อะลูมินาผสมสีขาวสำหรับโฟมเซรามิก

White Fused Alumina (WFA) เป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตเซรามิกโฟมประสิทธิภาพสูงหลายชนิด

White Fused Alumina (WFA) คืออะไร?

ก่อนอื่น ขออธิบายแบบคร่าวๆ ว่า อะลูมินาหลอมขาว (White Fused Alumina) เป็นวัสดุสังเคราะห์ที่ผลิตโดยการหลอมอะลูมินาเผาบริสุทธิ์สูง (Al₂O₃) ในเตาอาร์กไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000°C จากนั้นจึงนำไปทำให้เย็น บด และคัดขนาดเป็นเกรนขนาดต่างๆ คุณสมบัติสำคัญมีดังนี้:

• ความบริสุทธิ์สูง:  โดยทั่วไป >99% Al₂O₃

• ความแข็งสูง: 9.0 ตามมาตราโมห์ส

• ทนไฟได้ดีเยี่ยม:  จุดหลอมเหลวสูง (~2050°C)

• ความเฉื่อยทางเคมีที่ดี:  ทนทานต่อกรดและด่าง

• ขนาดเมล็ดพืชที่ควบคุมได้:  สามารถบดและร่อนได้อย่างแม่นยำ

เหตุใดจึงใช้ WFA ในโฟมเซรามิก?

เซรามิกโฟมมีโครงสร้างที่มีรูพรุนสูงและมีน้ำหนักเบา ใช้เป็น  ตัวกรอง  (สำหรับโลหะหลอมเหลว) และ  วัสดุ ฉนวน เป็นหลัก  ข้อกำหนดสำหรับการใช้งานเหล่านี้สอดคล้องกับคุณสมบัติของ WFA อย่างสมบูรณ์แบบ:

1. ทนต่ออุณหภูมิสูง:  เซรามิกโฟมที่ใช้กรองอะลูมิเนียมหลอมเหลว เหล็ก หรือเหล็กกล้า ต้องทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรง (700°C – 1600°C) โดยไม่อ่อนตัวหรือเสื่อมสภาพ คุณสมบัติการหักเหแสงสูงของ WFA จึงเหมาะอย่างยิ่ง

2. ความเฉื่อยทางเคมี:  วัสดุต้องไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะหลอมเหลวที่กำลังกรอง WFA มีความเสถียรสูงและไม่นำสิ่งเจือปนเข้าสู่โลหะหลอมเหลว

3. ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว:  การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันเมื่อจุ่มแผ่นกรองลงในโลหะหลอมเหลวอาจทำให้วัสดุคุณภาพต่ำแตกร้าวได้ สูตรเฉพาะของสารละลายเซรามิก (รวมถึง WFA และสารยึดเกาะ) ออกแบบมาเพื่อลดผลกระทบนี้ และคุณสมบัติเฉพาะของ WFA ช่วยให้โครงสร้างแข็งแรงทนทาน

4. ความพรุนและโครงสร้างที่ควบคุมได้:  โครงสร้างของโฟม (ขนาดรูพรุน รูปร่าง และความเปิดโล่ง) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการกรอง เกรน WFA ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างที่แข็งแรงและคงรูป ซึ่งช่วยรักษาโครงสร้างนี้ไว้ภายใต้สภาวะที่รุนแรง

5. ความแข็งแรงเชิงกลสูง:  ตัวกรองต้องทนทานต่อการกัดกร่อนและแรงเชิงกลจากการไหลของโลหะหลอมเหลว ความแข็งขั้นสุดของ WFA ช่วยให้ตัวกรองคงรูปทรงและไม่หลุดลอกอนุภาค

WFA ถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตโฟมเซรามิกอย่างไร?

