ক সিলিকন নাইট্রাইড স্টপার টিউব একটি নির্ভুল সিরামিক উপাদান যা প্রাথমিকভাবে লো-প্রেশার ডাই কাস্টিং, অ্যালুমিনিয়াম ঢালাই এবং অ লৌহঘটিত ধাতু প্রক্রিয়াকরণ অপারেশনে ব্যবহৃত হয় যা হোল্ডিং ফার্নেস বা ক্রুসিবল থেকে ডাই বা ছাঁচের গহ্বরে গলিত ধাতুর প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করতে। টিউব - সাধারণত একটি নলাকার বা কাছাকাছি-নলাকার সিরামিক হাতা - ধাতু স্থানান্তর সিস্টেমের মধ্যে বসে বা সংযোগ করে, এবং স্টপার রড বা প্লাগের সাথে একত্রে কাজ করে তরল ধাতুর প্রবাহকে পুনরাবৃত্তিযোগ্য নির্ভুলতার সাথে শুরু করতে, থামাতে এবং মিটার করতে। নিম্ন-চাপের ঢালাই পদ্ধতিতে বিশেষভাবে, স্টপার টিউব চাপা স্থানান্তর পথের অংশ গঠন করে যার মাধ্যমে গলিত অ্যালুমিনিয়াম বা অন্যান্য অ লৌহঘটিত অ্যালয়গুলিকে চুল্লি থেকে নিয়ন্ত্রিত গ্যাসের চাপে ডাইতে উপরের দিকে ঠেলে দেওয়া হয়।
কারণ সিলিকন নাইট্রাইড (Si3N4) এই অ্যাপ্লিকেশনটির জন্য পছন্দের উপাদানটি এমন বৈশিষ্ট্যগুলির সংমিশ্রণে নেমে আসে যে কোনও ধাতব বা বিকল্প সিরামিক উপাদান একই সাথে সমস্ত প্রয়োজনীয় কার্যক্ষমতার মাত্রা জুড়ে মেলে না। 680 থেকে 750 ডিগ্রি সেলসিয়াসে গলিত অ্যালুমিনিয়াম রাসায়নিকভাবে আক্রমনাত্মক, তাপগতভাবে চাহিদাপূর্ণ, এবং এটির সাথে যোগাযোগ করে এমন বেশিরভাগ উপাদানের জন্য ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে পারে। সিলিকন নাইট্রাইড তিনটি আক্রমণ মোডকে কার্যকরভাবে প্রতিহত করে, যার কারণে Si3N4 স্টপার টিউব এবং রাইজার টিউবগুলি বিশ্বব্যাপী অ্যালুমিনিয়াম ফাউন্ড্রি অপারেশনে শিল্পের মান হয়ে উঠেছে, ধীরে ধীরে ঢালাই লোহা, গ্রাফাইট এবং অ্যালুমিনা সিরামিক উপাদানগুলিকে প্রতিস্থাপন করে যা আগের প্রজন্মের কাস্টিং সরঞ্জামগুলিতে ব্যবহৃত হয়েছিল।
সিলিকন নাইট্রাইড কেন স্টপার টিউব অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে এত ভাল কার্য সম্পাদন করে তা বোঝার জন্য উপাদানটির কার্যকারিতার সময় আসলে কী অভিজ্ঞতা হয় তার প্রসঙ্গে এর উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলি দেখতে হবে। একটি লো-প্রেশার ঢালাই কক্ষে একটি স্টপার টিউব বারবার গলিত অ্যালুমিনিয়াম তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়, সেই তাপমাত্রায় বর্ধিত সময়ের জন্য রাখা হয়, তারপর রক্ষণাবেক্ষণ বা পরিবর্তনের সময় ঠান্ডা করা হয় - একটি তাপীয় সাইক্লিং ব্যবস্থা যা অল্প সময়ের মধ্যে বেশিরভাগ সিরামিককে ক্র্যাক করে।
