การใช้งานที่หลากหลายของอลูมินาทรงกลม

เนื่องจากมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าและการกระจายตัวที่สม่ำเสมอเมื่อเทียบกับรูปทรงอื่นๆ ผงอลูมินาแบบทรงกลมจึงแสดงประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในการใช้งานจริงเมื่อเทียบกับวัสดุอลูมินาในรูปทรงอื่นๆ สามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่ในเซรามิกส์ ตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวรองรับเท่านั้น แต่ยังใช้ในหลากหลายสาขา เช่น การเจียร การขัดเงา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ด้านสารเติมแต่งนำความร้อน
ด้วยการมาถึงของยุคข้อมูลข่าวสาร อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ และความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์เหล่านี้ก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความต้องการอย่างมากในการระบายความร้อนของระบบ เนื่องจากอลูมินามีจำหน่ายอย่างแพร่หลายในท้องตลาด มีหลายชนิด และมีราคาถูกกว่าวัสดุนำความร้อนอื่นๆ และสามารถเติมลงในวัสดุโพลีเมอร์ได้ในปริมาณมาก จึงมีอัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพสูง ดังนั้น วัสดุฉนวนนำความร้อนสูงส่วนใหญ่ในปัจจุบันจึงใช้อลูมินาเป็นสารเติมแต่งนำความร้อนสูง

ด้านเซรามิกส์
การเติมผงอลูมินาแบบทรงกลมในปริมาณที่เหมาะสมระหว่างการผลิตเซรามิกส์สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเซรามิกส์ได้อย่างมาก ความเปราะบางที่อุณหภูมิต่ำของเซรามิกส์ส่งผลกระทบอย่างมากต่อขอบเขตการใช้งาน วัสดุเซรามิกที่มีการเติมผงอลูมินาแบบทรงกลมสามารถนำมาใช้ในการผลิตเซรามิกส์ที่มีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำได้

ด้านการเจียรและการขัดเงา
เมื่อเทียบกับอลูมินาแบบเม็ดหรือแบบเกล็ดแบบดั้งเดิม อลูมินาแบบทรงกลมมีการกระจายตัวและการไหลที่ดีกว่า สารขัดผิวจากผงอลูมินาแบบทรงกลมสามารถกระจายตัวได้อย่างสม่ำเสมอในผลิตภัณฑ์ที่ขัดเงา หลีกเลี่ยงการสะสมของผงที่ไม่ปกติ นอกจากนี้ พื้นผิวที่เรียบของอนุภาคยังช่วยป้องกันการขีดข่วนพื้นผิวของชิ้นงาน จึงช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว

ด้านวัสดุอิเล็กทรอนิกส์และวัสดุทางแสง
อลูมินาแบบทรงกลมมีการใช้งานที่หลากหลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์และด้านแสง การใช้อลูมินาแบบทรงกลมเป็นพื้นผิวและเติมธาตุหายากเป็นตัวกระตุ้น วิธีนี้สามารถผลิตวัสดุเรืองแสงสีแดงที่มีประสิทธิภาพดีกว่า อนุภาคอลูมินาแบบทรงกลมมีขนาดสม่ำเสมอและกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ แสดงประสิทธิภาพการเรืองแสงที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับอลูมินาในรูปทรงอื่นๆ และช่วยกำหนดโครงสร้างการเติมของวัสดุเรืองแสงได้ดีขึ้น

ด้านตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวรองรับ
เนื่องจากอลูมินามีพันธะเคมีที่ไม่สมบูรณ์จำนวนมากบนพื้นผิวและมีศูนย์กลางการเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานอยู่จำนวนมาก จึงแสดงกิจกรรมทางเคมีสูง นอกจากนี้ อลูมินาแบบทรงกลมยังมีข้อดีคือ การสึกหรอของอนุภาคต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน และพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่

ด้านการพิมพ์ 3 มิติ
อลูมินาแบบทรงกลมเป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้กันทั่วไปที่สุดสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ความเป็นทรงกลมสูง และทนต่ออุณหภูมิสูง สารเคลือบป้องกันพื้นผิว
การใช้ผงอลูมินาแบบทรงกลมเป็นวัสดุเคลือบผิวแบบพ่นสเปรย์เป็นหนึ่งในหัวข้อวิจัยที่ได้รับความสนใจอย่างมากในปัจจุบัน วัสดุเคลือบผิวนี้ไม่เพียงแต่ให้การปกป้องวัสดุโพลีเมอร์ แก้ว โลหะ และโลหะผสมเท่านั้น แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์สแตนเลส เช่น เครื่องครัวอีกด้วย

จากทุกมุมมอง ผงอลูมินาละเอียดได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุใหม่ที่ประเทศของเราจำเป็นต้องให้ความสำคัญในการพัฒนาเป็นอันดับแรก ด้วยการใช้งานอย่างแพร่หลายในสาขาดั้งเดิมและการแทรกซึมอย่างรวดเร็วในอุตสาหกรรมเกิดใหม่ เช่น ยานยนต์พลังงานใหม่และการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ความต้องการจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และอุตสาหกรรมผงอลูมินาละเอียดมีโอกาสทางการตลาดที่กว้างขวาง

by ALPA

ห้าตัวอย่างการใช้งานทั่วไปของผงแป้งทัลค์

เมื่อคุณสมบัติอันทรงพลังหลายประการของแร่ทัลก์ถูกนำมาใช้ในสารเคลือบผิว จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก นำไปสู่การปรับปรุงคุณภาพของสารเคลือบผิวโดยรวม ดังนั้น แร่ทัลก์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสูตรการเคลือบผิวต่างๆ

สารเคลือบผิวสำหรับงานสถาปัตยกรรม

เมื่อใช้ผงแร่ทัลก์ในสารเคลือบผิวสำหรับงานสถาปัตยกรรม จะช่วยให้การทาสีง่ายขึ้น รักษาความเงาได้ดี และช่วยให้สีเรียบเนียนสม่ำเสมอ ในขณะเดียวกัน คุณสมบัติการแห้งตัว ความเหนียว ความแข็ง และความต้านทานการกัดกร่อนของสารเคลือบผิวก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ช่วยเพิ่มความสามารถในการปกปิดทั้งในสภาพแห้งและเปียก เพิ่มประสิทธิภาพการลดความเงา ความต้านทานการแตกร้าว และความต้านทานการขัดถูของผลิตภัณฑ์เคลือบผิว และสามารถเพิ่มความเข้มของสีของไทเทเนียมไดออกไซด์ได้อย่างมาก จึงช่วยลดต้นทุนการผลิต ในการใช้วัสดุสำหรับสารเคลือบผิวสำหรับงานสถาปัตยกรรม แร่ทัลก์เป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้

สารเคลือบผิวสำหรับงานอุตสาหกรรม

ผงแร่ทัลก์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารเติมแต่งเชิงฟังก์ชันในสารเคลือบผิวอุตสาหกรรมต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสารเคลือบรองพื้นสำหรับชิ้นส่วนต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติการขัดและกันน้ำที่ดี ผงแร่ทัลก์จึงสามารถใช้แทนสารเติมแต่งในสารเคลือบรองพื้นได้ทั้งหมดหรือบางส่วน เมื่อใช้กับสารเคลือบโครงสร้างเหล็ก ผงแร่ทัลก์จะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการตกตะกอนของสารเคลือบ คุณสมบัติทางกลของฟิล์ม และความสามารถในการเคลือบซ้ำ ผลิตภัณฑ์หลายชนิด เช่น สารเคลือบรองพื้นแห้งเร็วและสารเคลือบสำหรับยานพาหนะ ให้ความสำคัญกับการใช้ผงแร่ทัลก์

