سیلیکون و مینرال های آن (4)

سیلکون کاربید

سیلیکون کاربید در سال 1892، در آزمایشگاه تولید شده است و بعدها، این ماده تجاری سازی شد. این ماده سخت ترین ماده ی شناخته شده است که به دست بشر، تولید شده است. سختی این ماده، در گستره ی 9-10 موهس است. چندین فرایند وجود دارد که بوسیله ی آن، می توان سیلیکون کاربید تولید کرد.
واکنش شیمیایی دما بالا: این فرایند، متداول ترین فرایند تولید سیلیکون کاربید می باشد. ماسه ی سیلیسی یا کوارتز به همراه کک نفتی در کوره ی مقاومتی واکنش می دهند و تحت گاز خنثی یا مونوکسید کربن، سیلیکون کاربید تولید می شود. سیلیکون کاربید، سپس آسیاب شده و به صورت پودر در مش بندی 10 تا 100 میکرون، به فروش می رسد. کوارتز یا ماسه ی سیلیسی مورد استفاده در این کاربرد، باید بسیار خالص باشد و حاوی حداقل 99 % سیلیس باشد. مضرترین ناخالصی های موجود در این سیلیس، اکسید آهن، آلومینا، آهک، منیزیا و فسفر است. این اکسیدها، به طور خاص آهک و منیزیا تمایل به تشکیل سیلکات و فازهای فسفاتی دارد.
فرایند سل ژل: در این فرایند، پودر ریز سیلکون و یک کاربید مخلوط می شود و به صورت یک کلوئید یا ژل در می آید. این کاربید تجزیه شده و موجب تشکیل کربن می شود که در واقع با سیلکون ترکیب می شود و موجب تشکیل ذرات ریز سیلکون کاربید می شود.
فرایند فاز گازی: در این فرایند، سیالان و متان با هم واکنش می دهد. این کار در یک رآکتور پلاسمای فرکانس رادیویی انجام می شود. دمای این فرایند در حدود 2000 درجه ی سانتیگراد است و بدین وسیله، سیلیکون کاربید و هیدروژن تولید می شود.
پودر سیلیکون کاربید برای موارد زیر استفاده می شوند:
به عنوان ساینده: یکی از کاربردهای این ماده، پوشش دهی بر روی سیم های فولادی برش می باشد. این سیم ها، به منظور برش بلوک های گرانیت، استفاده می شوند.
بعد از تولید این مواد با استفاده از زینترینگ یا پرس گرم، این مواد شکل دهی می شود و موجب تولید مبدل های حرارتی، ابزارهای برش، وسایل الکترونیکی و ... می شود.
این مواد به صورت ویسکر، برای تقویت سرامیک ها، و کامپوزیت های زمینه فلزی استفاده می شود.
این ماده به صورت پوشش های ضد اکسایش و ضد سایش و با استفاده از روش CVD تولید می شود.
این مواد برای تولید محصولات دیرگداز و بوته کاربرد دارد.

سیلیکون نیترید

سیلکون نیترید یک ماده ی سرامیکی پیشرفته است و در صنعت اتومبیل، کاربردهایی پیدا کرده است. این ماده با استفاده از یکی از روش های زیر تولید می شوند:

واکنش سیلیکون عنصری با نیتروژن

واکنش سیلیس با خلوص بالا یا کوارتز با کربن و نیتروژن
تری کلروسیلان عمل آوری شده با یگ گاز حاوی نیتروژن و یا ترکیبات نیتروژنی
با فرایندهای بالا، پودر سیلکون نیترید تولید می شود. با برخی تغییرات در این فرایند، ویسکرهای این ماده نیز قابلیت تولید دارند. پودر سیلکون نیترید سپس با زینترینگ این پودر و یا پرس گرم آن، تولید می شود.
محصولات سرامیکی تولید شده، می تواند بعد از نرم شدن با حرارت لیزر در دمای 1000 درجه، با ابزارهای سیلیکون نیتریدی، برش داده شوند. سرامیک های سیلکون نیتریدی دارای پتانسیل استفاده در قطعات موتور اتومبیل و سری های برش هستند. این ماده را نیز می توان بر روی فلز اعمال کرد و به عنوان پوشش های ضد سایش و ضد اکسیداسیون، از آن بهره برد. این پوشش ها با روش CVD تولید می شوند. در سال 2000، یک روش جدید در چین، به منظور تولید یک چسب سرامیکی دیرگداز، انجام شد که بوسیله ی آن می توان پیوند پایدار و ثابتی در دمای بالا بین دو سطح ایجاد کرد.