সিলিকন নাইট্রাইডের যে কোনো স্ট্রাকচারাল সিরামিকের সর্বোচ্চ তাপীয় শক প্রতিরোধের রেটিং রয়েছে। এই বৈশিষ্ট্যটি — তাপীয় শক প্যারামিটার R দ্বারা পরিমাপ করা হয়, যা তাপ পরিবাহিতা, শক্তি এবং তাপ সম্প্রসারণ সহগকে একত্রিত করে — Si3N4 উপাদানগুলিকে দ্রুত তাপমাত্রার পরিবর্তন সহ্য করতে দেয় যা অ্যালুমিনা বা সিলিকন কার্বাইড উপাদানগুলিতে বিপর্যয়কর ক্র্যাকিং ঘটায়। সিলিকন নাইট্রাইডের তাপীয় প্রসারণের কম সহগ (প্রায় 3.2 × 10⁻⁶/°C) এর উচ্চ তাপ পরিবাহিতা অন্যান্য সিরামিকের তুলনায় এর অর্থ হল যে গলিত ধাতুতে নিমজ্জনের সময় নল প্রাচীর জুড়ে তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্টগুলি ফ্র্যাকচার ছাড়াই পরিচালনা করা যায়। ব্যবহারিক পরিভাষায়, একটি ভাল-তৈরি সিলিকন নাইট্রাইড স্টপার টিউবকে গলিত অ্যালুমিনিয়ামে 720 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় প্রিহিটিং ছাড়াই নিমজ্জিত করা যেতে পারে - এমন একটি ক্ষমতা যা রক্ষণাবেক্ষণ পদ্ধতিকে সহজ করে এবং ডাউনটাইম উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।
গলিত অ্যালুমিনিয়ামের অনেকগুলি ধাতু, অনেক অবাধ্য সিরামিক এবং গ্রাফাইট সহ এটির সাথে যোগাযোগ করে এমন অনেক উপকরণের সাথে ভেজা এবং মেনে চলার প্রবল প্রবণতা রয়েছে। এই ভেজা আচরণের কারণে অ্যালুমিনিয়াম ছিদ্রযুক্ত পদার্থ প্রবেশ করে, অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠে তৈরি হয় এবং অবশেষে ধাতব স্থানান্তর পথের উপাদানগুলিকে ব্লক বা ক্ষতি করে। সিলিকন নাইট্রাইড গলিত অ্যালুমিনিয়ামে ভেজা নয় - তরল অ্যালুমিনিয়াম এবং একটি পালিশ করা Si3N4 পৃষ্ঠের মধ্যে যোগাযোগের কোণ 90 ডিগ্রি ছাড়িয়ে যায়, যার অর্থ ধাতুটি সিরামিক পৃষ্ঠ জুড়ে ছড়িয়ে পড়ে না বা প্রবেশ করে না। এই বৈশিষ্ট্যটি স্টপার টিউবের অভ্যন্তরীণ বোরকে পরিচ্ছন্ন রাখে এবং বর্ধিত পরিষেবার সময়কালে মাত্রাগতভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ রাখে, সঠিক প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ বজায় রাখে এবং পরিষ্কারের ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস করে।
নন-ওয়েটিং এর বাইরে, সিলিকন নাইট্রাইড সাধারণত ঢালাইয়ে ব্যবহৃত অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়গুলির প্রতি রাসায়নিকভাবে প্রতিরোধী - সহ উচ্চ-সিলিকন অ্যালয় (A380, A356), ম্যাগনেসিয়াম-ধারণকারী অ্যালয় এবং কপার-বিয়ারিং অ্যালয়গুলি - সাধারণ ঢালাই অপারেশনের তাপমাত্রা পরিসীমা জুড়ে৷ এই প্রতিরোধ গলিত চিকিত্সা ব্যবহৃত fluxes এবং degassing এজেন্ট প্রসারিত. অ্যালুমিনিয়াম গলনের সংস্পর্শে Si3N4 এর রাসায়নিক স্থিতিশীলতার মানে হল যে সিরামিক দ্রবীভূতকরণ থেকে ঢালাইয়ের দূষণ নগণ্য, যা অ্যালুমিনিয়াম অংশের পরিচ্ছন্নতা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি শক্তভাবে নির্দিষ্ট করা অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