สารเคลือบไม้

แร่ทัลก์ยังมีบทบาทสำคัญในสารเคลือบไม้ (เฟอร์นิเจอร์)

การใช้ผงแร่ทัลก์ในสารเคลือบไม้ส่วนใหญ่จะอยู่ในสารเคลือบรองพื้นแบบโปร่งใสและสารเคลือบสีทับหน้าแบบทึบแสง คุณสมบัติความแข็งต่ำของผงแร่ทัลก์ทำให้ฟิล์มสีขัดได้ง่าย ช่วยให้สามารถใช้แทนสารขัดเงาซิงค์สเตียเรตที่มีราคาสูงได้บางส่วน ดัชนีการหักเหของแสงของแร่ทัลก์คล้ายกับของสารยึดเกาะเรซิน ทำให้สารเคลือบมีความโปร่งใสสูง คุณสมบัตินี้ช่วยให้พื้นผิวของวัสดุแสดงออกมาได้อย่างชัดเจน และเมื่อใช้ในสารเคลือบสีทับหน้าแบบด้าน ก็สามารถใช้แทนสารลดความเงาที่มีราคาแพงได้บางส่วน

เมื่อใช้แร่ทัลก์ในสารเคลือบไม้ จะช่วยเพิ่มเสน่ห์ของเฟอร์นิเจอร์ไม้ได้อย่างเต็มที่ ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการด้านไลฟ์สไตล์ของผู้คนและลดต้นทุนการใช้ชีวิต

สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อน

แร่ทัลก์ยังคงถูกพบเห็นบ่อยครั้งในด้านสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อน โครงสร้างแผ่นบางที่เสถียรตามธรรมชาติของแร่ทัลก์ช่วยเพิ่มความหนืดของสีและให้ผลในการป้องกันฟิล์มสี ในขณะที่ช่วยป้องกันการซึมผ่านของสารกัดกร่อน เช่น กรด ด่าง และเกลือ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ มันยังช่วยยับยั้งการซึมผ่านของสีรองพื้นบนพื้นผิวที่มีรูพรุน ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการปิดผนึกและความสามารถในการขัดของสีรองพื้น คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันการกัดกร่อนของฟิล์มสีได้อย่างมาก ในด้านการเคลือบป้องกันการกัดกร่อน แร่ทัลก์เป็นพันธมิตรที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้ ที่ควรค่าแก่ความไว้วางใจ

การเคลือบกันน้ำ

ในฐานะสารเติมแต่งในสารเคลือบกันน้ำ ผงทัลก์ไม่เพียงแต่ช่วยลดการหดตัวของปริมาตรระหว่างการบ่มสารเคลือบ ปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอและการยึดเกาะของสารเคลือบ และลดต้นทุน แต่ยังช่วยให้สารเคลือบมีความเสถียรในการจัดเก็บและความทนทานต่อความร้อนที่ดีอีกด้วย

ที่สำคัญกว่านั้น ผงทัลก์มีผลดีต่อความยืดหยุ่นและความแข็งแรงดึงของสารเคลือบกันน้ำ: ภายในช่วงปริมาณที่กำหนด เมื่อปริมาณของผงทัลก์เพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่นและความแข็งแรงดึงของสารเคลือบกันน้ำก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งหมายถึงการป้องกันสูงสุดสำหรับวัตถุที่เคลือบ

การใช้ทัลก์ในสารเคลือบอาคาร สารเคลือบอุตสาหกรรม สารเคลือบไม้ สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อน และสารเคลือบกันน้ำ เป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของการใช้งานมากมาย ในฐานะแร่ที่ไม่ใช่โลหะที่ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้และมีราคาไม่แพง ทัลก์ยังมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในเครื่องสำอาง อาหาร ยา ยาง เซรามิก สิ่งทอ การพิมพ์และการย้อมสี และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เชื่อว่าในอนาคตอันใกล้ ด้วยการวิจัยเพิ่มเติม ความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับทัลก์จะลึกซึ้งยิ่งขึ้น และทัลก์จะเปล่งประกายอย่างแน่นอนในสาขาที่กว้างขวางยิ่งขึ้น

by ALPA

แบเรียมซัลเฟตมีส่วนช่วยในการผลิตวัสดุเคลือบคุณภาพสูงได้อย่างไร?

แบเรียมซัลเฟตเป็นที่นิยมอย่างมากเนื่องจากคุณสมบัติการเติมเต็มที่ยอดเยี่ยม หมายความว่าในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพของฟิล์มสีไว้ได้ มันสามารถช่วยลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา ตั้งแต่สีเคลือบอุตสาหกรรมไปจนถึงสีตกแต่ง

ที่สำคัญกว่านั้น ด้วยขนาดอนุภาคที่เล็ก การกระจายตัวที่สม่ำเสมอ พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ และความลื่นไหลที่ดีเยี่ยม แบเรียมซัลเฟตจึงมีคุณสมบัติการกัดกร่อนต่ำมากในระหว่างกระบวนการผลิต คุณสมบัตินี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต โดยช่วยลดการสึกหรอของอุปกรณ์ผสม ปั๊ม และพ่นสีได้อย่างมาก ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ และทำให้กระบวนการผลิตราบรื่นและประหยัดยิ่งขึ้น

ข้อดีนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในการใช้งานเคลือบสีรองพื้นแบบอัตโนมัติ แม้ภายใต้ข้อกำหนดการผลิตที่มีอัตราการเติมสูง แบเรียมซัลเฟตก็ยังคงรักษาความเสถียรและคุณสมบัติการปรับระดับของสีได้อย่างดีเยี่ยม ส่งผลให้ได้พื้นผิวที่สม่ำเสมอและเรียบเนียน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเคลือบสีที่มีประสิทธิภาพ เป็นระบบอัตโนมัติ และมีคุณภาพสูง

แบเรียมซัลเฟตเป็นมากกว่าแค่สารเติมเต็มธรรมดา แต่เป็นสารเติมแต่งอเนกประสงค์ที่รวมเอาคุณสมบัติการเติมเต็มสูง การกัดกร่อนต่ำ และคุณสมบัติการปรับระดับที่ดีเยี่ยม การเลือกใช้แบเรียมซัลเฟตหมายถึงการเลือก "รากฐานแห่งคุณภาพ" ที่เชื่อถือได้สำหรับสีเคลือบของคุณ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ในขณะเดียวกันก็รับประกันการผลิตที่มีประสิทธิภาพ

by ALPA

การประยุกต์ใช้ของวัสดุเซรามิกขั้นสูง

การใช้งานในอากาศยานความเร็วสูง

อากาศยานความเร็วสูงเป็นอุปกรณ์ทางยุทธศาสตร์ที่มหาอำนาจทางทหารต่างแข่งขันกันพัฒนา การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงและโครงสร้างที่แหลมคมทำให้เกิดปัญหาความร้อนจากการเสียดสีทางอากาศพลศาสตร์อย่างรุนแรง สภาพแวดล้อมทางความร้อนทั่วไปสำหรับอากาศยานความเร็วสูงเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงและภาระทางความร้อนเชิงกลที่ซับซ้อนและรุนแรง โลหะผสมทนความร้อนที่มีอยู่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป ทำให้เกิดวัสดุคอมโพสิตเซรามิกขึ้นมา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วัสดุคอมโพสิตเซรามิก SiCf/SiC ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องทนความร้อนสูง เช่น ใบพัดกังหัน ใบพัดนำทางหัวฉีด และวงแหวนด้านนอกของกังหันของเครื่องยนต์อากาศยาน ความหนาแน่นของวัสดุคอมโพสิตนี้ประมาณ 1/4 ของโลหะผสมทนความร้อน ทำให้ลดน้ำหนักได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1400°C ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบระบบระบายความร้อนและเพิ่มแรงขับเคลื่อน

