Apabila buburan sisa lombong memberi impak kepada saluran paip pada kelajuan tinggi, apabila sanga suhu tinggi di bengkel metalurgi terus membasuh dinding dalam, dan apabila larutan asid kuat di bengkel kimia menghakis dinding paip hari demi hari – saluran paip logam biasa sering bocor selepas hanya beberapa bulan. Tetapi terdapat sejenis saluran paip yang boleh bertahan dalam "penyucian perindustrian" sedemikian tanpa cedera, dan ia adalahsaluran paip tahan haus yang diperbuat daripada silikon karbidasebagai bahan teras. Apakah jenis kecerdasan material yang disembunyikan oleh komponen perindustrian yang nampaknya biasa ini?
Kod bahan yang lebih degil daripada keluli
Kisah silikon karbida bermula pada akhir abad ke-19 apabila saintis secara tidak sengaja menemui sebatian keras ini semasa cuba mengeluarkan berlian sintetik. Ia sangat jarang berlaku dalam alam semula jadi dan dikenali sebagai "Moissanite", manakala silikon karbida yang digunakan dalam industri hari ini hampir keseluruhannya merupakan hasil sintesis buatan.
Rahsia untuk membuat paip silikon karbida yang begitu "tahan terhadap pembuatan" terletak pada mikrostrukturnya yang unik. Di bawah mikroskop elektron, kristal silikon karbida mempamerkan struktur tetrahedral yang serupa dengan berlian, dengan setiap atom silikon dikelilingi rapat oleh empat atom karbon, membentuk rangkaian ikatan kovalen yang tidak dapat dipecahkan. Struktur ini memberikannya kekerasan kedua selepas berlian, dengan kekerasan Mohs 9.5, yang bermaksud bahawa hakisan pasir kuarza yang berterusan (kekerasan Mohs 7) pun sukar untuk meninggalkan kesan.
Apa yang lebih jarang berlaku ialah silikon karbida bukan sahaja keras, tetapi juga sangat tahan terhadap suhu tinggi. Pada suhu tinggi 1400 ℃, ia masih boleh mengekalkan sifat mekanikal yang stabil, yang menjadikannya berfungsi dengan baik dalam senario suhu tinggi seperti pengangkutan serbuk arang batu dalam relau bagas metalurgi keluli dan pelepasan sanga dandang dalam penjanaan kuasa haba. Pada masa yang sama, ia "kebal" terhadap hakisan kebanyakan asid dan alkali, dan rintangan kakisan ini amat berharga dalam saluran paip penghantaran asid kuat dalam industri kimia.
Falsafah reka bentuk untuk meningkatkan jangka hayat saluran paip sepuluh kali ganda
Kekerasan mudah tidak mencukupi untuk menghadapi persekitaran perindustrian yang kompleks. Saluran paip tahan haus silikon karbida moden menggunakan struktur komposit yang lebih pintar: biasanya lapisan luarnya ialah keluli karbon biasa yang menyediakan sokongan struktur, lapisan dalam ialah lapisan seramik silikon karbida, dan sesetengah saluran paip juga membalut gentian kaca di bahagian luar untuk meningkatkan kekuatan keseluruhan. Reka bentuk ini bukan sahaja memanfaatkan kelebihan rintangan haus silikon karbida, tetapi juga mengimbangi kerapuhan bahan seramik.
Jurutera juga akan menjalankan "reka bentuk berbeza" berdasarkan tahap haus bahagian saluran paip yang berbeza. Contohnya, jika lengkungan luar siku paling haus, lapisan silikon karbida yang lebih tebal akan digunakan; Jika haus pada lengkungan dalam agak ringan, ia harus ditipiskan dengan sewajarnya untuk memastikan ketahanan dan mengelakkan pembaziran bahan.
Penggunaan teknologi sintering tindak balas menjadikan saluran paip silikon karbida lebih sempurna. Dengan mengawal suhu dan nisbah bahan mentah dengan tepat, bahan tersebut boleh mencapai keadaan padat dengan hampir sifar keliangan, sambil memperkenalkan komponen grafit untuk membentuk lapisan pelincir sendiri. Apabila bendalir membilas saluran paip, lapisan grafit membentuk filem pelindung, sekali gus mengurangkan pekali geseran, seperti meletakkan "perisai pelincir" pada saluran paip.
Daripada keturunan perindustrian kepada masa depan hijau
Dalam industri berat seperti kuasa haba, perlombongan, metalurgi dan kejuruteraan kimia, sistem saluran paip umpama "keturunan perindustrian", dan kebolehpercayaannya berkaitan secara langsung dengan keselamatan dan kecekapan pengeluaran. Paip logam tradisional selalunya perlu diganti dalam tempoh 3 bulan dalam persekitaran haus yang kuat, manakala hayat perkhidmatan paip tahan haus silikon karbida boleh dilanjutkan lebih daripada 10 kali ganda, sekali gus mengurangkan kekerapan penyelenggaraan masa henti dengan ketara.
Ciri tahan lama ini juga membawa manfaat alam sekitar yang ketara. Mengurangkan penggantian saluran paip bermakna mengurangkan penggunaan keluli, dan teknologi peleburan canggih yang digunakan dalam proses pengeluaran (seperti kaedah ESK) boleh mendapatkan semula gas buangan untuk penjanaan kuasa, meningkatkan penggunaan tenaga sebanyak 20%. Dalam bidang baru muncul seperti pengeluaran bateri litium dan peralatan perlindungan alam sekitar, rintangan kakisan dan haus paip silikon karbida juga memainkan peranan penting.
Apabila kita bercakap tentang kemajuan perindustrian, kita sering menumpukan pada produk berteknologi tinggi yang mempesonakan itu, tetapi mudah terlepas pandang "wira di sebalik tabir" seperti paip tahan haus silikon karbida. Inovasi inilah yang memaksimumkan sifat bahan asas yang menyokong operasi industri moden yang cekap. Daripada lombong kepada kilang, daripada relau suhu tinggi kepada bengkel kimia, 'perisai super keras' senyap ini menyumbang kepada keselamatan dan kemampanan pengeluaran perindustrian dengan cara mereka sendiri.
Masa siaran: 30 Julai 2025