কক্ষ তাপমাত্রায় শক্তিশালী অনেক সিরামিক উচ্চ তাপমাত্রায় দ্রুত শক্তি হারায়। সিলিকন নাইট্রাইড তার কক্ষ-তাপমাত্রার নমনীয় শক্তির একটি উচ্চ অনুপাত ধরে রাখে প্রায় 1,000 ° সে পর্যন্ত - অ্যালুমিনিয়াম ঢালাইয়ের অপারেটিং পরিসরের উপরে। এই ধরে রাখা উচ্চ-তাপমাত্রার শক্তি সিলিকন নাইট্রাইড স্টপার টিউবগুলিকে চাপযুক্ত ধাতব প্রবাহ, স্টপার রড যোগাযোগ শক্তি এবং বিকৃতি বা ফ্র্যাকচার ছাড়াই যে কোনও হ্যান্ডলিং স্ট্রেস দ্বারা আরোপিত যান্ত্রিক লোড সহ্য করতে দেয়। ফাউন্ড্রি উপাদানগুলিতে ব্যবহৃত সিন্টারযুক্ত সিলিকন নাইট্রাইডের জন্য সাধারণ নমনীয় শক্তির মান ঘরের তাপমাত্রায় 600 থেকে 900 MPa পর্যন্ত হয়, যা 800 ডিগ্রি সেলসিয়াসে প্রায় 500 থেকে 700 MPa পর্যন্ত হ্রাস পায়।
সমস্ত সিলিকন নাইট্রাইড সমতুল্য নয়। একটি কঠিন উপাদান মধ্যে Si3N4 পাউডার ঘনীভূত করতে ব্যবহৃত উত্পাদন প্রক্রিয়া উল্লেখযোগ্যভাবে ফলে মাইক্রোস্ট্রাকচার, ঘনত্ব এবং কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে। ফাউন্ড্রি সিরামিক উপাদানগুলিতে তিনটি প্রধান গ্রেডের সম্মুখীন হয়:
| গ্রেড | উত্পাদন প্রক্রিয়া | ঘনত্ব (g/cm³) | সাধারণ প্রয়োগ | আপেক্ষিক খরচ |
| বিক্রিয়া বন্ধন Si3N4 (RBSN) | নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডলে নাইট্রাইডেড সিলিকন পাউডার | 2.4 - 2.6 | সাধারণ ফাউন্ড্রি টিউব উপাদান, নিম্ন চাপ প্রয়োগ | নিম্ন |
| Sintered Si3N4 (SSN) | sintering এইডস সঙ্গে গরম চাপ বা চাপহীন sintering | 3.1 - 3.2 | উচ্চ-কর্মক্ষমতা স্টপার টিউব, নির্ভুলতা ঢালাই | মাঝারি-উচ্চ |
| গরম আইসোস্ট্যাটিক চাপা Si3N4 (HIP-Si3N4) | পোরোসিটি দূর করতে উচ্চ আইসোস্ট্যাটিক চাপের অধীনে সিন্টারিং | 3.2 - 3.25 | সর্বাধিক নির্ভরযোগ্যতা এবং পরিষেবা জীবন প্রয়োজন সমালোচনামূলক উপাদান | উচ্চ |
রিঅ্যাকশন বন্ডেড সিলিকন নাইট্রাইড হল স্টপার টিউবগুলির জন্য স্ট্যান্ডার্ড লো-প্রেশার অ্যালুমিনিয়াম ডাই কাস্টিং-এর জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত গ্রেড কারণ এটি তাপীয় শক প্রতিরোধ, অ-ভেজা আচরণ এবং খরচের একটি ভাল ভারসাম্য সরবরাহ করে। এর অবশিষ্ট পোরোসিটি - সাধারণত আয়তনের দ্বারা 15 থেকে 20% - আক্রমণাত্মক রাসায়নিক পরিবেশে একটি সীমাবদ্ধতা কিন্তু বেশিরভাগ অ্যালুমিনিয়াম খাদ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গ্রহণযোগ্য। সিন্টারড এবং এইচআইপি গ্রেডগুলি উচ্চতর ঘনত্ব এবং শক্তি প্রদান করে এবং উচ্চ-চাপ প্রয়োগে, ম্যাগনেসিয়াম ঢালাই (যেখানে গলে যাওয়া প্রতিক্রিয়াশীলতা বেশি) বা যেখানে উপাদান পরিবর্তনের মধ্যে বর্ধিত পরিষেবা জীবন একটি অগ্রাধিকার।