การใช้งานในเกราะน้ำหนักเบา

เกราะคอมโพสิตน้ำหนักเบาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาความอยู่รอดของอุปกรณ์สมัยใหม่ การพัฒนาเส้นใยเซรามิกและวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิกเสริมใยเป็นพื้นฐานสำหรับการประยุกต์ใช้เกราะคอมโพสิตน้ำหนักเบา ปัจจุบัน วัสดุเซรามิกป้องกันหลักที่ใช้ ได้แก่ B4C, Al2O3, SiC และ Si3N4 เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและคุ้มค่า ได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุเซรามิกกันกระสุนที่มีแนวโน้มมากที่สุด การใช้งานที่หลากหลายในด้านการป้องกันเกราะต่างๆ รวมถึงอุปกรณ์สำหรับทหารแต่ละคน อาวุธยานเกราะของกองทัพ เฮลิคอปเตอร์ติดอาวุธ ยานพาหนะพิเศษของตำรวจและพลเรือน ทำให้มีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวาง เมื่อเทียบกับเซรามิก Al2O3 เซรามิก SiC มีความหนาแน่นต่ำกว่า ซึ่งเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงความคล่องตัวของอุปกรณ์

การใช้งานในอาวุธขนาดเล็ก

อาวุธขนาดเล็กเป็นส่วนประกอบสำคัญของอาวุธยุทโธปกรณ์ โดยทั่วไปประกอบด้วยปืนพก ปืนไรเฟิล ปืนกล เครื่องยิงลูกระเบิด และอุปกรณ์พิเศษสำหรับบุคคล (เครื่องยิงจรวดส่วนบุคคล ขีปนาวุธส่วนบุคคล ฯลฯ) หน้าที่หลักคือการยิงกระสุนไปยังเป้าหมายเพื่อสังหารหรือทำลายเป้าหมายของศัตรู สภาพการใช้งานของอาวุธขนาดเล็ก ได้แก่ อุณหภูมิสูง อุณหภูมิต่ำ ระดับความสูงสูง ความร้อนชื้น ฝุ่นละออง ฝน ฝุ่นผสมฝน ละอองเกลือ และการแช่ในน้ำแม่น้ำ ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นสิ่งสำคัญ ปัจจุบัน กระบวนการป้องกันการกัดกร่อนหลักสำหรับอาวุธขนาดเล็ก ได้แก่ การเคลือบสีน้ำเงิน การชุบอะโนไดซ์แบบแข็ง เทคโนโลยีการเจาะด้วยไอออน การเคลือบด้วยคาร์บอนคล้ายเพชร และการไนไตรด์ด้วยพลาสมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาวุธและอุปกรณ์ที่ใช้ในสภาพแสภาพแวดล้อมทางทะเล ข้อกำหนดด้านความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีละอองเกลือเป็นเวลานานกว่า 500 ชั่วโมงนั้นเป็นความท้าทายอย่างมากต่อการเคลือบผิวแบบดั้งเดิม

การใช้งานในลำกล้องปืน

ลำกล้องปืนเป็นส่วนประกอบหลักของอาวุธยิง โครงสร้างภายในของลำกล้องปืนประกอบด้วยห้องบรรจุ กระบอกลดแรงดัน และร่องเกลียว โดยห้องบรรจุและร่องเกลียวเชื่อมต่อกันด้วยกระบอกลดแรงดัน ลำกล้องปืนแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปทำจากเหล็กกล้าอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูง ในระหว่างการยิง ภายในลำกล้องปืนจะได้รับผลกระทบร่วมกันจากก๊าซขับดันและกระสุน ทำให้เกิดรอยแตกและการหลุดลอกของสารเคลือบที่ผนังด้านในของลำกล้อง ความเสียหายต่อรูลำกล้องปืนเป็นผลมาจากการกระทำซ้ำๆ ของก๊าซขับดันและกระสุนที่มีอุณหภูมิสูง ความดันสูง และความเร็วสูงต่อผนังลำกล้อง โดยปกติแล้วกระบอกลดแรงดันและปากกระบอกปืนจะเป็นส่วนแรกที่เสียหาย

เพื่อยืดอายุการใช้งานของลำกล้องปืน การชุบโครเมียมที่รูลำกล้องเป็นวิธีที่พบมากที่สุด แต่ชั้นเคลือบโครเมียมมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิไม่เกิน 500°C ด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของความดันในห้องบรรจุระหว่างการยิงและการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของข้อกำหนดด้านอายุการใช้งานของลำกล้องปืน ความดันและอุณหภูมิที่ลำกล้องปืนต้องรับก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน การใช้ความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง และความเฉื่อยทางเคมีที่อุณหภูมิสูงของเซรามิกสามารถลดการสึกกร่อนของลำกล้องปืนได้อย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานได้

การใช้งานในกระสุน

ส่วนประกอบหลักของกระสุนคือหัวรบและชนวนระเบิด ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบที่ก่อให้เกิดความเสียหายโดยตรงที่สุด หัวรบประกอบด้วยปลอกกระสุน ชิ้นส่วนแตกกระจาย สารระเบิด และชนวนระเบิด การปรับปรุงประสิทธิภาพการทำลายล้างของหัวรบอย่างต่อเนื่องเป็นเป้าหมายที่มุ่งมั่นในการพัฒนาอาวุธมาโดยตลอด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระเบิดมือแบบกระจายพื้นที่ ชิ้นส่วนที่เกิดจากการระเบิดของหัวรบเป็นองค์ประกอบสำคัญในการทำลายล้าง และเทคโนโลยีการแตกกระจายที่มีประสิทธิภาพเป็นความท้าทายในการวิจัยในสาขานี้มาโดยตลอด

by ALPA

สี่สาขาการใช้งานหลักของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์

ด้านอุตสาหกรรมเครื่องกล

เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ถูกนำมาใช้เป็นหลักในอุตสาหกรรมเครื่องกล เช่น วาล์ว ท่อ ล้อแยกประเภท และเครื่องมือตัดเซรามิก การใช้งานที่แพร่หลายที่สุดคือลูกปืนเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวัสดุลูกปืนที่ดีที่สุด และลูกปืนเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ซึ่งเป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" ที่สุดในลูกปืนนั้น เป็น "ฮีโร่ที่ไม่มีใครรู้จัก" ที่ช่วยสนับสนุนประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ลูกบอลเซรามิกขนาดเล็กเหล่านี้ ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ไม่กี่มิลลิเมตรไปจนถึงหลายสิบมิลลิเมตร อาจดูไม่สำคัญ แต่ด้วยคุณสมบัติ "น้ำหนักเบา แข็งแรง ทนทาน และเป็นฉนวน" พวกมันมีบทบาทสำคัญในรถยนต์พลังงานใหม่ รองเท้าสเก็ต สว่านทันตกรรม และแม้แต่จักรยานระดับไฮเอนด์

