
تعتمد طريقة الترسيب الكيميائي للبخار على تسخين سائل SiCl4 المتطاير لتحويله إلى غاز، ثم إدخاله في لهب الهيدروجين والأكسجين الناتج عن احتراق الهيدروجين والأكسجين تحت تأثير غاز ناقل (O2)، ليتفاعل مع بخار الماء عند درجة حرارة عالية لتكوين جزيئات غير متبلورة، ثم يترسب على ركيزة الترسيب الدوارة، ثم ينصهر عند درجة حرارة عالية لتكوين زجاج الكوارتز.
طريقة PCVD
اقترحت شركة كورنينج طريقة PCVD لأول مرة في ستينيات القرن الماضي. تستخدم هذه الطريقة البلازما بدلاً من لهب الهيدروجين والأكسجين كمصدر حرارة لتحضير زجاج الكوارتز. درجة حرارة لهب البلازما المستخدم في عملية PCVD أعلى بكثير من درجة حرارة اللهب العادي. يمكن أن تصل درجة حرارة قلبه إلى 15000 كلفن، ويتراوح متوسط درجة الحرارة بين 4000 و5000 كلفن. يمكن اختيار غاز التشغيل بشكل مناسب وفقًا لمتطلبات العملية المحددة.
طريقة الترسيب الكيميائي للبخار البخاري ذات الخطوتين
تُسمى طريقة الترسيب الكيميائي للبخار البخاري التقليدية أيضًا بالطريقة أحادية الخطوة أو الطريقة المباشرة. نظرًا لمشاركة بخار الماء في التفاعل، فإن محتوى الهيدروكسيل في زجاج الكوارتز المُحضر بهذه الطريقة يكون مرتفعًا ويصعب التحكم فيه. ولتجاوز هذا العيب، حسّن المهندسون طريقة الترسيب الكيميائي للبخار البخاري ذات الخطوة الواحدة وطوروا طريقة الترسيب الكيميائي للبخار البخاري ذات الخطوتين، والتي تُسمى أيضًا طريقة التخليق غير المباشر.
التعديل الحراري
تعمل طريقة التعديل الحراري أولًا على تليين مادة أساس زجاج الكوارتز بتسخينها، ثم الحصول على المنتج المطلوب من خلال طرق مثل الغمر والسحب. في فرن التعديل الحراري، يُسخّن جسم الفرن بالتسخين بالحث الكهرومغناطيسي. يُولّد التيار المتردد المار عبر ملف الحث في الفرن مجالًا كهرومغناطيسيًا مترددًا في الفراغ، ويؤثر هذا المجال على عنصر التسخين لتوليد تيار وحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة، تلين مادة أساس زجاج الكوارتز، وفي هذه الحالة، يمكن تشكيل قضيب/أنبوب من زجاج الكوارتز عن طريق السحب للأسفل باستخدام جرار. بضبط درجة حرارة الفرن وسرعة السحب، يمكن إنتاج قضبان/أنابيب من زجاج الكوارتز بأقطار مختلفة. يؤثر ترتيب الملفات وهيكل فرن التسخين بالحث الكهرومغناطيسي بشكل كبير على مجال درجة الحرارة داخل الفرن. في الإنتاج الفعلي، يجب التحكم بدقة في مجال درجة الحرارة داخل الفرن لضمان جودة منتجات زجاج الكوارتز.
ما هي أنواع وتطبيقات البنتونيت الواسعة؟
يُقسم البنتونيت بشكل رئيسي إلى عدة أنواع، مثل بنتونيت الصوديوم، وبنتونيت الكالسيوم، وبنتونيت الهيدروجين، والبنتونيت العضوي، وذلك وفقًا لاختلاف كاتيونات الطبقات البينية.
بنتونيت الصوديوم: يتميز بخصائص ممتازة للانتفاخ، وامتصاص الماء، والالتصاق، واللدونة، وهو أكثر أنواع البنتونيت استخدامًا.
بنتونيت الكالسيوم: بالمقارنة مع بنتونيت الصوديوم، يتميز بانتفاخه والالتصاق به بشكل أضعف قليلًا، لكن سعره أكثر اقتصادية، وهو مناسب لبعض الحالات ذات متطلبات الأداء المنخفضة.