سدیم سیلیکات

سدیم سیلیکات یک خانواده از مواد معدنی است که شامل سدیم متاسیلیکات (〖Na〗_2 SiO_3)، سدیم ارتو-سیلیکات (〖Na〗_4 SiO_4)، سدیم پیرو- سیلیکات (〖Na〗_6 〖Si〗_2 O_7) و ... می باشد. این ماده همچنین "شیشه ای آب" و "شیشه ی مایع" نامیده می شود. این ماده سفید رنگ است و جزء جامدهای قلیایی محلول در آب می باشد. این مواد با ذوب ماسه ی سیلیسی یا پودر کوارتز (حاوی 99 % سدیم) به همراه سدیم کربنات در دمایی بین 1200 تا 1400 درجه ی سانتیگراد، تولید می شود. آلومینا، اکسید آهن، اکسید کلسیم و اکسید منیزیم جزء ناخالصی های نامطوبی محسوب می شود که ممکن است در داخل ماده ی اولیه باشد. نسبت سدیم کربنات به سیلیس، می تواند تغییر کند و بدین صورت، سدیم سیلیکات تولید شود. استفاده ها از سدیم سیلیکات به صورت زیر می باشد:

صابون ها، مواد شوینده

این مواد حاوی سه جزء اصلی، سورفکتانت، عوامل تمیز کننده و مواد ساختاری است. سورفکتانت در واقع عوامل فعال کننده ی سطحی است و موجب از بین رفتن آلودگی های سطحی می شود. این کار از طریق تبادل یونی انجام می شود. یک عامل کیلیت یون های ناخواسته را در بر می گیرد. این یون های ناخواسته در واقع یون های کلسیم و منیزیم هستند که موجب سخت شدن آب می شوند. بنابراین، استفاده از عامل کلیت، موجب می شود تا سختی آب از بین رود. یک سازنده در واقع به فرایند نرم شدن آب کمک می کند. این مواد در واقع یون های کلسیم و منیزیم را غیر فعال می کنند. این مواد همچنین کمک می کنند تا اسید چرب و روغن های گریسی با شکسته شدن آنها حذف شوند. سدیم سیلیکات به عنوان سازنده و عامل شستشو عمل می کند.

مواد آب بندی

سدیم سیلیکات به همراه منیزیم سیلیکات در هنگام حل شدن در آب، موجب تشکیل یک لایه ی خمیری می شوند. این خمیر در زمان حرارت دهی، سخت و شیشه ای می شود که علت آن خروج آب از آنها می باشد. این نوع از مواد آب بندی برای ترمیم ترک های موجود در سیستم اگزوز اتومبیل، استفاده می شود. برای آب بندی سوراخ های موجود در رادیاتور اتومبیل، از این مواد استفاده می شود. برای بستن حفرات موجود بر روی بافته های آزبستی و سایر مواد فیبری، از این ماده استفاده می شود. برای تولید بتن یا مواد سیمانی مورد استفاده در اب بندی، از این ماده، استفاده می شود.

بتن، گچ و سیمان

این مواد برخی اوقات، با محلول سدیم سیلیکات، عمل آوری می شوند. این ماده با هیدروکسید کلسیم اضافی واکنش می دهد و موجب افزایش استحکام پیوند میان این مواد و سطح می شود.

