कास्टिंग में सिलिकॉन कार्बाइड के मुख्य कार्य

सिलिकॉन कार्बाइड एक सिंथेटिक सिरेमिक सामग्री है जिसमें उच्च तापीय चालकता, असाधारण कठोरता, रासायनिक निष्क्रियता और थर्मल शॉक के प्रतिरोध सहित गुणों का एक अनूठा संयोजन है। ये विशेषताएँ इसे फाउंड्री उद्योग में एक बहुमुखी योजक बनाती हैं, जहाँ यह ढलाई धातुओं की गुणवत्ता और प्रदर्शन को बेहतर बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। ढलाई प्रक्रियाओं में - विशेष रूप से लोहा और इस्पात उत्पादन में - सिलिकॉन कार्बाइड एक परिवर्तनकारी सामग्री के रूप में उभरा है, जो छिद्र नियंत्रण, यांत्रिक गुण वृद्धि और ऊर्जा दक्षता जैसी दीर्घकालिक चुनौतियों का समाधान प्रदान करता है। यह लेख ढलाई में सिलिकॉन कार्बाइड के प्राथमिक कार्यों का पता लगाता है, इसकी क्रिया के तंत्र और व्यावहारिक लाभों का विश्लेषण करता है।

1. न्यूक्लियेशन और अनाज शोधन को बढ़ाना

कास्टिंग में सिलिकॉन कार्बाइड की सबसे महत्वपूर्ण भूमिकाओं में से एक इसकी न्यूक्लियेशन एजेंट के रूप में कार्य करने की क्षमता है, जो पिघली हुई धातुओं में बारीक दाने वाली संरचनाओं के निर्माण को बढ़ावा देती है। कास्ट मिश्र धातुओं के जमने के दौरान, दानों का आकार और वितरण सीधे यांत्रिक गुणों जैसे कि ताकत, लचीलापन और थकान प्रतिरोध को प्रभावित करता है। सिलिकॉन कार्बाइड कण विषम न्यूक्लियेशन साइटों के रूप में काम करते हैं, जो क्रिस्टल विकास की शुरुआत के लिए सतह प्रदान करते हैं। यह अंडरकूलिंग को कम करता है - जमने के लिए आवश्यक तापमान अंतर - और न्यूक्लियेशन बिंदुओं का एक समान वितरण सुनिश्चित करता है।

उदाहरण के लिए, ग्रे आयरन कास्टिंग में, सिलिकॉन कार्बाइड उच्च तापमान (1,400 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) पर विघटित होकर कार्बन और सिलिकॉन को पिघल में छोड़ देता है। मुक्त कार्बन लोहे के साथ प्रतिक्रिया करके ग्रेफाइट के गुच्छे बनाता है, जबकि सिलिकॉन तरलता को बढ़ाता है। संयुक्त प्रभाव के परिणामस्वरूप महीन ग्रेफाइट संरचनाएँ और छोटी पर्लाइट कॉलोनियाँ बनती हैं, जो तन्य शक्ति में सुधार करती हैं और भंगुरता को कम करती हैं। इसी तरह, एल्यूमीनियम कास्टिंग में, सिक कण α-अल मैट्रिक्स को परिष्कृत करते हैं, जिससे गर्म फाड़ के जोखिम को कम किया जा सकता है।

2. पिघली हुई तरलता में सुधार और सिकुड़न दोषों को कम करना

पिघली हुई धातु में सिलिकॉन कार्बाइड मिलाने से पिघली हुई धातु की तरलता में सुधार होता है, जो जटिल सांचों को भरने और दोष-रहित ढलाई प्राप्त करने में एक महत्वपूर्ण कारक है। सिलिकॉन कार्बाइड पिघली हुई धातु की रासायनिक संरचना को बदलकर उसके तरल तापमान को कम करता है, जिससे यह लंबे समय तक तरल अवस्था में बना रहता है। यह विशेष रूप से पतली-अनुभाग वाली ढलाई या जटिल ज्यामिति में फायदेमंद है, जहाँ समय से पहले जमने से अधूरा भराव हो सकता है।

इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड सिकुड़न दोषों को कम करता है, जैसे कि माइक्रोपोरोसिटी और मैक्रो सिकुड़न गुहाएँ, जो ठंडा होने के दौरान वॉल्यूमेट्रिक संकुचन से उत्पन्न होती हैं। न्यूक्लियेशन को बढ़ाकर और अनाज संरचनाओं को परिष्कृत करके, सिक इंटरडेंड्रिटिक रिक्त स्थान को कम करता है जहाँ आमतौर पर सिकुड़न छिद्र बनते हैं। नमनीय लोहे के उत्पादन में, अध्ययनों से पता चला है कि 0.5-1.5% सिलिकॉन कार्बाइड जोड़ने से सिकुड़न छिद्र 30% तक कम हो जाता है, जिससे इंजन ब्लॉक और हाइड्रोलिक वाल्व जैसे घटकों की दबाव जकड़न में काफी सुधार होता है।

