كربيد السيليكون (SiC) مادة كاشطة بالغة الأهمية وشائعة الاستخدام في تصنيع عجلات الطحن وأقراص القطع. خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة تجعله لا غنى عنه في تطبيقات محددة. ستركز هذه المقالة على جانبين رئيسيين: سبب استخدام كربيد السيليكون وعملية الإنتاج.
1. لماذا تختار كربيد السيليكون كمادة كاشطة؟
كربيد السيليكون مادة صناعية عالية الصلابة، بصلابة موس 9.5، لا يتفوق عليها إلا الماس ونتريد البورون المكعب (CBN). يتميز بالعديد من الخصائص الرئيسية التي تجعله مثاليًا للأدوات الكاشطة:
صلابة عالية وحدة: جزيئات كربيد السيليكون صلبة للغاية وحادة، مما يتيح إزالة المواد بكفاءة.
الهشاشة: مقارنةً بمواد الصنفرة المصنوعة من أكسيد الألومنيوم (الكوراندوم)، يُعد كربيد السيليكون أكثر هشاشة. تُعدّ هذه ميزةً أثناء الطحن، إذ تتكسر الجسيمات الباهتة، كاشفةً عن حواف وزوايا حادة جديدة، مما يُحدث تأثير “الشحذ الذاتي” الذي يحافظ على قوة قطع ثابتة.
الموصلية الحرارية الجيدة: تساعد على تبديد الحرارة المتولدة أثناء عملية الطحن.
الاستقرار الكيميائي: وهو مناسب بشكل خاص لتصنيع المواد ذات الصلابة العالية وقوة الشد المنخفضة لأنه لا يتفاعل مع هذه المواد.
فئات التطبيق الرئيسية:
كربيد السيليكون الأسود (SiC): نقاء منخفض، حوالي 98.5% أو أعلى. يتميز بموصلية حرارية ومتانة ممتازتين، ويُستخدم بشكل أساسي في تشغيل المواد ذات قوة الشد المنخفضة، مثل:
المواد غير المعدنية مثل الزجاج والسيراميك والحجر
الحديد الزهر والمعادن غير الحديدية (مثل النحاس والألومنيوم والنحاس الأصفر)
المطاط والجلد
المواد المقاومة للحرارة
كربيد السيليكون الأخضر (SiC): يتميز بنقاء أعلى (>99%)، وقوة وصلابة أكبر. يُستخدم بشكل أساسي في تشغيل المواد الصلبة والهشة، مثل:
أدوات الكربيد (فولاذ التنغستن)
الزجاج البصري، اليشم، العقيق
سبائك التيتانيوم
المواد شبه الموصلة مثل السيليكون والجرمانيوم
1. تحضير المواد الخام وخلطها
هذه هي الخطوة الأكثر أهمية، حيث يتم تحديد أداء عجلة الطحن (مثل الصلابة وحجم الحصى والبنية).
حبيبات الكاشطة: اختر نوع كربيد السيليكون المناسب (أسود أو أخضر) وحجم الحبيبات (مثلًا: 46، 60، 120، إلخ) حسب المادة المراد معالجتها. الحبيبات الأكبر تُنتج جزيئات أدق، مما يُعطي سطحًا أكثر نعومة، ولكنه يُقلل من كفاءة الطحن.
الرابطة: تعمل كغراء، إذ تربط حبيبات المواد الكاشطة معًا. من الأنواع الشائعة:
الرابطة الراتنجية: الأكثر استخدامًا، وعادةً ما تكون مصنوعة من راتنج الفينولي. تتميز عجلات الطحن الناتجة بمرونة وقوة ومقاومة ممتازة للسرعات العالية، مما يجعلها مثالية للقطع والطحن والطحن الخشن. تستخدم معظم أقراص القطع روابط راتنجية.
الرابطة الزجاجية: مصنوعة من مواد خزفية مثل الطين والفلسبار. عجلات الطحن الناتجة صلبة ومقاومة للحرارة وتحافظ على شكلها جيدًا، لكنها هشة نسبيًا. تُستخدم بشكل أساسي في الطحن الدقيق، وأقل شيوعًا في أقراص القطع.
ويتم استخدام روابط أخرى، مثل روابط المطاط والمعادن، في التطبيقات المتخصصة.
الحشوات: تتم إضافة مواد وظيفية مثل الكريوليت والبيريت لتزييت أو تبريد أو تحسين أداء الطحن أثناء عملية الطحن.
يتم وضع مادة كاشطة كربيد السيليكون ومسحوق المادة الرابطة والمواد المالئة بنسب متناسبة بدقة في الخلاط وخلطها لفترة طويلة وموحدة.
2. التشكيل
يتم وضع المواد المختلطة في قالب ذو حجم وشكل محددين.
في مكبس كبير، يتم إجراء الضغط البارد، وتطبيق ضغط هائل (يتراوح من عشرات إلى آلاف الأطنان) لضغط الخليط السائب في عجلة طحن كثيفة وقوية في البداية.
يتم وضع قضيب أساسي في وسط القالب لتشكيل فتحة التثبيت لعجلة الطحن بشكل مباشر.
٣. المعالجة:
هذه هي العملية التي تُعطي عجلة الطحن قوتها النهائية. تختلف الطريقة باختلاف الرابطة:
لعجلات الطحن الملتصقة بالراتنج: تُوضع قطعة عجلة الطحن المضغوطة في فرن كبير (فرن التصلب) وتُسخّن عند درجة حرارة مُتحكم بها بدقة (مثلاً، ١٨٠-٢٠٠ درجة مئوية) ووقت مُحدد (عشرات الساعات). يذوب الراتنج ويخضع لتفاعل تشابك، مما يُؤدي في النهاية إلى تصلب حبيبات المادة الكاشطة وترابطها بقوة.
لعجلات الطحن المُلصقة بالزجاج: تُوضع المادة الخام في فرن عالي الحرارة، وتُسخّن عند درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة مئوية. يُزجّج الرابط المُلصق بالزجاج حبيبات المواد الكاشطة ويربطها بقوة.
4. المعالجة والتفتيش
المعالجة: بعد المعالجة، تخضع عجلة الطحن للتدوير والموازنة الثابتة لضمان قطر التجويف الدقيق، وتمركز القطر الخارجي، والتشغيل السلس الخالي من الاهتزازات.
الفحص: هذه خطوة أساسية للسلامة. تخضع كل عجلة طحن لاختبارات دقيقة، تشمل:
اختبار الدوران: الدوران بسرعة تفوق أقصى سرعة تشغيلية له (على سبيل المثال، 1.5 مرة) لاختبار سلامته البنيوية ومنع التشقق أثناء الاستخدام.
يتم فحص المظهر والصلابة والتوازن.
وأخيرا، يتم وضع العلامات على عجلات القطع المؤهلة وتعبئتها للشحن.