Čemu služi kalcijev silicij?

Legura kalcija i silicijaje važan legirani materijal, uglavnom sastavljen od silicija i kalcija, obično s udjelom silicija između 30% i 60%.

Silicij-kalcijeva legura je vrlo učinkovit kompozitni funkcionalni materijal u području proizvodnje čelika, koji ima višestruke funkcije uključujući deoksidaciju, desulfurizaciju i pročišćavanje zrna:

Funkcija deoksidacije:

Kao pred{0}}dezoksidant ili konačni dezoksidans, količina dodatka je 0,3%-0,8% mase čelika. Kalcij (Ca) ima izuzetno jak afinitet prema kisiku (energija slobodne reakcije ΔG₂₀₀₀K=-604kJ/mol), prvenstveno se spaja s kisikom u čeliku kako bi se stvorio CaO. Silicij (Si) istovremeno tvori SiO₂, a njih dvoje tvore kompozitne inkluzije s niskom -talištem- (CaO-SiO₂) s gustoćom mnogo nižom od gustoće čelika (2,6 g/cm³ naspram 7,8 g/cm³). Ovaj uključak brzo ispliva na površinu i uklanja se zajedno s troskom, smanjujući sadržaj kisika u čeliku s 80-100 ppm na 30-50 ppm, čime se smanjuju nedostaci kao što su poroznost i uključci.

Odsumporavanje:

Kalcij reagira sa sumporom da bi se formirao stabilni CaS (talište 2450 stupnjeva), postižući stopu odsumporavanja od 60%-70%, smanjujući sadržaj sumpora u rastaljenom čeliku s 0,03% na 0,009%-0,012%. To poboljšava otpornost čelika na vruće pukotine i performanse obrade, čineći ga prikladnim za proizvodnju visokokvalitetnih čelika (kao što su čelik za ležajeve i čelik za opruge).

Pročišćavanje zrna i poboljšanje performansi:

Kalcij potiče stvaranje karbonitrida iz elemenata kao što su Nb i Ti u čeliku, pročišćavajući veličinu zrna (od 50 μm do 20-30 μm). Ovo povećava vlačnu čvrstoću čelika za 15%-20% i udarnu žilavost za 25%-30%, dok se također poboljšava zavarljivost čelika i otpornost na koroziju.

U lijevanju legura od lijevanog željeza i ne{0}}neželjeznih legura, legura CaSi ključni je inokulant i modifikator performansi:

Inokulacija od lijevanog željeza:

Dodavanjem 0,2%-0,5% mase rastaljenog željeza, silicij potiče proces grafitizacije, povećava broj jezgri grafita i transformira morfologiju grafita iz grubih ljuskica u fine, jednolike ljuskice ili sferične oblike, sprječavajući stvaranje bijelog željeza. Ovo može povećati udarnu žilavost sivog lijeva za 20%-30% i vlačnu čvrstoću nodularnog željeza za 10%-15%, što ga čini prikladnim za ključne odljevke kao što su blokovi motora automobila i kreveti alatnih strojeva.

Lijev-legura obojenih metala:

Dodavanje legure kalcija od 0,1%-0,3% silicija-u proizvodnji aluminijske legure omogućuje kalciju da neutralizira štetne elemente kao što su Na i Li, poboljšavajući tendenciju vrućeg pucanja, dok silicij povećava čvrstoću legure. U proizvodnji legure magnezija, može poboljšati veličinu zrna (od 100 μm do 40-50 μm), poboljšavajući otpornost na visoke temperature i otpornost na toplinu, što ga čini prikladnim za komponente laganih legura koje se koriste u zrakoplovstvu.

Kontrola grešaka u lijevanju:

Pročišćavanjem rastaljenog željeza i poboljšanjem fluidnosti, šupljine skupljanja i defekti poroznosti se smanjuju, povećavajući iskorištenje lijevanja za 10%-15% i smanjujući naknadne troškove obrade.

Posebna proizvodnja čelika:

Dodavanjem SiCa legura u taljenje nehrđajućeg čelika optimizira se distribucija kroma, izbjegavaju se -zone osiromašene kromom i produljuje otpornost na koroziju od slanog spreja s 200 sati na preko 350 sati. U proizvodnji-legure otporne na toplinu, kalcij i silicij sinergistički tvore gusti oksidni film, smanjujući stopu oksidacije na 1000 stupnjeva za 50%, što ga čini prikladnim za visoko{7}}temperaturne komponente kao što su lopatice plinske turbine.

Elektronički materijali:

Legure silicija i kalcija visoke-čistoće (ukupne nečistoće manje ili jednake 0,1%) mogu se koristiti kao sirovine za pripremu poluvodičkih materijala. Polikristalni silicij proizvodi se reakcijom redukcije, uz preciznu kontrolu sadržaja kalcija i silicija (Ca veći ili jednak 30%, Si veći ili jednak 60%) kako bi se spriječilo da nečistoće utječu na električna svojstva silicijskih pločica, što ga čini prikladnim za scenarije proizvodnje čipova.

U području vatrostalnih materijala:

Prah legure kalcij silicija može se koristiti kao aditiv u vatrostalnim opekama i lijevanim pločama, poboljšavajući visoko-temperaturnu stabilnost (radna temperatura može doseći iznad 1600 stupnjeva) i otpornost materijala na koroziju, što ga čini prikladnim za industrijske peći i obloge opreme za visoke-temperature.

Kemijska industrija:

Kao redukcijsko sredstvo ili katalizator, koristi se u reakcijama organske sinteze (kao što je priprema silana) za ubrzavanje procesa reakcije i poboljšanje prinosa proizvoda; također može proizvesti CaSi inokulante, prikladne za potrebe lijevanja odljevaka -otpornih na koroziju i-habanja u kemijskoj opremi.

Ekološke prednosti:

Korištenje silicij kalcijevih legura za zamjenu pojedinačnih deoksidizatora (kao što je aluminij) u proizvodnji čelika može smanjiti potrošnju aluminija za 30%-40%, smanjiti potrošnju energije po toni čelika za 5%-8% i smanjiti emisije CO₂, usklađujući se s trendom zelene metalurgije; štoviše, cijena CaSi legura je samo 1/3-1/2 cijene aluminija, čime se uravnotežuje ekonomska učinkovitost i prihvatljivost za okoliš.

Prednosti aplikacije:

Funkcionalni kompozit (deoksidacija + odsumporavanje + inokulacija + legiranje), eliminirajući potrebu za višestrukim aditivima; široka primjenjivost (proizvodnja čelika, lijevanje, elektronika i druga područja); visoka troškovna-učinkovitost, ravnoteža performansi i ekonomičnosti.

Načela odabira:

Za deoksidaciju i odsumporavanje pri proizvodnji čelika odaberite visoke{0}}stupnjeve kalcija (npr. Ca31Si55); za cijepljenje odljevaka odaberite visoke-stupnjeve silicija (npr. Ca28Si60); za elektroničke materijale odaberite visoke -stupnjeve čistoće (ukupne nečistoće manje ili jednake 0,1%); prilagodite količinu dodatka prema vrsti materijala i procesu opreme kako biste izbjegli prekomjerno dodavanje koje dovodi do stvaranja tvrdih i lomljivih faza.