فیوزد سیلیکا (سیلیکا ذوبی)

فیوزد سیلیکا از پرکاردترین مواد در صنایع نظامی محسوب می­‌شود. ساخت قطعات از جنس فیوزد سیلیکا (سیلیکای ذوبی) به دلیل شوک پذیری و خواص الکترومغناطیسی عالی از دهه 60 مورد توجه زیادی بوده است ،در این راستا فعالیت‌های تحقیقاتی صورت پذیرفته است. از سیلیکای ذوبی به دلیل ضریب انباسط حرارتی بسیار کم، برای کاریردهایی که تغییر دما در آن­ها سریع و شدید است استفاده می­‌شود. از جمله­‌ی این کاربردها می­‌توان به ریدوم‌ها و یا آینه­‌های تلسکوپی اشاره کرد. یکی از مشکلات کار با سیلیکا، نداشتن نقطه‌­ی ذوب مشخص است. در دمای1704 که به عنوان دمای ذوب سیلیکا از آن یاد می­‌شود، سیال سیلیکا دارای ویسکوزیته 10⁷ پواز است. این درحالی است که ویسکوزیته سیال شیشه در حالتی که قابلیت کار پذیری دارد در حدود 10⁴ است. استفاده از سیلیکای ذوبی با ریخته­‌گری مذاب برای قطعات بزرگ بسیار پر هزینه است. از این روی فرآیند ری باند(Rebond) سیلیکای ذوبی به عنوان یک جانشین مناسب و کم هزینه، دیریست که مد نظر قرار گرفته است.

فرآیند ری باند سیلیکای ذوبی در دمای بین 982 الی 1315 سانتی­گراد انجام شده و از این حیث در کاهش هزینه­‌ها بسیار موثر است. برخی خواص سیلیکای ذوبی ری باند با سیلیکای ریخته­‌گری مذاب متفاوت است اما خواصی نظیر ضریب انبساط حرارتی و گرمای ویژه تغییری نمی­‌کند. از این جهت سیلیکای ذوبی ری باند خواص مناسبی برای کاربردهای هوافضا دارد.

سیلیکای ذوبی از محدود مواد غیرکامپوزیتی مناسب برای ریدوم­‌های مورد استفاده در سرعت­‌های بالای 5 ماخ است. طبق بررسی­‌های انجام شده ریدوم­‌هایی از جنسBN  از نظر ثابت دی الکتریک و تانژانت اتلاف از سیلیکای ذوبی بهتر هستند، اما مشکل اساسی ریدوم­‌های BN، ترکیب شدن این ماده با هوا در دمای بالا و حین کار است. از جمله پارامترهای مهم برای ریدوم­های هایپرسونیک عبارتند از: 1. خواص دی الکتریک 2. وزن 3. خواص مکانیکی و حرارتی 4. مقاومت به شوک حرارتی. در اکثر موارد دی الکتریک مورد نیاز برای ریدوم­‌ها باید زیر 10 باشد و همچنین نباید این مقدار در دمای مورد استفاده بیش از 10% تغییر کند. مقدار تانژانت اتلاف باید کمتر از 0.01 باشد. ثابت دی الکتریک پایین این اجازه را می­‌دهد که خطای ضخامت دیواره ریدوم بیشتر باشد. سیلیکای ذوبی دارای ثابت الکتریک کم و تقریبا ثابت تا دمای 1370 سانتی­گراد است. علاوه بر آن، این ماده تانژانت اتلافی زیر 0.01 تا دمای ذکر شده دارد.

سیلیس شیشه ای (Vitrous) یا ذوب شده ( Fused ) دارای ضریب انبساط حرارتی پائینی است که آن را بعنوان یک ماده ایده آل برای مصارف مقاوم در مقابل شوک حرارتی معرفی کرده است. پیشتر، بدنه‌­های سیلیس آمورف یا شیشه ای فقط از طریق ذوب و ریخته گری در دماهای بالای C° ۱۷۰۰ بدست می‌آمد. تولید این دیرگدازها فوق العاده گران بوده نتیجتا کاربرد آن را مخصوص می‌ساخت. در اواخر دهه ۱۹۵۰ ساخت بدنه هایی به روش ریخته گری دوغابی آغاز گردید که مواد اولیه آن از طریق ذوب ماسه سیلیسی بدست می آمد. فرایند ریخته گری دوغابی سیلیس آمورف از توجیه اقتصادی فوق العاده خوبی برخوردار است. چون این روش از هزینه بسیار کم ولی قدرت شکل دادن بالایی برخوردار است، در واقع امکان ساخت قطعات پیچیده با هزینه کم فراهم شده است.

روش های تولید فیوزد سیلیکا

1.روش ذوب سیلیکا

در این روش سیلیکای ذوبی از طریق ذوب کوارتز در کوه های قوس الکتریکی بدست می آید. ماده­ی بدست آمده از این روش مقداری تخلخل باقی مانده دارد. علاوه بر این ناخالصی­های موجود در شن و ماسه ممکن است باعث کنده شدن و ورود گرافیت الکترود کوره قوس الکتریکی در طی فرآیند ذوب شود. در نتیجه ی این اتفاق رنگ ماده از حالت شفاف به سمت کدری رفته و محدوده رنگی آن از سفید تا خاکستری تیره یا حتی مشکی میتواند  متفاوت باشد.

2. روش ذوب کوارتز خلوص بالا در شعله ی اکسی هیدروژن

سیلیکای ذوبی تولید شده از این روش بین 0.015 تا 0.04 درصد وزنی هیدروکسیل دارد که این مقدار ناشی از ذوب در شعله می باشد.

3.روش سنتز سیلیکات

این روش حاصل از هیدرولیز بخار ترکیبات سیلیکا مانند سیلیکون تتراکلراید است. در این روش مقدار بالایی(تا 0.1 درصد وزنی) هیدروکسیل وجود دارد ولی تقریبا هیچ آلودگی فلزی ندارد. این ماده بوسیله اکسیداسیون سیلیکون تتراکلراید و ذوب سیلیکا در شعله بدون بخار آب مانند پلاسمای اکسیژن-آرگون تولید می شود و در نتیجه پودر حاصل بسیار خالص و تقریبا بدون هرگونه ناخالص هیدروکسیل و فلز می باشد.