একটি নিম্ন-চাপের অ্যালুমিনিয়াম ডাই কাস্টিং সেলে, সিলিকন নাইট্রাইড স্টপার টিউব — যা কিছু সিস্টেমে রাইজার টিউব, স্টক টিউব বা ট্রান্সফার টিউব হিসাবেও উল্লেখ করা হয় — এটি উল্লম্ব নালী গঠন করে যার মাধ্যমে গলিত অ্যালুমিনিয়াম নীচের সিল করা চুল্লি থেকে উপরে ডাই পর্যন্ত যায়। সিস্টেমটি ফার্নেস হেডস্পেসে শুষ্ক বায়ু বা নাইট্রোজেনের নিয়ন্ত্রিত নিম্নচাপ (সাধারণত 0.3 থেকে 1.0 বার) প্রয়োগ করে কাজ করে, গলিত ধাতুকে স্টপার টিউবের মাধ্যমে এবং ডাই ক্যাভিটিতে ঠেলে দেয়। যখন ঢালাই চক্র সম্পূর্ণ হয় এবং চাপ নির্গত হয়, তখন ডাই-এর ধাতু শক্ত হয়ে যায় যখন টিউবের কোনো অতিরিক্ত চুল্লিতে ফিরে আসে।
স্টপার টিউবকে অবশ্যই ফার্নেস কভার এবং ডাই মাউন্টিং প্লেটের বিরুদ্ধে কার্যকরভাবে সিল করতে হবে যাতে চাপে ধাতব ফুটো রোধ করা যায়। এই সিলিং ফাংশনটি সাধারণত সিরামিক ফাইবার গ্যাসকেট বা ধাতব সিলিং উপাদানগুলির সাথে মিলিত টিউবের প্রান্তে ঘনিষ্ঠ মাত্রিক সহনশীলতার মাধ্যমে অর্জন করা হয়। ল্যামিনার ধাতব প্রবাহ নিশ্চিত করতে এবং ঢালাইয়ে অশান্তি-প্ররোচিত অক্সাইড প্রবেশ রোধ করতে টিউবের বোর অবশ্যই মসৃণ এবং ব্যাসের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে হবে — নিম্ন-সহনশীলতার বিকল্পগুলির পরিবর্তে নির্ভুল-গ্রাউন্ড Si3N4 টিউব ব্যবহার করার জন্য প্রাথমিক মানের ড্রাইভারগুলির মধ্যে একটি।
স্টপার ফাংশন নিজেই — মিটারিং বা ধাতু প্রবাহ বন্ধ করা — সিস্টেম ডিজাইনের উপর নির্ভর করে বিভিন্ন উপায়ে অর্জন করা যেতে পারে। কিছু কনফিগারেশনে, একই বা অনুরূপ সিলিকন নাইট্রাইড উপাদান থেকে তৈরি একটি সিরামিক স্টপার রড টিউবের গোড়ায় একটি মেশিনযুক্ত আসনের বিপরীতে এটিকে বন্ধ করতে। অন্যদের ক্ষেত্রে, চাপ ব্যবস্থা নিজেই প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ হিসাবে কাজ করে, টিউবটি খোলা থাকে এবং ধাতব প্রবাহ সম্পূর্ণরূপে প্রয়োগ করা চাপ চক্র দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। একটি প্রতিস্থাপন সিলিকন নাইট্রাইড রাইজার টিউব নির্দিষ্ট করার সময় আপনার কাস্টিং সেল কোন কনফিগারেশন ব্যবহার করে তা বোঝা অপরিহার্য, কারণ টিউবের জ্যামিতি শেষ হয় এবং যেকোন অভ্যন্তরীণ বসার বৈশিষ্ট্য অবশ্যই নির্দিষ্ট সিস্টেম ডিজাইনের সাথে মেলে।