3. ऑक्सीजन और अशुद्धता के स्तर को नियंत्रित करना

सिलिकॉन कार्बाइड फेरस और नॉन-फेरस कास्टिंग में ‌डीऑक्सीडाइज़र‌ और ‌डिसल्फराइजिंग एजेंट‌ के रूप में कार्य करता है। जब पिघले हुए लोहे या स्टील में डाला जाता है, तो सिक घुली हुई ऑक्सीजन और सल्फर के साथ प्रतिक्रिया करके सिलिका (सिओ₂) और कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) जैसे स्थिर यौगिक बनाता है। ये प्रतिक्रियाएँ हानिकारक अशुद्धियों की उपस्थिति को कम करती हैं जो अन्यथा गैस छिद्र या स्लैग समावेशन का कारण बन सकती हैं। उदाहरण के लिए, स्टीलमेकिंग में, सिक के माध्यम से ऑक्सीजन को हटाने से सीओ बुलबुले का निर्माण कम हो जाता है, जो पिनहोल दोषों का एक सामान्य स्रोत है।

एल्युमिनियम कास्टिंग में, सिलिकॉन कार्बाइड पिघली हुई सतह पर एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत बनाकर हाइड्रोजन अवशोषण को कम करता है - जो गैस छिद्रण का एक प्रमुख कारण है। यह परत एक अवरोधक के रूप में कार्य करती है, जो वायुमंडलीय हाइड्रोजन को पिघली हुई धातु में घुलने से रोकती है।

4. यांत्रिक गुणों को बढ़ाना

सिलिकॉन कार्बाइड का समावेश सीधे कास्ट मिश्र धातुओं के यांत्रिक गुणों को बढ़ाता है। कच्चे लोहे में, सिक कार्बन समतुल्य मूल्य (सीईवी) को बढ़ाता है, जो सीमेंटाइट जैसे कठोर कार्बाइड के अवक्षेपण को दबाते हुए ग्रेफाइट के निर्माण को स्थिर करता है। इस संतुलन के परिणामस्वरूप बेहतर मशीनेबिलिटी और पहनने के प्रतिरोध में सुधार होता है। ब्रेक डिस्क या सिलेंडर लाइनर जैसे उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए, सिक के जुड़ने से कठोरता और तापीय चालकता बढ़ जाती है, जिससे घटक अत्यधिक घर्षण और तापमान ढाल का सामना करने में सक्षम होते हैं।

एल्युमिनियम-सिलिकॉन (अल-हाँ) मिश्र धातुओं में, सिलिकॉन कार्बाइड मेटल मैट्रिक्स कंपोजिट (एमएमसी) में सुदृढ़ीकरण चरण के रूप में कार्य करता है। ये सिक-अल कंपोजिट बेहतर शक्ति-से-वजन अनुपात प्रदर्शित करते हैं, जो उन्हें एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव भागों के लिए आदर्श बनाता है। सिक की कठोरता पोस्ट-कास्टिंग मशीनिंग संचालन के दौरान उपकरण के घिसाव को भी कम करती है।

5. ऊर्जा दक्षता और लागत में कमी

सिलिकॉन कार्बाइड फाउंड्री संचालन में ऊर्जा बचत में योगदान देता है। इसके एक्सोथर्मिक अपघटन से गर्मी निकलती है, जो पिघलने और धारण करने के दौरान थर्मल नुकसान की भरपाई करती है। यह पिघली हुई धातु को इष्टतम डालने के तापमान पर बनाए रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करता है। इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों में, सिक के उपयोग से बिजली की खपत 5-10% तक कम हो सकती है, जिससे बड़े पैमाने पर ढलाई करने वालों के लिए पर्याप्त लागत बचत होती है।

इसके अतिरिक्त, सिलिकॉन कार्बाइड भट्टियों और लेडल्स में आग रोक अस्तर के जीवनकाल को बढ़ाता है। इसकी उच्च तापीय चालकता गर्मी के समान वितरण को सुनिश्चित करती है, जिससे स्थानीय स्तर पर होने वाली अति तापन कम हो जाती है जो आग रोक सामग्री को खराब कर देती है। इससे रखरखाव और प्रतिस्थापन के लिए डाउनटाइम कम हो जाता है, जिससे परिचालन लागत और कम हो जाती है।

6. पर्यावरणीय लाभ

सिलिकॉन कार्बाइड को अपनाना टिकाऊ विनिर्माण पर बढ़ते जोर के साथ संरेखित है। उपज दरों में सुधार करके और दोषों के कारण स्क्रैप को कम करके, सिक सामग्री अपशिष्ट को कम करता है। एक डीऑक्सीडाइज़र के रूप में इसकी भूमिका फेरोसिलिकॉन जैसे पारंपरिक योजकों पर निर्भरता को भी कम करती है, जिनके कार्बन पदचिह्न अधिक होते हैं। इसके अलावा, सिक के ऊर्जा-कुशल गुण प्रति टन उत्पादित कास्ट धातु से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने में योगदान करते हैं।

7. विशिष्ट अनुप्रयोग

पारंपरिक कास्टिंग से परे, सिलिकॉन कार्बाइड उन्नत प्रक्रियाओं में विशिष्ट अनुप्रयोग पाता है। ‌लॉस्ट फोम कास्टिंग‌ में, सिक-लेपित फोम पैटर्न फोम के अपघटन को स्थिर करके आयामी सटीकता में सुधार करते हैं। ‌निवेश कास्टिंग‌ में, सिक-आधारित सिरेमिक शैल पारंपरिक सिलिका-आधारित सांचों की तुलना में बेहतर थर्मल स्थिरता प्रदान करते हैं। धातु भागों के ‌एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग‌ के लिए, सिक-प्रबलित पाउडर 3D-मुद्रित घटकों की लेजर अवशोषण क्षमता और घनत्व को बढ़ाते हैं।

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