اگر تا به حال زنجیره تامین صنعت هوافضا را دنبال کرده باشید، احتمالاً مواد فانتزی مانند تیتانیوم، کامپوزیت های فیبر کربن یا آلیاژهای آلومینیوم درجه بالا را تصور می کنید که به نظر می رسد متعلق به موتور جت یا بدنه ماهواره است. بیشتر مردم به سرباره فروسیلیکون، محصول جانبی ذوب فروسیلیکون فکر نمی کنند، چه رسد به نقش آن در هوا فضا. اما به‌عنوان یک تامین‌کننده سرباره فرو سیلیکون، سال‌ها وقت صرف کرده‌ام همین سوال را بپرسم: آیا این باقیمانده صنعتی به ظاهر کم‌ارزش در یکی از پرمخاطره‌ترین صنایع روی کره زمین جای دارد؟ هشدار اسپویلر: وجود دارد، اگرچه شما آن را در بدنه هواپیمای تجاری یا سپر حرارتی موشک پیدا نخواهید کرد. برنامه‌های کاربردی آن بسیار کاربردی‌تر هستند، اما به همان اندازه برای حفظ روان، مقرون‌به‌صرفه و بادوام عملیات هوافضا حیاتی هستند.
ابتدا اجازه دهید سرباره فرو سیلیکون واقعا چیست، زیرا با بسیاری از مردم صحبت می کنم که آن را با آلیاژهای فروسیلیکون که می فروشیم مخلوط کنند، مانندفرو سیلیکون 72یافرو سیلیکون 65. فرو سیلیکون آلیاژی است که از ذوب ضایعات کوارتز، کک و فولاد در کوره قوس الکتریکی ساخته می شود که بیشتر برای افزودن سیلیکون به فولاد یا چدن استفاده می شود. سرباره محصول جانبی پوسته ای و شیشه ای است که در هنگام ذوب روی آلیاژ مذاب شناور می شود. این از سیلیس، اکسید آلومینیوم، اکسید کلسیم و مقادیر کمی سیلیکون واکنش نداده و آهن ساخته شده است، بسیار مقرون به صرفه، فراوان، و دارای خواص فیزیکی (مقاومت در برابر حرارت بالا، پایداری شیمیایی) است که آن را فراتر از دور انداختن مفید می کند.
حالا این چگونه به هوافضا متصل می شود؟ بیایید با بخش‌هایی از صنعت شروع کنیم که بیشتر مردم نمی‌بینند: تولید مواد خام که به اجزای هوافضا می‌رود و نگهداری تجهیزات سنگین مورد استفاده در تولید هوافضا.
یکی از بزرگترین کاربردهایی که من دیده ام به عنوان یک جزء کلیدی در مواد نسوز است. دیرگدازها پوشش های مقاوم در برابر حرارت هستند که کوره ها و کوره های مورد استفاده برای ذوب، ریخته گری و پردازش تمام فلزات و کامپوزیت های مورد نیاز هوافضا را پوشش می دهند. در مورد آن فکر کنید: برای ساخت قطعات ریخته گری آلیاژ تیتانیوم برای تیغه های موتور جت، باید تیتانیوم را تا حدود 3000 درجه فارنهایت گرمتر از آنچه که اکثر مواد می توانند تحمل کنند، گرم کنید. نقطه ذوب بالای سرباره فرو سیلیکون (حدود 2900 درجه فارنهایت) و مقاومت در برابر شوک حرارتی آن را به یک افزودنی عالی برای مخلوط های نسوز تبدیل کرده است. این کمک می کند که آسترها دوام بیشتری داشته باشند، که برای سازندگان هوافضا بسیار مهم است. خاموش کردن کوره ذوب 50 فوتی برای جایگزینی آسترها ده ها هزار دلار در ساعت هزینه دارد، بنابراین حتی افزایش اندک در طول عمر آستر باعث صرفه جویی سالانه میلیون ها شرکت می شود. ما سرباره را به چند تولیدکننده نسوز که در مواد درجه یک هوافضا تخصص دارند عرضه می کنیم، و آنها به من می گویند که با تغییر از سرباره استاندارد به سرباره فرو سیلیکون فرآوری شده، زمان تعویض پوشش کوره آنها در سال گذشته 12 درصد کاهش یافته است. این یک تغییر بزرگ نیست.