ด้านอวกาศ

วัสดุเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีข้อดีหลายประการ เช่น ความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และความเสถียรทางเคมีที่ดี ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของวัสดุในด้านอวกาศ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีการใช้งานคลาสสิกสองอย่างในด้านอวกาศ: ประการแรก ซิลิคอนไนไตรด์ถือเป็นหนึ่งในวัสดุเซรามิกแบบโมโนลิธิกไม่กี่ชนิดที่สามารถทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนและอุณหภูมิที่แตกต่างกันอย่างรุนแรงที่เกิดจากเครื่องยนต์จรวดไฮโดรเจน/ออกซิเจน และถูกนำมาใช้ในหัวฉีดเครื่องยนต์จรวด ประการที่สอง คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์และวัสดุคอมโพสิต เช่น ความทนทานต่อความร้อน การส่งผ่านคลื่น และความสามารถในการรับน้ำหนัก ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุส่งผ่านคลื่นประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ที่กำลังอยู่ระหว่างการวิจัย

ด้านเซมิคอนดักเตอร์

เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พัฒนาไปสู่ขนาดเล็กและประสิทธิภาพสูง การบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์จึงต้องการวัสดุระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีค่าการนำความร้อนสูงถึง 90-120 W/(m·K) และมีความเข้ากันได้สูงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐานของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้า SiC ในระดับสากล บริษัทญี่ปุ่น เช่น Toshiba และ Kyocera ครองตลาด ในขณะที่บริษัทในประเทศ เช่น Sinoma Advanced Materials ได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยี

นอกเหนือจากการเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่สำคัญแล้ว เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ยังแสดงให้เห็นถึงโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวางในอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ในกระบวนการแปรรูปเวเฟอร์ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์สามารถใช้ในการผลิตองค์ประกอบความร้อนที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน ซึ่งตรงตามเงื่อนงำการทำงานที่เข้มงวดของอุปกรณ์ต่างๆ เช่น CVD (การสะสมไอสารเคมี) และเตาเผาแบบกระจายความร้อน สาขาชีวการแพทย์

ในฐานะวัสดุชีวเซรามิกที่กำลังพัฒนา ซิลิคอนไนไตรด์แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานอย่างมากในอุปกรณ์ฝังทางการแพทย์ เนื่องจากคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซิลิคอนไนไตรด์ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุชีวภาพทางศัลยกรรมกระดูก และประสบความสำเร็จในการนำไปใช้ในส่วนประกอบแบริ่งของข้อต่อสะโพกและข้อเข่าเทียม เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและยืดอายุการใช้งานของข้อเทียม นอกจากนี้ วัสดุซิลิคอนไนไตรด์ยังถูกนำมาใช้เพื่อส่งเสริมการเชื่อมกระดูกในการผ่าตัดกระดูกสันหลัง วัสดุเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์แสดงให้เห็นถึงความเสถียรและความน่าเชื่อถือที่ดีเยี่ยมในด้านการแพทย์ ซิลิคอนไนไตรด์ยังแสดงให้เห็นถึงการยึดเกาะของเซลล์ที่ดีและการนำกระดูกที่ดี ซึ่งเป็นพื้นฐานทางชีววิทยาที่สำคัญสำหรับการนำไปใช้ในการซ่อมแซมกระดูก อย่างไรก็ตาม ความเปราะบางโดยธรรมชาติของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับการนำไปใช้ในวิศวกรรมการซ่อมแซมกระดูก นอกจากนี้ วัสดุซิลิคอนไนไตรด์ยังสลายตัวได้ยากในร่างกาย ซึ่งขัดขวางการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อกระดูกใหม่เข้าไปในบริเวณที่ซ่อมแซมและทดแทนวัสดุซ่อมแซมเดิมได้อย่างสมบูรณ์ จึงจำกัดขอบเขตการใช้งานทางคลินิก

by ALPA

เหตุใดอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จึงมีประสิทธิภาพในการรักษาปัญหาเกี่ยวกับกระเพาะอาหาร?

อะลูมิเนียมออกไซด์ หรือที่รู้จักกันในชื่อ อะลูมินา มีสูตรเคมีคือ Al2O3 เป็นออกไซด์ที่มีปริมาณมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก รองจากซิลิคอนไดออกไซด์ และพบได้ทั่วไปในแร่ธาตุต่างๆ เช่น เฟลด์สปาร์และไมกา ในทางอุตสาหกรรม มักจะถูกสกัดจากแร่ธรรมชาติคือบอกไซต์ เพื่อให้ได้อะลูมินา

ในความหมายที่กว้างขึ้น อะลูมิเนียมออกไซด์เป็นคำทั่วไปสำหรับอะลูมิเนียมออกไซด์และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งเป็นสารประกอบกลุ่มหนึ่งที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ออกซิเจน และไฮโดรเจน เนื่องจากมีหลายรูปแบบและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน อะลูมิเนียมออกไซด์จึงสามารถแบ่งออกเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำและไม่มีน้ำ

อะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในอุตสาหกรรม กิบบ์ไซต์ โบห์ไมต์ ซูโดโบห์ไมต์ ไดแอสปอร์ คอรันดัม และโทห์ไดต์ ในบรรดาสารเหล่านี้ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในอุตสาหกรรม กิบบ์ไซต์ และโบห์ไมต์ เป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำสามโมเลกุล ไดแอสปอร์และคอรันดัมเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำหนึ่งโมเลกุล และซูโดโบห์ไมต์และโทห์ไดต์เป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำหลายโมเลกุล

ในความหมายที่กว้างขึ้น อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นคำทั่วไปสำหรับอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำหนึ่งโมเลกุล (เมตา-อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์) และอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำสามโมเลกุล (ออร์โธ-อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์) อะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีน้ำไม่ใช่ไฮเดรตที่แท้จริงของอะลูมิเนียมออกไซด์ แต่เน้นโครงสร้างผลึกของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งอะลูมิเนียมและไอออนไฮดรอกไซด์เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไอออนิก และไอออนไฮดรอกไซด์ทั้งหมดมีค่าเท่ากัน อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มักเป็นผงสีขาว ไม่มีกลิ่น ไม่เป็นพิษ ราคาไม่แพง และใช้กันอย่างแพร่หลาย อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับการใช้งานเป็นสารหน่วงไฟที่เติมลงในวัสดุเมทริกซ์โพลีเมอร์ ซึ่งแสดงคุณสมบัติการหน่วงไฟที่ดีเยี่ยม

คุณสังเกตหรือไม่ว่าในชีวิตประจำวัน อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มักใช้ในการทำยารักษาโรคกระเพาะ? มันมีฤทธิ์ลดกรด ดูดซับสาร ทำให้เลือดแข็งตัวเฉพาะที่ และป้องกันแผลในกระเพาะอาหาร เจลอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สามารถใช้เพื่อลดกรดในกระเพาะอาหารและมีผลในการรักษาโรคกระเพาะอาหารทั่วไปบางชนิด

หลักการนั้นง่าย: อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นออกไซด์แอมโฟเทอริกทั่วไป สามารถทำปฏิกิริยากับทั้งกรดและเบสได้ ดังนั้นอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จึงสามารถทำให้กรดในกระเพาะอาหารเป็นกลางหรือบัฟเฟอร์ได้ เมื่ออะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ทำปฏิกิริยากับกรดในกระเพาะอาหาร อะลูมิเนียมคลอไรด์ที่เกิดขึ้นจะมีฤทธิ์ฝาด ซึ่งสามารถทำให้เลือดแข็งตัวเฉพาะที่ได้ แต่ก็อาจทำให้ท้องผูกเป็นผลข้างเคียงได้ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เมื่อผสมกับน้ำย่อยในกระเพาะอาหารจะก่อตัวเป็นเจลที่ปกคลุมพื้นผิวของแผล สร้างฟิล์มป้องกัน ฟิล์มนี้ช่วยป้องกันเยื่อบุผิวของกระเพาะอาหารจากการระคายเคืองและความเสียหายที่เกิดจากกรดในกระเพาะอาหาร เปปซิน และสารอันตรายอื่นๆ ส่งเสริมการซ่อมแซมและฟื้นฟูเยื่อบุผิวของกระเพาะอาหาร และช่วยในการรักษาโรคกระเพาะอักเสบ แผลในกระเพาะอาหาร และโรคอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