بایندر

سدیم سیلیکات یک بایندر مفید برای ورمیکولیت و پرلیت است. با استفاده از این بایندر، می توان لوله ها و صفحات عایق تولید کرد. برای تولید بخش داخلی قالب در ریخته گری نیز می توان از این ماده استفاده کرد. در واقع سدیم سیلیکات با ماسه ی قالب گیری، مخلوط می شود و به شکل مورد نیاز، در می آیند. سپس این مخلوط با دی اکسید کربن عمل آوری می شود و در این حالت، این مخلوط سخت شده و می توان عمل ریخته گیری را با استفاده از این قطعه انجام داد.

چسب ها

این ماه در صنعت کاغذسازی و تولید مقوا، مورد استفاده قرار می گیرد.

عمل آوری چوب

حفرات چوب می تواند با استفاده از سدیم سیلیکات پر شوند و بدین صورت، یک لایه ی محافظ در برابر حشرات و آتش گرفتن، در این چوب، ایجاد می شود.

محافظت تخم مرغ

این ماده از زمان های پیش برای پوشیدن سطح پوسته ی تخم مرغ استفاده می شده است. در واقع، سدیم سیلیکات برای محافظت تخم مرغ در برابر باکتری ها، استفاده می شود. تخم مرغ پوشش داده شده، تا 9 ماه ماندگاری دارد.
محافظت در برابر آتش: سدیم سیلیکات، خواه به صورت مایع و خواه به صورت جامد، گرماگیر است. علت این مسئله، وجود آب در داخل ساختار شیشه می باشد. از این رو، با استفاده از این ماده، یک پوشش آب گریز بر روی آتش ایجاد می شود.

پتاسیم سیلیکات

پتاسیم متا سیلیکات یک نوع متداول از سیلیکات هاست که عموماً به آن پتاسیم کربنات نیز گفته می شود. این ماده با ذوب سیلیس به همراه کربنات پتاسیم در دمایی بین 1200 تا 1400 درجه ی سانتیگراد، تولید می شود. این ماده شفاف است و در برابر خوردگی نیز مقاوم است. از آنجایی که پتاسیم کربنات، گران تر از پتاسیم یا سدیم سیلیکات است، از این رو، استفاده از آن محدود می باشد. این ماده در تولید میله ی جوش، تیوب های پرتوی کاتدی تلویزیون های سیاه و سفید و رنگ های آلی، کاربرد دارد. با استفاده از آنها از ایجاد خوردگی، جلوگیری می شود.

ژل سیلیکا

واژه ی ژل در واقع در اینجا بی معنی است زیرا ژل سیلیکا جامد است و به صورت گرانول می باشد. ژل سیلیکا، از اسید سیلیسیت تولید می شود و فرایند تولید آن بازگشت پذیر می باشد. با واکنش این مادهه با اسید، سدیم سیلیکات منجر به تولید اسید سیلیسیت می شود. بسته به نوع سدیم سیلیکات مورد استفاده، انواع مختلف متا، ارتو و پیرو تولید می شود. در موقع حرارت دهی اسید سیلیسیت، مولکول های آب از آن خارج شده و یک توده ی شیشه ای از جنس سیلیس با تخلخل بالا، تشکیل می شود. این توده به دانه های متخلخل شکسته می شود تا بدین صورت، ژل سیلکا، تولید شود. به دلیل تخلخل بالا، ژل سیلکا، به طور قابل توجهی، نم گیر است یعنی می تواند آب جذب کند. در واقع حرارت دهی می تواند منجر به خارج شده این آب شود. تخلخل این ماده که به صورت مساحت سطح بر واحد جرم تعریف می شود، برابر با 800 متر مربع بر گرم می باشد. برای استفاده های تجاری، دانه های با مقداری ماده ی حساس به رطوبت مخلوط می شود. مثلا این ماده می تواند با کلرید کبالت، فنول فتالئین و ... مخلوط شود تا بدین صورت، در صورت جذب آب، رنگ سیلیکا ژل تغییر کند. این ماده به طور گسترده در طی جنگ جهانی اول و به عنوان جاذب گاز و بخارات گازی، مضرف شده است. همچنین در طی جنگ جهانی دوم نیز این ماده برای خشک نگه داشتن پنی سیلین، استفاده می شده است.

