كربيد السيليكون نادر جدًا في الطبيعة، ولذلك يُنتج كل ما يُستخدم منه تقريبًا في السفع وورق الصنفرة والتجليخ صناعيًا. ولا يزال الإنتاج يعتمد على فرن أتشيسون الذي طُوّر في أواخر القرن التاسع عشر. نشرح في هذا المقال كيف يُصنع كربيد السيليكون خطوة بخطوة من المادة الخام حتى الحبيبات الكاشطة المنخولة. وللتعرف على خصائص المادة راجع مقال ما هو كربيد السيليكون.
المواد الخام: رمل السيليكا والكربون
لكربيد السيليكون مادتان خام رئيسيتان:
- رمل السيليكا: رمل الكوارتز عالي النقاء هو مصدر السيليكون.
- مصدر الكربون: عادةً فحم الكوك البترولي.
- الإضافات: قد يضيف بعض المنتجين مواد أخرى لتحسين نفاذية الخليط للغازات أو لإزالة الشوائب.
وتؤثر نقاوة المواد الخام مباشرة في لون كربيد السيليكون الناتج ونقائه. ويُحضَّر الخليط بنسب محددة ثم يُحمَّل في الفرن.
ومن مزايا الإنتاج الصناعي إمكانية التحكم في الجودة، فعند الحفاظ على نسب المواد الخام ودورة الفرن ودقة الفرز نفسها تُنتج حبيبات متقاربة الخصائص من دفعة إلى أخرى. ويعني ذلك لورش السفع نتائج ثابتة بإعدادات الآلة نفسها واستهلاكًا أوضح للمادة الكاشطة.
كيف يعمل فرن أتشيسون؟
فرن أتشيسون فرن مقاومة كهربائية، يوضع في وسطه قلب من الغرافيت ممتد بين قطبين، ويُكوَّم خليط المواد الخام حوله. وعند تمرير تيار عالٍ يسخن القلب بفعل المقاومة ويرفع حرارة الخليط المحيط إلى درجات عالية جدًا، فتتفاعل السيليكا مع الكربون وتتكون بلورات كربيد السيليكون مع انطلاق غاز أول أكسيد الكربون.
تستغرق دورة الإنتاج وقتًا طويلًا، ويحتاج الفرن أيضًا إلى وقت ليبرد بعد التسخين. ولتاريخ الطريقة وطريقة عملها راجع مقالة ويكيبيديا عن Acheson process (بالإنجليزية).
فتح الفرن ومناطق التبلور
عند تفكيك الفرن بعد أن يبرد تظهر حول قلب الغرافيت طبقات مختلفة:
- المنطقة الأقرب إلى القلب: تتكون فيها أكبر بلورات كربيد السيليكون وأنقاها، وهي المصدر الرئيسي لإنتاج المادة الكاشطة.
- المنطقة الوسطى: بلورات أصغر ومادة أقل نقاء، وتُصنَّف عادةً في درجات جودة أخرى.
- الطبقة الخارجية: خليط لم يتفاعل بالكامل، وكثيرًا ما يُعاد استخدامه في الشحنة التالية.
وتُفرز هذه المناطق يدويًا أو آليًا، ودقة الفرز من الخطوات التي تحدد نقاء المنتج النهائي وجودة حبيباته.
التكسير والغسل والنخل
تُكسَّر كتل كربيد السيليكون المفروزة تدريجيًا. والمادة شديدة الصلادة وهشة، فتعطي عند تكسيرها حبيبات زاوية حادة الحواف. وتصف صفحة منتجنا شكل حبيبات كربيد السيليكون الأسود بأنه «زاوي وحاد» وتذكر صلادته بين 9 و9.5 على مقياس موس.
- التكسير والطحن: تُوصل الحبيبات إلى نطاق الحجم المطلوب.
- الغسل والتنظيف الكيميائي: يُزال الكربون الحر والسيليكا والشوائب المعدنية.
- الفصل المغناطيسي: تُزال جزيئات الحديد القادمة من معدات التكسير.
- النخل: تُصنف الحبيبات وفق أرقام FEPA، وتذكر صفحة منتجنا مثلًا 212–300 ميكرون لـ F60 و45–75 ميكرون لـ F220.
شرحنا المنطق العام لاختيار رقم الحبيبات في دليل اختيار حجم الحبيبات.
لماذا يُفصل كربيد السيليكون الأسود عن الأخضر؟
يُنتج النوعان بالطريقة الأساسية نفسها، ويأتي الفرق من نقاء المواد الخام وظروف الفرن. فالكربيد المنتج من مواد خام أنقى يكون أخضر وأعلى نقاء، أما الأسود فيحتوي شوائب أكثر وبنيته أمتن قليلًا. وتضم مجموعتنا كربيد السيليكون الأسود كمادة سفع. وتناولنا الفرق في الاستخدام في مقال ما هو كربيد السيليكون.
أثر الإنتاج في أداء السفع
تحدد عملية الإنتاج مباشرة عدة خصائص تلاحظها أثناء السفع:
- الحدّة: تقطع الحبيبات الزاوية الأسطح الصلبة بسرعة، وكلما تكسرت أثناء الاستخدام تكونت حواف حادة جديدة.
- النقاء: المنتج المفروز والمغسول جيدًا قليل الكربون الحر والغبار، فيبقى السطح أنظف.
- توزيع الأحجام: النخل الصحيح يعطي خشونة أكثر تجانسًا.
يمكنك قراءة استخدام كربيد السيليكون على الزجاج والحجر والسيراميك والمعادن الصلبة في مقال استخدامات كربيد السيليكون، ومقارنة صلادته بأكسيد الألومنيوم في مقال صلادة أكسيد الألومنيوم.
الأسئلة الشائعة
هل كربيد السيليكون طبيعي أم صناعي؟
لأنه نادر جدًا في الطبيعة فإن كل كربيد السيليكون الصناعي تقريبًا مُصنَّع، ويُنتج بتفاعل رمل السيليكا مع مصدر للكربون مثل فحم الكوك البترولي في فرن مقاومة كهربائية.
ما هو فرن أتشيسون؟
فرن مقاومة في وسطه قلب من الغرافيت بين قطبين، يسخّن التيار المار فيه خليط السيليكا والكربون المحيط فتتكون بلورات كربيد السيليكون.
لماذا يتكسر كربيد السيليكون بحواف حادة؟
لأنه مادة شديدة الصلادة وهشة، فيتكسر أثناء التكسير والسفع إلى قطع حادة الحواف، مما يمنح قطعًا سريعًا على الأسطح الصلبة.
اطلب عرض سعر لكربيد السيليكون
أخبرنا بالمادة التي تعالجها ومعداتك والسطح المطلوب، وسنختار معًا رقم الحبيبات المناسب. تصفح جميع المنتجات في صفحة المنتجات أو املأ نموذج طلب عرض السعر لـ كربيد السيليكون الأسود.