ประการที่สอง ไอออนของอะลูมิเนียมจะจับกับฟอสเฟตในลำไส้เพื่อสร้างอะลูมิเนียมฟอสเฟตที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งจะถูกขับออกทางอุจจาระ ดังนั้นในผู้ป่วยที่มีภาวะยูเรเมีย การรับประทานอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในปริมาณมากสามารถลดการดูดซึมฟอสเฟตในลำไส้ จึงช่วยบรรเทาภาวะกรดเกินได้

นอกจากนี้ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในระดับนาโนสามารถใช้เป็นตัวนำส่งยาเพื่อห่อหุ้มยาหรือแอนติเจน ปรับปรุงความเสถียรและการกำหนดเป้าหมายของยา ยิ่งไปกว่านั้น อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มักใช้เป็นสารช่วยในเภสัชกรรมในการเตรียมยาเม็ดและวัคซีน เพื่อให้มั่นใจในความเสถียรและความปลอดภัยของยา

by ALPA

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ : เพราะเหตุใดจึงไม่สามารถนำมาใช้โดยตรงได้?

แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์อนินทรีย์—อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al(OH)3, ATH)—มีคุณสมบัติหน่วงไฟ ดับควัน และบรรจุในวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง เมื่อสลายตัวด้วยความร้อน มันจะไม่ก่อให้เกิดก๊าซพิษหรือก๊าซกัดกร่อน และสามารถใช้เป็นสารตัวเติมหน่วงไฟในวัสดุอินทรีย์พอลิเมอร์ ปัจจุบัน การใช้ ATH เป็นสารหน่วงไฟเพิ่มขึ้นทุกปี และ ATH ได้กลายเป็นสารหน่วงไฟอนินทรีย์ที่สำคัญที่สุดทั่วโลก

การดัดแปลงก่อน แล้วจึงหน่วงไฟ

โดยทั่วไป ผู้ผลิตมักจะเติมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (ATH) ผงลงในวัสดุที่ติดไฟได้ หรือเคลือบผิววัสดุที่ติดไฟได้ด้วยสารเคลือบหน่วงไฟที่มี ATH เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติหน่วงไฟของวัสดุอินทรีย์พอลิเมอร์

ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจาก ATH ประกอบด้วยหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) สามหมู่ พื้นผิวจึงไม่สมมาตรและมีขั้วสูง กลุ่มไฮดรอกซิลบนพื้นผิวแสดงคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกาะตัวกันเมื่อเติมลงในวัสดุอินทรีย์พอลิเมอร์ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ

ดังนั้น อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จึงจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงพื้นผิวก่อนใช้งาน

การปรับปรุงพื้นผิวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์

การปรับปรุงพื้นผิวเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญสำหรับการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุผงอนินทรีย์ให้เหมาะสมที่สุด ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานและคุณค่าของผงอนินทรีย์ การปรับปรุงพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์ หมายถึงการดูดซับหรือการห่อหุ้มสารหนึ่งชนิดหรือมากกว่าบนพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์ ก่อให้เกิดโครงสร้างคอมโพสิตแบบแกน-เปลือก กระบวนการนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการคอมโพสิตของสารต่างๆ

ประเภทและลักษณะของสารปรับปรุงพื้นผิว

สารปรับปรุงพื้นผิวของผงมีหลายประเภท แต่ยังไม่มีวิธีการจำแนกประเภทมาตรฐาน สารปรับปรุงสำหรับการดัดแปลงผงอนินทรีย์แบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ คือ สารลดแรงตึงผิวและสารคู่ควบ

(1) สารเชื่อมต่อ

สารเชื่อมต่อเหมาะสำหรับระบบวัสดุผสมต่างๆ ของพอลิเมอร์อินทรีย์และสารตัวเติมอนินทรีย์ หลังจากการปรับปรุงพื้นผิวด้วยสารเชื่อมต่อ ความเข้ากันได้และการกระจายตัวของวัสดุอนินทรีย์กับพอลิเมอร์จะเพิ่มขึ้น พื้นผิวของวัสดุอนินทรีย์จะเปลี่ยนจากสารชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมันเป็นสารชอบน้ำมันและไม่ชอบน้ำ ทำให้มีความสัมพันธ์กับพอลิเมอร์อินทรีย์มากขึ้น

สารเชื่อมต่อมีความหลากหลายและสามารถจำแนกได้เป็น 4 ประเภทหลักตามโครงสร้างทางเคมีและองค์ประกอบ ได้แก่ สารเชิงซ้อนอินทรีย์ ไซเลน ไททาเนต และอะลูมิเนต

(2) สารลดแรงตึงผิว

สารลดแรงตึงผิวคือสารที่สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติพื้นผิวหรือส่วนต่อประสานของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้ในปริมาณที่น้อยมาก สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้ประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิวประจุลบ ประจุบวก และสารไม่มีประจุ เช่น กรดไขมันที่มีปริมาณสูงและเกลือของกรดไขมัน แอลกอฮอล์ เอมีน และเอสเทอร์ โครงสร้างโมเลกุลของสารหน่วงไฟนี้มีลักษณะเฉพาะคือมีหมู่อัลคิลสายยาวอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง คล้ายกับโมเลกุลของพอลิเมอร์ และมีหมู่โพลาร์ เช่น หมู่คาร์บอกซิล หมู่อีเทอร์ และหมู่อะมิโนอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

จะหาค่าการดัดแปลงนี้ได้อย่างไร

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ผ่านการดัดแปลงมีความน่าเชื่อถือหรือไม่? เชื่อถือได้แค่ไหน? ซึ่งจำเป็นต้องมีการประเมินและอธิบายลักษณะเฉพาะของผลจากการดัดแปลง

ปัจจุบัน ผลของสารหน่วงไฟของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สามารถประเมินได้ด้วยวิธีทางตรง เช่น การทดสอบดัชนีออกซิเจนของวัสดุ ดัชนีการติดไฟในแนวตั้งและแนวนอน การเกิดควัน การวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริก และคุณสมบัติเชิงกลระหว่างการเผาไหม้ หรือวิธีทางอ้อมโดยการวัดค่าการดูดกลืนแสงของผง ดัชนีการกระตุ้น และค่าการดูดซับน้ำมัน เพื่อทดสอบผลจากการดัดแปลงทางอ้อม

(1) ค่าการดูดกลืนแสง

สาร ATH ที่ไม่ได้ผ่านการดัดแปลงมีหมู่ไฮดรอกซิลที่มีคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมันบนพื้นผิว ซึ่งทำให้ละลายในน้ำหรือตกตะกอนได้อย่างอิสระที่ก้นภาชนะ หลังจากการปรับเปลี่ยน พื้นผิวของ ATH จะกลายเป็นสารชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน โดยมีคุณสมบัติพื้นผิวตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับรูปแบบที่ไม่ได้ปรับเปลี่ยน ATH ไม่สามารถละลายหรือตกตะกอนที่ก้นบ่อ และลอยได้เฉพาะบนพื้นผิวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ATH ที่ผ่านการปรับเปลี่ยนสามารถละลายหรือตกตะกอนได้ดีในน้ำมัน (เช่น พาราฟินเหลว)