วิธีการที่นิยมใช้กันมากที่สุดในการผลิตเซรามิกโฟมคือ  วิธีจำลองฟองน้ำโพลีเมอร์นี่คือวิธีที่ WFA นำมาใช้ในกระบวนการ:

1. การเตรียมสารละลาย:  ผงละเอียดของ White Fused Alumina (และมักรวมถึงสารเติมแต่งอื่นๆ เช่น สารยึดเกาะ ดินเหนียว และสารช่วยเผา) จะถูกผสมกับน้ำจนกลายเป็นสารละลายข้นหนืด การกระจายตัวของขนาดอนุภาคของ WFA มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยต้องมีความละเอียดเพียงพอที่จะเคลือบโฟมพอลิเมอร์ได้อย่างสม่ำเสมอ แต่ต้องมีเม็ดหยาบกว่าเพื่อช่วยสร้างโครงสร้างที่แข็งแรง

2. การชุบ:  โฟมโพลีเมอร์เซลล์เปิด (เช่น โพลียูรีเทน) ที่มีโครงสร้างรูพรุนตามต้องการ (เช่น 10, 20, 30 PPI – รูพรุนต่อนิ้ว) จะถูกจุ่มลงในสารละลาย บีบและปล่อยซ้ำๆ เพื่อให้แน่ใจว่าสารละลาย WFA เคลือบทั่วถึงทุกส่วนของโครงข่ายโพลีเมอร์

3. การกำจัดส่วนเกิน:  โฟมที่ชุบแล้วจะผ่านลูกกลิ้งหรือปั่นเหวี่ยงเพื่อกำจัดสารละลายส่วนเกินออก นี่เป็นขั้นตอนสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่า  เซลล์  (รูพรุน) ยังคงเปิดอยู่ในขณะที่  ส่วนค้ำยัน  (ผนังเซรามิก) ได้รับการเคลือบอย่างทั่วถึง

4. การทำให้แห้ง:  โฟมเคลือบจะถูกทำให้แห้งอย่างช้าๆ เพื่อขจัดน้ำออกโดยไม่ทำให้เคลือบเซรามิกแตกร้าว

5. การเผาพอลิเมอร์:  ส่วนที่แห้งแล้วจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิปานกลาง (~500-800°C) เพื่อเผาพอลิเมอร์อย่างช้าๆ และขจัดแม่แบบโฟมพอลิเมอร์ออก ซึ่งจะทำให้ได้แบบจำลองเซรามิกที่เปราะบางและมีรูพรุน

6. การเผาที่อุณหภูมิสูง (การเผาแบบซินเทอร์ริง):  จากนั้นนำชิ้นส่วนไปเผาที่อุณหภูมิสูงมาก (โดยทั่วไปคือ 1,450-1,650 องศาเซลเซียส) ในขั้นตอนนี้ อนุภาค WFA จะถูกเผาจนหลอมรวมกันที่ขอบโดยไม่ละลายจนหมด ก่อให้เกิดโครงสร้างเซรามิกที่แข็งแรง ทนทาน และทนไฟสูง

ข้อมูลจำเพาะหลักของ WFA สำหรับเซรามิกโฟม

เมื่อจัดหา WFA สำหรับแอปพลิเคชันนี้ ผู้ผลิตจะมองหา:

ความบริสุทธิ์ (% Al₂O₃):  ≥ 99.0% เป็นมาตรฐาน สิ่งเจือปน เช่น โซดา (Na₂O) สามารถลดความทนไฟและส่งผลต่อการเผาผนึก

ขนาดเกรน (ความละเอียด/ตาข่าย):  โดยทั่วไปจะบดเป็นผงละเอียด โดยทั่วไปจะมีการกระจายตัวของขนาดเกรน F240, F280, F320 และละเอียดกว่านั้น (ค่า d50 คือ 20-50 ไมครอน) มักใช้การผสมขนาดเกรนเพื่อให้ได้ความหนาแน่นในการอัดตัวและคุณสมบัติรีโอโลยีของสารละลายที่เหมาะสมที่สุด

เคมี:  ปริมาณ Fe₂O₃, SiO₂ และ Na₂O ต่ำถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงและหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของโลหะที่ผ่านการกรอง