সিলিকন নাইট্রাইড স্টপার টিউবগুলি যথার্থ উপাদান, এবং মাত্রিক নির্ভুলতা সরাসরি ঢালাই গুণমান এবং সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতাকে প্রভাবিত করে। নিম্নলিখিত মাত্রাগুলি যে কোনও Si3N4 স্টপার টিউব অর্ডারের জন্য প্রাথমিক স্পেসিফিকেশন পরামিতি:
স্টপার টিউব এবং রাইজার টিউব অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে আরও বেশ কয়েকটি সিরামিক উপকরণ ব্যবহার করা হয়েছে এবং কিছু নির্দিষ্ট প্রসঙ্গে ব্যবহার করা হয়। সিলিকন নাইট্রাইড এই বিকল্পগুলির সাথে কীভাবে তুলনা করে তা বোঝা কেন এটি অ্যালুমিনিয়াম ঢালাই অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রভাবশালী উপাদান হয়ে উঠেছে।
| উপাদান | তাপ শক প্রতিরোধের | কl wetting resistance | যান্ত্রিক শক্তি | সাধারণ সেবা জীবন |
| সিলিকন নাইট্রাইড (Si3N4) | চমৎকার | চমৎকার | অনেক উঁচুতে | মাস থেকে বছর |
| কlumina (Al2O3) | দরিদ্র-মধ্যম | পরিমিত | উচ্চ | সপ্তাহ |
| সিলিকন কার্বাইড (SiC) | ভাল | পরিমিত | অনেক উঁচুতে | সপ্তাহ to months |
| গ্রাফাইট | চমৎকার | ভাল | নিম্ন-মধ্যম | সপ্তাহ (oxidises) |
| ঢালাই লোহা | দরিদ্র | দরিদ্র (dissolves) | পরিমিত | দিন থেকে সপ্তাহ |
কlumina tubes are significantly cheaper than silicon nitride but fail rapidly under the thermal cycling of casting operations due to poor thermal shock resistance. Silicon carbide offers good thermal shock resistance and strength but is more prone to aluminium wetting than silicon nitride and is harder to machine to tight tolerances. Graphite handles thermal shock well and is easy to machine but oxidises progressively in air at casting temperatures, causing dimensional loss and contamination risk over time. Cast iron was used in early low-pressure casting systems but is attacked by molten aluminium and produces iron contamination in the melt — unacceptable for most modern alloy specifications.
যদিও নিম্ন-চাপের অ্যালুমিনিয়াম ডাই কাস্টিং হল সিলিকন নাইট্রাইড স্টপার টিউবগুলির জন্য প্রাথমিক প্রয়োগ, একই বৈশিষ্ট্যগুলির সমন্বয় Si3N4 সিরামিক টিউবগুলিকে বিভিন্ন সম্পর্কিত শিল্প প্রসঙ্গে দরকারী করে তোলে।