(2) ดัชนีการกระตุ้น

ATH ที่ไม่ได้ปรับเปลี่ยนมีขั้วที่แข็งแรงมากเนื่องจากลักษณะของหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) บนพื้นผิว ทำให้สามารถละลายหรือตกตะกอนได้อย่างอิสระในน้ำที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน หลังจากการปรับเปลี่ยน ATH จะมีชั้นหมู่ไลโปฟิลิกเกาะอยู่บนพื้นผิว โดยมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) บนพื้นผิวห่อหุ้มอยู่ภายใน ยิ่งผลการดัดแปลงดีเท่าใด อัตราการครอบคลุมหมู่ไลโปฟิลิกบนพื้นผิวของ ATH ก็จะยิ่งสูงขึ้น และ ATH ที่ผ่านการปรับเปลี่ยนก็จะลอยอยู่บนผิวน้ำมากขึ้นเท่านั้น

(3) ค่าการดูดซับน้ำมัน

การวัดค่าการดูดซับน้ำมันจำเป็นต้องเติมน้ำมันละหุ่งลงใน ATH แล้วคนให้เข้ากัน ก่อนการดัดแปลง ATH จำเป็นต้องใช้น้ำมันละหุ่งมากขึ้นในการสร้างทรงกลม เนื่องจากมีคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน หลังจากการปรับปรุงพื้นผิว ATH จะกลายเป็นสารชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน ช่วยเพิ่มการกระจายตัวของ ATH ในพอลิเมอร์และลดช่องว่างที่เกิดจากการรวมตัวของผง

by ALPA

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ—NdFeB

กระบวนการเตรียมแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก (Rare Earth) ด้วยวิธีซินเทอร์ (Sintered NdFeB) ถือเป็นกระบวนการเตรียมแม่เหล็กยุคแรกสุดและใช้งานได้อย่างกว้างขวางที่สุด เป็นตัวขับเคลื่อนการพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากอย่างรวดเร็ว แม่เหล็กถาวร NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ (Sintered NdFeB) ที่มีคุณสมบัติแอนไอโซทรอปีแม่เหล็กสูงและมีต้นทุนวัตถุดิบต่ำ ได้กลายเป็นเป้าหมายการวิจัยของหลายประเทศ วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ใช้ผงโลหะวิทยา โลหะผสมที่หลอมแล้วจะถูกทำให้เป็นผงและอัดเป็นแท่งแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก จากนั้นจึงนำไปเผาในก๊าซเฉื่อยหรือสุญญากาศเพื่อให้เกิดความหนาแน่น นอกจากนี้ เพื่อปรับปรุงค่าแรงบังคับแม่เหล็ก (Coercivity) ของแม่เหล็ก มักจำเป็นต้องผ่านกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน ขั้นตอนกระบวนการมีดังนี้: การเตรียมวัตถุดิบ → การหลอม → การเตรียมผง → การอัด → การเผาและการอบคืนรูป → การทดสอบแม่เหล็ก → การเจียระไน → การกลึง → การชุบด้วยไฟฟ้า → ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

ต่างจากแม่เหล็ก NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ อนุภาคผงแต่ละอนุภาคของแม่เหล็กที่เชื่อมติดกันจะต้องมีค่าแรงบังคับแม่เหล็ก (Coercivity) ที่สูงเพียงพอ เมื่อโครงสร้างหลายเฟสและโครงสร้างจุลภาคที่จำเป็นสำหรับแรงบีบสูงได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงในระหว่างกระบวนการเตรียมผง จะไม่สามารถผลิตแม่เหล็กที่ยึดติดได้ดี ดังนั้น ด้วยการใช้ผงแม่เหล็กแบบหลอมละลายที่ดับอย่างรวดเร็ว โลหะผสมหลอมร้อนจะถูกเทหรือพ่นลงบนล้อทองแดงที่หมุนด้วยความเร็วสูงและระบายความร้อนด้วยน้ำก่อน เพื่อสร้างแผ่นบางที่มีความหนา 100 ไมโครเมตร

การผลิตแม่เหล็กแบบกดร้อน/แบบเปลี่ยนรูปด้วยความร้อน จำเป็นต้องเริ่มต้นด้วยผงแม่เหล็ก Nd-Fe-B ที่ดับอย่างรวดเร็ว แทนที่จะใช้โลหะผสมหล่อโดยตรง ด้วยการใช้สภาวะการดับเกิน (การทำให้เย็นอย่างรวดเร็ว) จะทำให้ได้เกรนละเอียดขึ้น หรือแม้แต่ผงแม่เหล็กแบบอสัณฐาน ในระหว่างการกดร้อนและการเสียรูปด้วยความร้อน เกรนจะถูกให้ความร้อนและเติบโตจนเกือบเป็นขนาดโดเมนเดียว ทำให้แม่เหล็กขั้นสุดท้ายมีแรงบีบสูง กระบวนการกดร้อนเกี่ยวข้องกับการนำผงแม่เหล็กใส่ในแม่พิมพ์และใช้แรงดันที่อุณหภูมิสูงเพื่อบังคับให้ผงแม่เหล็กอยู่ในรูปแม่เหล็กไอโซทรอปิกที่มีความหนาแน่นของแข็ง

การใช้งาน

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร

ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร การใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อกระตุ้นไม่เพียงแต่ช่วยลดการใช้พลังงานและประหยัดพลังงานเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพมอเตอร์อีกด้วย

เครื่องจักรแม่เหล็ก

เครื่องจักรแม่เหล็กทำงานโดยใช้แรงผลักของขั้วเดียวกันหรือแรงดึงดูดของขั้วต่างในแม่เหล็ก ซึ่งจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กถาวรที่มีค่าความคลาดเคลื่อนสูงและแรงบังคับภายในสูง นอกจากนี้ ด้วยหลักการดึงดูดระหว่างขั้วต่าง ไดรฟ์แม่เหล็กจึงสามารถสร้างได้โดยใช้การส่งผ่านแบบไม่สัมผัส ซึ่งมีข้อดี เช่น ไม่มีแรงเสียดทานและเสียงรบกวน ดังนั้น แม่เหล็ก Nd-Fe-B ประสิทธิภาพสูงจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในส่วนประกอบขับเคลื่อนของเครื่องจักรเหมืองแร่ ตลับลูกปืนแม่เหล็กในไจโรสโคปและกังหันในดาวเทียมและยานอวกาศ และตลับลูกปืนโรเตอร์ในปั๊มหอยโข่งเพื่อช่วยการทำงานของหัวใจในอุปกรณ์ทางการแพทย์