در مرحله بعد، در تولید آلیاژهای ویژه برای قطعات خاص هوافضا ظاهر می شود. صبر کنید، نه، ما سرباره را مستقیماً به موتورهای جت اضافه نمی کنیم، اما این یک ماده اولیه برای ساخت است.آلیاژ تقویتیوآلیاژ فرو سیلیکون ریخته گریکه در مواردی مانند براکت های ماهواره، محفظه حسگرها و اجزای کوچک توربین قرار می گیرند. این کار به این صورت است: سرباره فرو سیلیکون فرآوری شده را می توان برای استخراج باقیمانده سیلیکون و آهن ذوب کرد، که سپس به آلیاژهایی که مهندسان هوافضا برای قطعاتی که باید سبک وزن، مقاوم در برابر خوردگی و به اندازه کافی قوی برای مقاومت در برابر خلاء فضا یا لرزش شدید پرتاب موشک استفاده کنند، تصفیه می شود. به عنوان مثال، آلیاژهای فرو سیلیکون ریخته‌گری شده اغلب در بخش‌های هوافضا غیر بحرانی اما با حجم بالا، مانند بست‌هایی که پانل‌های خورشیدی ماهواره‌ای را در جای خود نگه می‌دارند، استفاده می‌شوند. این قطعات به خلوص فوق العاده بالای تیتانیوم نیاز ندارند، اما باید ارزان، ماشینکاری آسان و مقاوم در برابر نوسانات دمایی مدار باشند. سیلیکون مشتق شده از سرباره ما بدون افزایش هزینه ها، استحکام مناسبی را به این آلیاژها اضافه می کند، که این یک پیروزی بزرگ برای شرکت های ماهواره ای کوچک است که نمی توانند از تیتانیوم برای هر جزء استفاده کنند.
یکی دیگر از کاربردهای جالب و زیر رادار در مواد کروی سازی برای آهن شکل پذیر است که در تجهیزات پشتیبانی زمینی هوافضا استفاده می شود. اگر تا به حال به فرودگاهی رفته باشید، یدک‌کش‌های بزرگی را دیده‌اید که هواپیماها را به سمت دروازه می‌کشند، جرثقیل‌های سنگینی که پالت‌های بار را حمل می‌کنند، یا موانع بتنی که باند فرودگاه را می‌کشند. تمام این تجهیزات از چدن داکتیل ساخته شده اند که بسیار قوی تر و بادوام تر از چدن معمولی است. عوامل کروی ساز موادی هستند که کربن موجود در چدن را به کره تبدیل می کنند که به آن استحکام بیشتری می بخشد. بسیاری از آن عوامل کروی، از جملهمقدمه ای کوتاه بر عوامل کروی، از سیلیکون به عنوان یک عنصر کلیدی استفاده کنید - و سیلیکون اغلب از سرباره فرو سیلیکون فرآوری شده به دست می آید. تجهیزات پشتیبانی زمینی (GSE) برای هوافضا باید تا 24 ساعت هفته، بارهای سنگین و آب و هوای سخت را تحمل کند. طبق گفته سازندگان GSE که ما با آنها کار می کنیم، استفاده از سیلیکون مشتق شده از سرباره در مواد کروی باعث می شود که قطعات چدن انعطاف پذیر 20 تا 30 درصد بیشتر دوام بیاورند. این به معنای زمان توقف کمتر، تعویض کمتر و عملیات ایمن‌تر روی وسایل آسفالت است که باعث می‌شود پروازهای تجاری به موقع انجام شوند.
صبر کنید، اما من باید در اینجا صادق باشم: سرباره فرو سیلیکون در بخش های پر زرق و برق و جذاب هوافضا استفاده نمی شود. آن را در بدنه فیبر کربنی بوئینگ 787 یا کاشی‌های محافظ حرارتی SpaceX Starship پیدا نخواهید کرد. اینها به مواد فوق خالص و سفارشی نیاز دارند که قیمت آنها بسیار بیشتر از سرباره است. اما برای قطعاتی که تولید و عملیات هوافضا را کارآمد نگه می‌دارند، سرباره شکافی را پر می‌کند که هیچ ماده دیگری نمی‌تواند آن را پر کند. مقرون به صرفه است، پایدار است (ما در حال بازیافت یک محصول جانبی هستیم که در غیر این صورت به محل دفن زباله می رود)، و به اندازه کافی از خواص مناسب برای انجام کار برخوردار است.