ম্যাগনেসিয়াম গলে অ্যালুমিনিয়ামের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি প্রতিক্রিয়াশীল, দূষণ বা উপাদানের অবক্ষয় এড়াতে এমনকি উচ্চতর রাসায়নিক প্রতিরোধের উপাদানগুলির প্রয়োজন হয়। ঘন sintered সিলিকন নাইট্রাইড ম্যাগনেসিয়াম ঢালাই পরিবেশে ভাল কাজ করে যেখানে প্রতিক্রিয়া বন্ধন গ্রেড প্রান্তিক হতে পারে। Si3N4 এর নন-ওয়েটিং এবং রাসায়নিক প্রতিরোধের বৈশিষ্ট্যগুলি এটিকে নিয়ন্ত্রিত ঢালাই অপারেশনে সরাসরি গলিত ম্যাগনেসিয়ামের যোগাযোগের জন্য উপযুক্ত কয়েকটি সিরামিক উপাদানগুলির মধ্যে একটি করে তোলে।
জিঙ্ক অ্যালয়গুলির হট চেম্বার ডাই কাস্টিং ট্রান্সফার সিস্টেম ব্যবহার করে যা 400 থেকে 450 ডিগ্রি সেলসিয়াসে গলিত জিঙ্কের সাথে অবিচ্ছিন্ন যোগাযোগে থাকে। এই সিস্টেমগুলির সিলিকন নাইট্রাইড উপাদানগুলি উপাদানের অ-ভেজা আচরণ এবং রাসায়নিক প্রতিরোধের থেকে উপকৃত হয়, কম প্রতিরোধী পদার্থের সাথে ঘটে যাওয়া দস্তা বিল্ড আপ এবং ক্ষয় হ্রাস করে। অ্যালুমিনিয়াম ঢালাইয়ের তুলনায় নিম্ন অপারেটিং তাপমাত্রার মানে হল যে প্রতিক্রিয়া বন্ধন Si3N4 সাধারণত দস্তা প্রয়োগের জন্য যথেষ্ট।
সিলিকন নাইট্রাইড সুরক্ষা টিউবগুলি গলিত ধাতব স্নানের তাপমাত্রা পরিমাপ করার জন্য থার্মোকলগুলি রাখতে ব্যবহৃত হয়, যেখানে তাপীয় শক প্রতিরোধের এবং অ-ভেজা আচরণের সংমিশ্রণ থার্মোকল উভয়কেই রক্ষা করে এবং পরিমাপের সঠিকতা বজায় রাখে। অ্যালুমিনিয়াম গলে নিমজ্জিত Si3N4 থার্মোকল টিউবগুলি দীর্ঘ পরিমাপের সময়কালে তাদের মাত্রিক অখণ্ডতা এবং পৃষ্ঠের পরিচ্ছন্নতা বজায় রাখে, ধাতব সুরক্ষা টিউবগুলির তুলনায় আরও স্থিতিশীল এবং সঠিক তাপমাত্রা রিডিং প্রদান করে, যা গলিত দ্বারা আক্রান্ত হয়।
অ্যালুমিনিয়াম গলানো থেকে দ্রবীভূত হাইড্রোজেন অপসারণ করতে ব্যবহৃত রোটারি ডিগাসিং সিস্টেমগুলি ঘূর্ণায়মান ইম্পেলার শ্যাফ্ট এবং গ্যাস ইনজেকশন টিউব ব্যবহার করে — যান্ত্রিক লোডের অধীনে গলিত অ্যালুমিনিয়ামের সাথে টেকসই যোগাযোগে থাকা উপাদানগুলি। এই অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সিলিকন নাইট্রাইড শ্যাফ্ট এবং টিউবগুলিকে অবশ্যই উপাদানের রাসায়নিক প্রতিরোধের এবং অ-ভেজা বৈশিষ্ট্যগুলিকে ডিগ্যাসিং প্রক্রিয়ার ঘূর্ণমান লোডগুলি পরিচালনা করার জন্য পর্যাপ্ত যান্ত্রিক শক্তির সাথে একত্রিত করতে হবে, যা ঘন sintered বা HIP গ্রেডগুলিকে উপযুক্ত স্পেসিফিকেশন তৈরি করে।
ফাউন্ড্রি সিরামিক উপাদানগুলির বাজারে বিভিন্ন মানের সরবরাহকারীর বিস্তৃত পরিসর রয়েছে। সিলিকন নাইট্রাইড স্টপার টিউবের মতো গুরুত্বপূর্ণ উপাদানের জন্য — যেখানে ব্যর্থতার অর্থ অপরিকল্পিত ডাউনটাইম, স্ক্র্যাপ কাস্টিং বা নিরাপত্তার ঘটনা হতে পারে — সরবরাহকারীর যোগ্যতা সতর্ক মনোযোগের দাবি রাখে।
আপনি কি চান তা আমাদের জানান, এবং আমরা যত তাড়াতাড়ি সম্ভব আপনার সাথে যোগাযোগ করব!