อวกาศ

วัสดุแม่เหล็กถาวรจากธาตุหายากเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปล่อยจรวด การระบุตำแหน่งดาวเทียม และเทคโนโลยีการสื่อสาร Nd-Fe-B ซินเทอร์ประสิทธิภาพสูงมีประโยชน์อย่างยิ่งในระบบส่ง/รับสัญญาณไมโครเวฟสำหรับเรดาร์ ด้วยการใช้ผลรวมของสนามแม่เหล็กคงที่และสนามแม่เหล็กไมโครเวฟแบบสลับ ทำให้เกิดการสั่นพ้องเฟอร์โรแมกเนติก ทำให้สามารถผลิตอุปกรณ์หมุนเวียนไมโครเวฟ ตัวแยก และอื่นๆ ได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค 3C เป็นอุตสาหกรรมปลายน้ำที่สำคัญสำหรับ NdFeB ซินเทอร์มาโดยตลอด NdFeB ซินเทอร์มีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูง ซึ่งสอดคล้องกับเทรนด์การย่อส่วน น้ำหนักเบา และบางลงในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค 3C มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วีซีเอ็ม มอเตอร์เชิงเส้นสำหรับโทรศัพท์มือถือ กล้อง หูฟัง ลำโพง และมอเตอร์ขับเคลื่อนแกนหมุน

by ALPA

การรีไซเคิลขยะนีโอดิเมียมเหล็กโบรอน: ขุมทรัพย์ที่ไม่ควรพลาด

แม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอน (NdFeB) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตพลังงานลม รถยนต์พลังงานใหม่ และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม จึงได้รับการยกย่องให้เป็น "ราชาแห่งแม่เหล็ก" อย่างไรก็ตาม อัตราเศษวัสดุในกระบวนการผลิตแม่เหล็ก NdFeB สูงถึง 30% และเมื่อรวมกับอายุการใช้งานที่จำกัด ทำให้เกิดของเสีย NdFeB จำนวนมาก

ของเสียเหล่านี้มีธาตุหายากมากถึง 30% ซึ่งมากกว่าปริมาณแร่หายากขั้นต้นมาก ทำให้เป็นทรัพยากรรองที่มีคุณค่าสูง การนำธาตุหายากออกจากของเสีย NdFeB อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างความมั่นคงของทรัพยากรหายาก ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และส่งเสริมการพัฒนาอย่างยั่งยืน

ลักษณะและแหล่งที่มาของของเสีย NdFeB

ของเสีย NdFeB ส่วนใหญ่มาจากเศษวัสดุ ผลิตภัณฑ์ที่มีตำหนิ และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เลิกผลิตแล้วซึ่งมีแม่เหล็กอยู่ในกระบวนการผลิตแม่เหล็ก องค์ประกอบทางเคมีของแม่เหล็กมีความซับซ้อน นอกจากธาตุหายากหลักอย่าง Nd และ Pr แล้ว ธาตุต่างๆ เช่น Dy และ Tb มักถูกเติมลงไปเพื่อปรับปรุงแรงบีบบังคับ และมีการเติมธาตุต่างๆ เช่น Co, Al และ Cu เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ของเสียจาก NdFeB สามารถจำแนกตามปริมาณธาตุหายาก (REE) ได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ ธาตุหายากต่ำ (REEs < 20%) ธาตุหายากปานกลาง (20%–30%) และธาตุหายากสูง (> 30%)

ปัจจุบัน กระบวนการรีไซเคิลของเสียจาก NdFeB แบ่งออกเป็นเทคโนโลยีการรีไซเคิลแบบไพโรเมทัลลูร์จี (Pyrometallurgical), ไฮโดรเมทัลลูร์จี (Hydrometallurgical) และเทคโนโลยีการรีไซเคิลแบบใหม่

(I) กระบวนการรีไซเคิลแบบไพโรเมทัลลูร์จี (Pyrometallurgical Recycling)

การรีไซเคิลแบบไพโรเมทัลลูร์จี (Pyrometallurgical Recycling) คือการรีไซเคิลธาตุหายากออกจากเหล็กด้วยปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง วิธีการหลักๆ ได้แก่ การออกซิเดชันแบบเลือก การแยกด้วยคลอรีน การผสมด้วยของเหลว และการแยกด้วยโลหะหลอมเหลวจากตะกรัน

การออกซิเดชันแบบเลือกมีพื้นฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าธาตุหายากมีสัมประสิทธิ์การเกาะติดออกซิเจนสูงกว่าเหล็กมาก ที่อุณหภูมิสูง ธาตุหายากจะถูกออกซิไดซ์อย่างเฉพาะเจาะจงจนเกิดเป็นออกไซด์ ซึ่งจะถูกแยกออกจากโลหะเหล็ก นากาโมโตะและคณะ ประสบความสำเร็จในการเตรียมออกไซด์หายากแบบผสมที่มีความบริสุทธิ์เกิน 95% และอัตราการคืนสภาพ (recovery rate) เกิน 99% โดยการควบคุมความดันย่อยของออกซิเจนอย่างแม่นยำ

การแยกด้วยคลอรีนใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างธาตุหายากและคลอรีน สารคลอรีน เช่น NH4Cl, FeCl2 หรือ MgCl2 ถูกใช้เพื่อเปลี่ยนธาตุหายากให้เป็นคลอไรด์ก่อนการแยก Uda ใช้ FeCl2 เป็นสารคลอรีน ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 800°C ทำให้ได้อัตราการคืนสภาพ (recovery rate) 95.9% และความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์เกิน 99%

วิธีการผสมของเหลวใช้ความแตกต่างของความสัมพันธ์ระหว่างธาตุหายากและเหล็กสำหรับโลหะอื่นๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการเสริมสมรรถนะและการแยกธาตุหายากและเหล็ก ธาตุหายาก Nd สามารถก่อตัวเป็นโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำได้หลากหลายชนิด เช่น Ag, Mg และอื่นๆ

วิธีการแยกตะกรันโลหะมีพื้นฐานมาจากคุณสมบัติที่ธาตุหายากในขยะ NdFeB สามารถรวมตัวกับออกซิเจนได้ง่ายกว่า โลหะทั้งหมดในขยะ NdFeB จะถูกเปลี่ยนเป็นออกไซด์ของโลหะ ในเวลาเดียวกัน ภายใต้อุณหภูมิสูงของสารตะกรัน ออกไซด์ของเหล็กจะถูกเปลี่ยนเป็น Fe ของโลหะโดยการควบคุมสภาวะรีดักชัน

(II) กระบวนการกู้คืนแบบเปียก

ปัจจุบันการกู้คืนแบบเปียกเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีการละลายทั้งหมด วิธีการละลายกรดไฮโดรคลอริก วิธีการตกตะกอนเกลือสองชั้น และวิธีการสกัดด้วยตัวทำละลาย

(III) กระบวนการรีไซเคิลแบบใหม่

เทคโนโลยีรีไซเคิลแบบใหม่มีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ปัญหาการใช้พลังงานสูงและมลพิษสูงที่เกี่ยวข้องกับวิธีการแบบดั้งเดิม เช่น การระเบิดด้วยไฮโดรเจน การชะล้างทางชีวภาพ และวิธีการทางเคมีไฟฟ้า

การเปรียบเทียบกระบวนการรีไซเคิลที่แตกต่างกันและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

กระบวนการไพโรเมทัลลูร์จิคัลมีอัตราการไหลสั้นและกำลังการผลิตสูง แต่ใช้พลังงานสูงและแยกธาตุหายากแต่ละชนิดได้ยาก กระบวนการไฮโดรเมทัลลูร์จิคัลมีอัตราการคืนสภาพที่สูงและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สูง แต่ใช้กรดสูงและต้นทุนการบำบัดน้ำเสียสูง กระบวนการใหม่ๆ เช่น การชะล้างทางชีวภาพและวิธีการทางเคมีไฟฟ้าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่ส่วนใหญ่อยู่ในห้องปฏิบัติการและยังไม่ได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวาง

ในแง่ของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม กระบวนการรีไซเคิลแบบดั้งเดิมมักใช้กรดเข้มข้น ด่างเข้มข้น และอุณหภูมิสูง ทำให้เกิดของเหลวและก๊าซเสียจำนวนมาก ซึ่งเป็นการเพิ่มภาระด้านสิ่งแวดล้อม ดังนั้น การพัฒนากระบวนการรีไซเคิลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและใช้พลังงานต่ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