این زاویه پایداری دلیل بزرگی است که اخیراً در هوافضا مورد توجه قرار گرفته است. این صنعت متعهد شده است تا سال 2050 انتشار کربن خود را 50 درصد کاهش دهد، بنابراین شرکت ها به دنبال هر راهی برای کاهش ضایعات و استفاده مجدد از مواد هستند. سرباره سیلیکون فرو کاملاً با این هدف مطابقت دارد. به جای فرستادن آن به زباله‌دان، آن را پردازش می‌کنیم تا ناخالصی‌ها را حذف کنیم، ترکیب آن را آزمایش کنیم و به تامین‌کنندگان مرتبط با هوافضا بفروشیم که می‌توانند از آن برای ساخت قطعات یا مواد استفاده کنند. این یک برد دایره ای زنجیره تامین است که کیفیت را به خطر نمی اندازد.
در چند سال گذشته چند مهندس هوافضا داشتم که با من تماس گرفتند و پرسیدند که آیا سرباره می‌تواند در چیزهای پرمخاطب‌تری استفاده شود، اما در حال حاضر، علم از آن پشتیبانی نمی‌کند. قطعات درجه هوافضا نیاز به رعایت دقیق استانداردهای خلوص شیمیایی دارند - هر گونه ناخالصی جزئی در یک ماده می تواند باعث از کار افتادن قطعه در 30000 فوت یا در فضا شود. سرباره، در حالی که فرآوری می شود، هنوز دارای مقادیر کمی از مواد معدنی دیگر است، بنابراین برای تیغه های موتور جت یا اجزای ساختاری ماهواره ای مناسب نیست. اما کاربردهایی که دارد در نوع خود به همان اندازه مهم هستند. یک پوشش نسوز معیوب می تواند یک ریخته گری تیتانیوم 1 میلیون دلاری را از بین ببرد. یک قطعه آهن داکتیل ضعیف GSE می تواند باعث تاخیر در هواپیما شود و برای خطوط هوایی هزاران دلار در دقیقه هزینه داشته باشد. به همین دلیل است که شرکت‌های هوافضا به سرباره توجه می‌کنند، حتی اگر آن ماده جذابی نباشد که معمولاً در مورد آن صحبت می‌کنند.
به عنوان یک تامین کننده، چیزی که من آموخته ام این است که بهترین مواد صنعتی اغلب آنهایی هستند که مشکلات خاص و غیر جذاب را حل می کنند. سرباره فرو سیلیکون قرار نیست به خودی خود انقلابی در هوافضا ایجاد کند، اما بخش مهمی از زنجیره تامین است که صنعت را در حال کار نگه می دارد. برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه ها، کاهش ضایعات و ادامه فعالیت های خود هستند، این ماده ای است که ارزش کاوش را دارد.
اگر در صنعت هوافضا هستید و کنجکاو هستید که چگونه سرباره فرو سیلیکون فرآوری شده می‌تواند نیازهای تولید، GSE یا تولید مواد شما را پشتیبانی کند، خوشحال می‌شویم که شما را در مورد محصولات خود و نحوه خیاطی سرباره مطابق با مشخصات شما راهنمایی کنیم. ما با تولیدکنندگان نسوز، تولیدکنندگان آلیاژ و تامین کنندگان GSE در سراسر بخش هوافضا کار می کنیم و می توانیم آزمایش نمونه، ترکیب سفارشی و قیمت رقابتی را ارائه دهیم.
مراجع
- انجمن صنعت فرو سیلیکون. (2023). استفاده از محصولات جانبی در آلیاژهای با کارایی بالا. کاغذ سفید صنعت.
- انجمن مواد و فرآیندهای هوافضا. (2022). افزودنی های نسوز برای پردازش فلزات در دمای بالا. مجله مهندسی هوافضا.
- انجمن جهانی تولیدکنندگان چدن داکتیل (2023). روندهای عامل کروی برای تجهیزات صنعتی سنگین. گزارش فنی
- شورای بین المللی پایداری هوافضا (2022). مواد دایره ای زنجیره تامین برای تولید هوافضا. گزارش پایداری