بنتونيت الهيدروجين: يتميز بخصائص كيميائية خاصة، ويمكنه إظهار خصائص فريدة في ظل ظروف محددة، مثل الثبات في درجات الحرارة العالية.
بنتونيت عضوي: من خلال التعديل العضوي، يتميز بقابلية تشتت وتعليق واستقرار أفضل، وهو مناسب لمجالات التطبيقات المتقدمة.
تطبيقات البنتونيت الواسعة
يُسهم تعدد استخدامات البنتونيت في لعب دور مهم في مختلف المجالات، وتتمتع بنطاق واسع من تطبيقاته المذهلة. مجال البناء: يُستخدم البنتونيت على نطاق واسع في إنتاج مواد عزل الصوت والحرارة في المباني، والطلاءات المقاومة للماء، ومواد الجدران، وغيرها من المنتجات، نظرًا لقدرته الممتازة على التمدد والالتصاق، مما يوفر دعمًا قويًا للتنمية الخضراء في قطاع البناء.
مجال حماية البيئة: يتميز البنتونيت بقدرة امتصاص عالية، ويمكنه امتصاص المواد الضارة، مثل أيونات المعادن الثقيلة والملوثات العضوية، من الماء. وهو مادة مهمة في مجال حماية البيئة. كما يُستخدم البنتونيت في بناء طبقات مانعة للتسرب في مدافن النفايات، مما يمنع تسرب سوائل الرشح من المدافن بفعالية.
مجال المعادن: يُستخدم البنتونيت بشكل رئيسي في تبطين الأفران في الصناعات المعدنية، فهو مقاوم لدرجات الحرارة العالية والتآكل، ويحمي هيكل الفرن من الخبث عالي الحرارة.
مجال الزراعة: يُحسّن البنتونيت بنية التربة وخصوبتها. بإضافة البنتونيت، يُمكن تحسين نفاذية الهواء واحتباس الماء في التربة، وتعزيز نمو المحاصيل.
صناعة المسابك: يُستخدم البنتونيت كطلاء ومادة لاصقة في صناعة المسابك لتحسين جودة سطح ومتانة المسبوكات.
صناعة الأغذية: يُستخدم البنتونيت بشكل رئيسي في التبييض والتنقية في صناعة الأغذية، مثل إزالة لون الزيوت والدهون، وتنقية محاليل السكر، وغيرها.
حفر آبار النفط: يُعد البنتونيت مادة خام مهمة لطين حفر آبار النفط، حيث يُمكنه تعديل اللزوجة وقوة القص وفقدان الماء للطين، وتحسين كفاءة الحفر.
الطلب على معدات صنع مسحوق البنتونيت
مع التوسع المستمر في مجالات استخدام البنتونيت، يتزايد الطلب على معدات صنع مسحوق البنتونيت. عند اختيار معدات الطحن، من الضروري مراعاة عوامل متعددة مثل أداء المعدات، والقدرة الإنتاجية، واستهلاك الطاقة، وخدمة ما بعد البيع.
عند اختيار مسحوق معدني للبلاستيك، انظر إلى هذه المؤشرات الـ11
تشمل مواد المسحوق المعدنية الشائعة المستخدمة في صناعة البلاستيك كربونات الكالسيوم (الكالسيوم الثقيل، الكالسيوم الخفيف، الكالسيوم النانوي)، التلك، الكاولين، الوولاستونيت، مسحوق البروسيت، مسحوق الميكا، مسحوق الباريت، كبريتات الباريوم والعديد من الأصناف الأخرى. للغرض الرئيسي من زيادة الحشو، يمكن استخدامه عمومًا لعشرات إلى مئات من phr. لغرض تحسين الأداء وخفض التكاليف، يمكن استخدامه عمومًا لعشرات الأجزاء.
إن خصائص الحشوات المعدنية غير العضوية لها العديد من التأثيرات على المنتجات البلاستيكية، بما في ذلك التركيب والخصائص الفيزيائية والكيميائية، وحجم الجسيمات وتوزيعها، وشكل الجسيمات وخصائص السطح، بالإضافة إلى الكثافة والصلابة والبياض، وما إلى ذلك، والتي لها تأثير على متطلبات الأداء ومعلمات العملية للبلاستيك.