ایروژل

ایروژل کمترین دانسیته را نسبت به سایر مواد در دنیا دارد. دانسیته ی این ماده، تنها در حدود 1.9 میلی گرم بر سانتیمتر مکعب است. این دانسیته ی پایین، موجب می شود تا مساحت بسیار بزرگی بر واحد جرم تولید شود و این مسئله موجب می شود تا توان جذب این ماده، و همچنین توانایی کاتالیسی آن بالا باشد.
این ماده همچنین دارای قابلیت خوبی برای جذب نور فروسرخ دارد. این ویژگی ها موجب می شود تا این ماده در کاربردهای زیر مناسب باشد. از جمله کاربردهای گفته شده، عبارتند از مواد ساختمانی جاذب حرارت از منابع مختلف و دستکش های محافظ.
برای آماده سازی ایروژل، ابتدا محلولی خنثی از تترا متیل- ارتوسیلیکات در آب، ایجاد می شود. سیلیس کلوئیدی که سل سیلیسی نامیده می شود، سپس جداسازی می شود.
این سل سیلیسی به صورت قطرات کوچک، اسپری می شود. در نهایت، این قطرات می تواند با استفاده از جریان هوای گرم خشک شده و به صورت ایروژل در آید.
برخی اوقات، ذرات نانوسایز با اعمال فرایندهای خاص، به صورت محصولات با دانسیته ی پایین در می آید. این محصولات دارای مساحت سطح بالایی هستند و برای آب بندی مورد استفاده قرار می گیرند. این محصولات ایروسیل، نامیده می شود.

مواد سیلیکونی

مواد سیلیکونی یا ارگانوسیلوکسان در واقع پلیمرهای غیر آلی هستند که در آن، اتم های سیلیکون عنصری و اکسیژن، وجود دارد. این عناصر، تشکیل زنجیره های پلیمری می دهند. سیلیکون ها ممکن است به گروه های زیر طبقه بندی شوند:
روغن های سیلکونی: این روغن ها، غیر سمی هستند، جذب آب ندارند و از لحاظ الکتریکی، موادی عایق محسوب می شوند. استفاده های اصلی از ای مواد، در تولید پوشش های ضد آب می باشد. از این پوشش ها در پارچه، پوشاک و کف پوش ها، استفاده می شود. یک مثال متداول از استفاده از این ماده، در واقع در سرنگ های تزریق انسولین می باشد. این ماده در این کاربرد، به عنوان روان ساز، کاربرد دارد.
رزین ها: این رزین ها، در واقع، مواد عایق در برابر الکتریسیته ای هستند که دارای استحکام دی الکتریک بالایی هستند. محلول این رزین ها، می تواند بر روی ادوات الکتریکی اسپری شود و به عنوان پوشش های عایق عمل می کنند. برخی اجزای الکتریکی را می توان در داخل این کامپوزیت های تولید شده از این رزین ها و الیاف شیشه، ثابت کرد.

الاستومرها و یا لاستیک های سیلیکونی

این الاستومرها، عایق های بسیار خوبی هستند و در برابر آب نیز مقاوم می باشند. این ماده می تواند ویژگی عایق کاری خود را از دمای -50℃ تا 250 درجه ی سانتیگراد، حفظ می کند. این ماده به عنوان آب بند در فضاپیماها و ادوات الکتریکی، مصرف می شوند. همچنین از این وسایل در سیستم های هیدرولیک، عایق های ضد آتش اعمال شده بر روی کابل های الکتریکی و سایر کاربردها، استفاده می شود. از این الاستوهرها، همچنین در تولید امپلنت های سینه نیز استفاده می شود. در تولید جلیقه های ضد آب، از الاستومرهای سیلیکونی به همراه الیاف مختلف، استفاده می شود.
با مخلوط کردن سیلیکون به همراه گلوله های رابری، می توان مخلوط هایی تولید کرد که در برابر ضربه، مقاوم می باشند. این نوع مواد به صورت اشکال مختلف تولید شده اند و در بسیاری کاربردها، استفاده می شوند.
منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.