การรีไซเคิลขยะ NdFeB เป็นวิธีสำคัญในการบรรเทาปัญหาการขาดแคลนทรัพยากรหายากและลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและแนวทางนโยบาย อุตสาหกรรมรีไซเคิล NdFeB จะพัฒนาไปสู่การเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ต้นทุนต่ำ กระบวนการสั้น และอัตราการคืนสภาพที่สูง ซึ่งเป็นแรงผลักดันใหม่สู่การพัฒนาที่ยั่งยืน

by ALPA

การประยุกต์ใช้และการพัฒนาวัสดุผงอนินทรีย์ในอุตสาหกรรมยาง

ยางถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคขนส่ง เครื่องจักร อิเล็กทรอนิกส์ การป้องกันประเทศ และภาคส่วนอื่นๆ ของเศรษฐกิจภายในประเทศ อย่างไรก็ตาม ยางก็มีข้อเสียเปรียบที่สำคัญเช่นกัน เช่น แรงระหว่างโมเลกุลต่ำ ปริมาตรอิสระสูง และความสามารถในการตกผลึกต่ำ ส่งผลให้วัสดุยางมีความแข็งแรงและโมดูลัสต่ำ รวมถึงความต้านทานการสึกหรอต่ำ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเติมสารตัวเติมอนินทรีย์และอโลหะเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานเหล่านี้

โดยทั่วไป สารตัวเติมอนินทรีย์และอโลหะในยางมีหน้าที่หลักๆ ดังต่อไปนี้: การเสริมแรง การเติม (เพิ่มปริมาตร) และการลดต้นทุน การปรับปรุงประสิทธิภาพการแปรรูป การควบคุมคุณสมบัติการวัลคาไนซ์ และการให้ฟังก์ชันพิเศษ

สารตัวเติมแร่อนินทรีย์และอโลหะที่นิยมใช้ในยาง

(1) ซิลิกา

ปัจจุบันซิลิกาเป็นสารเสริมแรงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นอันดับสองในอุตสาหกรรมยาง รองจากคาร์บอนแบล็ก สูตรเคมีของซิลิกาคือ SiO2·nH2O โครงสร้างอนุภาคของซิลิกามีช่องว่างจำนวนมาก เมื่อช่องว่างเหล่านี้อยู่ในช่วง 2-60 นาโนเมตร พวกมันจะรวมตัวกับพอลิเมอร์อื่นๆ ได้ง่าย ซึ่งเป็นเหตุผลหลักที่ซิลิกาถูกนำมาใช้เป็นสารเสริมแรง ในฐานะสารเสริมแรง ซิลิกาสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการฉีกขาดของวัสดุได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของยางรถยนต์ได้อย่างมีนัยสำคัญ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานยนต์ เครื่องมือ อากาศยาน และสาขาอื่นๆ

(2) แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบา

แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาเป็นหนึ่งในสารตัวเติมที่เก่าแก่ที่สุดและถูกใช้อย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมยาง การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาลงในยางในปริมาณมากสามารถเพิ่มปริมาตรของผลิตภัณฑ์ได้ ซึ่งช่วยประหยัดยางธรรมชาติที่มีราคาแพงและลดต้นทุน ยางเติมแคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบามีความแข็งแรง ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการฉีกขาดสูงกว่ายางวัลคาไนซ์บริสุทธิ์ ซิลิกามีฤทธิ์เสริมแรงที่สำคัญทั้งในยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ และยังสามารถปรับความข้นของยางได้อีกด้วย ในอุตสาหกรรมสายเคเบิล ซิลิกาสามารถให้ฉนวนได้ในระดับหนึ่ง (3) ดินขาว

ดินขาวเป็นอะลูมิโนซิลิเกตชนิดน้ำ ซึ่งเป็นแร่ดินเหนียวทั่วไป การนำไปใช้ประโยชน์จริงในยางช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น คุณสมบัติการกั้น การยืดตัว และความแข็งแรงดัดของยาง การเติมดินขาวดัดแปลงลงในยางสไตรีน-บิวทาไดอีน (SBR) ช่วยเพิ่มการยืดตัว ความแข็งแรงในการฉีกขาด และความแข็งชอร์ของยางได้อย่างมีนัยสำคัญ พร้อมทั้งยืดอายุการใช้งาน

(4) ดินเหนียว

สามารถเติมดินเหนียวลงในการผลิตยางรถยนต์ได้ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของกระบวนการผลิต ดินเหนียวถูกใช้เป็นสารตัวเติมเพื่อลดต้นทุน อย่างไรก็ตาม ต้องใช้ดินเหนียวที่ผ่านการกระตุ้น (activated clay) เพื่อให้การยึดเกาะกับยางง่ายขึ้น ดินเหนียวที่ผ่านการกระตุ้นหรือดัดแปลงสามารถทดแทนคาร์บอนแบล็กในสูตรผสมได้บางส่วน

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณดินเหนียวเพิ่มขึ้น ความแข็ง ความเค้นดึง 300% และความแข็งแรงดึงของสารประกอบยางจะลดลงเล็กน้อย แต่สามารถชดเชยได้ด้วยการปรับระบบวัลคาไนเซชัน เมื่อนำมาใช้ในสูตรดอกยาง หลังจากการปรับปรุงระบบแล้ว ผงทัลค์ยังสามารถลดแรงต้านทานการหมุนได้อีกด้วย

(5) แบเรียมซัลเฟต

สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการต้านทานการเสื่อมสภาพและความทนทานต่อสภาพอากาศของผลิตภัณฑ์ยาง เช่น ยางในรถยนต์และสายพานได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงความเรียบของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ยางได้อีกด้วย ในฐานะสารเติมแต่งยางผง ผงทัลค์ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มอัตราการใช้ผงเท่านั้น แต่ยังมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในแง่ของต้นทุนทางเศรษฐกิจ

(6) ทัลค์

โดยทั่วไปแล้ว ผงทัลค์จะแบ่งออกเป็นผงทัลค์สำหรับอุตสาหกรรมทั่วไปและผงทัลค์ละเอียดพิเศษ ซึ่งผงทัลค์สำหรับใช้เป็นสารเติมแต่งยางนั้นไม่ได้มีบทบาทในการเสริมแรงและมีผลเพียงเล็กน้อยต่อการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของยาง ดังนั้น ผงทัลค์สำหรับอุตสาหกรรมทั่วไปจึงมักถูกนำมาใช้เป็นสารแยก ในทางกลับกัน ผงทัลค์ละเอียดพิเศษมีประสิทธิภาพในการเสริมแรงที่ดี หากใช้เป็นสารเติมแต่งยาง ความแข็งแรงดึงของยางจะเท่ากับแรงดึงที่เกิดจากซิลิกา

(7) กราไฟต์

กราไฟต์จัดอยู่ในกลุ่มแร่ซิลิเกตที่ไม่ใช่โลหะ มีคุณสมบัติการนำความร้อน การนำไฟฟ้า และความลื่นไหลที่ดี การใช้กราไฟต์เป็นสารตัวเติมยางมีกระบวนการคล้ายกับที่ใช้กับมอนต์มอริลโลไนต์ ซึ่งกราไฟต์จะถูกสลายตัวเป็นอนุภาคขนาดนาโนด้วยเทคนิคพิเศษ เมื่ออนุภาคนาโนเหล่านี้รวมตัวกับเมทริกซ์ยาง คุณสมบัติเชิงหน้าที่ต่างๆ ของยางจะดีขึ้น ตัวอย่างเช่น การนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความหนาแน่นของอากาศ และคุณสมบัติเชิงกลต่างๆ ล้วนดีขึ้นอย่างมาก

by ALPA