1. خصائص الشكل الهندسي
إن تأثير جزيئات الحشو ذات الأشكال الهندسية المختلفة على قوة منتجاتها البلاستيكية يكون بشكل عام ليفي> رقائق> عمودي> مكعب> كروي. تساعد حشوات الرقائق على تحسين القوة الميكانيكية للمنتجات، ولكنها غير مواتية لمعالجة القوالب.
2. حجم الجسيمات وخصائص السطح
بشكل عام، كلما كان حجم جسيمات الحشوات المعدنية غير المعدنية غير العضوية أصغر، كانت الخصائص الميكانيكية للبلاستيك أفضل عندما يتم توزيعها بالتساوي. ومع ذلك، أثناء تقليل حجم جسيمات جزيئات الحشو، تصبح تقنية المعالجة أكثر تعقيدًا وتزداد التكلفة وفقًا لذلك.
3. مساحة السطح المحددة
كلما كانت مساحة السطح المحددة أكبر، كانت التقارب بين الحشو والراتنج أفضل، ولكن كان من الصعب تنشيط سطح الحشو وزادت التكلفة. ومع ذلك، بالنسبة لجزيئات الحشو من نفس الحجم، كلما كان السطح أكثر خشونة، زادت مساحة السطح المحددة.
4. الكثافة
تتمتع الجسيمات ذات الأشكال المختلفة بأحجام وتوزيعات مختلفة. عندما تكون الكتلة هي نفسها، فقد لا تكون الكثافة الظاهرية للجسيمات بنفس الكثافة الحقيقية هي نفسها بسبب أحجام التكديس المختلفة.
5. الصلابة
يمكن أن تعمل الصلابة العالية على تحسين مقاومة التآكل للمنتجات، ولكنها ستؤدي إلى تآكل معدات المعالجة. لا يريد الناس أن تعوض فوائد استخدام الحشوات عن تآكل معدات المعالجة. بالنسبة للحشوات ذات الصلابة المعينة، تزداد شدة تآكل السطح المعدني لمعدات المعالجة مع زيادة حجم جزيئات الحشو، وتميل شدة تآكلها إلى الاستقرار بعد حجم جزيئات معين.
6. اللون
من أجل تجنب التغييرات الواضحة في لون مصفوفة المادة المملوءة أو التأثيرات السلبية على تلوين المصفوفة، تتطلب معظم متطلبات الإنتاج أن يكون البياض مرتفعًا قدر الإمكان.
7. قيمة امتصاص الزيت
تؤثر قيمة امتصاص الزيت للحشو على كمية الملدنات المستخدمة في نظام الملء وقابلية معالجة المادة. تتمتع الحشوات ذات قيم امتصاص الزيت المنخفضة بقابلية معالجة جيدة لنظام الملء ويسهل خلطها مع الراتنجات، مما قد يقلل من كمية الملدنات المستخدمة.
8. الخصائص البصرية
يمكن لبعض المنتجات استخدام امتصاص الضوء للحشوات لزيادة درجة الحرارة، مثل البيوت البلاستيكية الزراعية.
9. الخواص الكهربائية
باستثناء الجرافيت، فإن معظم الحشوات المعدنية غير العضوية هي عوازل كهربائية.
10. التركيب الكيميائي
يعتمد النشاط الكيميائي وخصائص السطح (التأثيرات) والخصائص الحرارية والخصائص البصرية والخصائص الكهربائية والخصائص المغناطيسية وما إلى ذلك للحشوات المعدنية غير العضوية إلى حد كبير على التركيب الكيميائي.
11. التأثير الكيميائي الحراري
البوليمرات سهلة الاحتراق، ولكن معظم الحشوات المعدنية غير العضوية، بسبب عدم قابليتها للاحتراق، تقلل من المواد القابلة للاحتراق بعد إضافتها إلى مصفوفة البوليمر وتؤخر احتراق المصفوفة. حشو مقاوم للهب صديق للبيئة.
باختصار، يمكن تلخيص دور الحشوات المعدنية غير العضوية غير المعدنية في المركبات البوليمرية على أنها زيادة وتعزيز وإعطاء وظائف جديدة. ومع ذلك، نظرًا لأن الحشوات المعدنية غير المعدنية غير العضوية والبوليمرات العضوية تتمتع بتوافق ضعيف، يتم تعديل الحشوات المعدنية غير المعدنية غير العضوية لتحسين توافقها مع البوليمرات العضوية وتجنب تشتت الإجهاد غير المتساوي الناجم عن الإضافة المباشرة.