ورق سیلیکون استیل یکی از پرکاربردترین و ضروری ترین آلیاژ آهنی در صنایع برق، الکترونیک و نظامی محسوب میشود. این استقبال در صنعت برق و الکترونیک به دلیل خواص مهم عنصر سیلیکون است. این عنصر قرنهاست که مورد استفاده بشر قرار گرفته است. از یونان و مصر باستان تا فینیقی ها در ساخت خانه و لوازمی مانند کوره و ظروف سفالی مختلف استفاده می کردند.
امروزه از آن در ساخت سخت افزارهای کامپیوتری و صنعت برق نقش بسیار مهمی دارد. به طور مثال در ساخت ترانزیستورها، نیمه هادی ها، انواع لوازم الکترونیکی و دیجیتالی مانند تلفن همراه و انواع رایانه ها کاربرد دارد. به همین دلیل اواخر قرن 20، اوایل قرن 21 ام را با نام «عنصر سیلیکون یا عنصر دیجیتال» معرفی می کنند.
سیلیکون (Silicone) چیست؟
ورق سیلیکون استیل از عنصر شبه فلزی به نام «سیلیکون» ساخته می شود. البته دانشمندان از سال 1787 نام های متفاوتی را برای این عنصر بیان کردنده اند. آنتوان لاووازیه نام «سیلیکا»، همفری دیوی نام «سیلیسیوم» و شیمیدان توماس تامسون نام «سیلیکون» را انتخاب کرده اند. این دانشمندان روش های متعددی را برای شناخت و به دست آوردن سیلیکون خالص امتحان کردند اما متاسفانه اکثر آنها ناموفق بودند.
سیلیکون چیست
در سال 1920 ویلیام لورنس بلاگ با اشعه X توانست بلورشناسی ترکیب سیلیکون را مشخص کند. عنصر سیلیکون با نماد Si در جدول مندلیف و با عدد اتمی 14 شناخته می شود. عدد جرمی این عنصر در حالت جامد 28/085 است، البته جرم آن در حالت مایع از جامد بیشتر می شود. سیلیکون یک شبه فلز یا غیرفلز، از خانواده کربن و پایین تر از آن قرار دارد.
دی اکسید سیلیس
بعد از اکسیژن، فراوان ترین عنصر در پوسته سطح زمین به شمار میآید. از ویژگیهای بسیار مهم این عنصر نقطه ذوب و نقطه جوش بسیار بالای آن است، در نتیجه ویژگی رسانای حرارتی یا گرمایی آن نیز بسیار بالاست. یک عنصر واکنش پذیر است که در طبیعت می توان به شکل «دی اکسید سیلیس» مشاهده کرد. کوارتزیت، ماسه و جاسپر از منابع سیلیس به شمار میآیند. از این عنصر در ساخت ورق های آلیاژی در کنار سایر عناصر فلزی و غیرفلزی دیگر استفاده می شود. این آلیاژها میتواند آلیاژ آهنی یا غیرآهنی باشند.
ورق آلیاژی (Alloy) چیست؟
برخی عناصر فلزی به تنهایی خواص فیزیکی و شیمیایی ضعیفی دارند، به همین دلیل کاربرد آنها بسیار محدود میشود. اما تولید آلیاژهایی مانند ورق سیلیکون استیل موجب تغییر، بهبود و همچنین استفاده گسترده از آن در صنایع مختلف میشود. دانشمندان تلاش می کنند ویژگی های خاص آلیاژ ها را با توجه به نوع کاربرد، بهبود ببخشند، خواصی مانند:
- چگالی
- شکل پذیری
- نقطه ذوب و جوش بالا
- هدایت الکتریکی و حرارتی
- بالا رفتن استحکام کششی
- ماشینکاری یا چکش خواری
- افزایش سختی و مقاومت در برابر خوردگی
ورق آلیاژی از ترکیب یا محلول کردن یک عنصر فلزی، با یک یا چند عنصر فلزی و غیرفلزی به دست می آید. آسان ترین راه برای به دست آوردن آلیاژ، ذوب کردن عناصر با یکدیگر است. یادآور می شویم که اولین آلیاژ ساخته بشر آلیاژ برنز است که توسط بابلی ها ابداع و ساخته شده است.
در صنعت فولاد انواع آلیاژها از جمله ورق سیلیکون استیل برای مصارف گوناگون در صنایع مختلف، تولید می شود.
ورق سیلیکون استیل چیست؟
اکنون دانستیم که ورق سیلیکون استیل یک نوع آلیاژ است. فولاد الکتریکی با نام های مختلفی مانند فولاد لمینیت، الکتریکی سیلیکونی، سیلیکونی یا فولاد ترانسفورماتور شناخته می شود. ورق سیلیکون استیل ورقی است که خاصیت الکتریکی بالایی داشته و در دسته ورق نسوز قرار دارد. این ورق آلیاژی از یک عنصر اصلی به نام آهن تشکیل می شود. عناصر دیگر مانند سیلیکون (Si) 1 تا 6%، منگنز (Mn) و آلومینیوم (Al) حدود 0.5% به آن اضافه می شود. عناصر دیگر مانند کربن (C)، گوگرد (S) اکسیژن (O) و نیتروژن (N) باید حذف شوند، زیرا به آلیاژ آسیب می رسانند.
این ترکیب باعث افزایش خاصیت مغناطیسی ورق سیلیکون استیل می شود. در نتیجه بیشترین کاربرد را در صنعت برق و الکترونیک دارد. ورق سیلیکون استیل با یک لایه عایق به نام Coreplate پوشانده میشود. عایق بندی باعث میشود تا لایه های این ورق در مصارف الکتریکی نیاز به عایق بندی نداشته باشد.
انواع ورق سیلیکون استیل
ورق سیلیکون استیل به عنوان ورق فولادی الکتریکی شناخته شده است. البته از لحاظ مغناطیسی می توان آن را به دو دسته تقسیم کرد:
ورق سیلیکون استیل دانه گرا (Oriented): این ورق حاوی 3% سیلیکون می باشد. از این ورق برای ساخت ترانسفورماتورهایی استفاده می شود که جهت میدان مغناطیسی مشخصی دارند. در مواردی کاربرد دارد که شیء ثابت است و چرخشی ندارد. آلیاژ این نوع، دارای نفوذپذیری بالا و ضریب خستگی بسیار کمی است.
ورق سیلیکون استیل غیرگرا یا غیر جهت دار (non-Oriented): حاوی 2%-3.5% سیلیکون است. از این ورق زمانی استفاده می شود که خواص مغناطیسی در هر جهت مشابه است. معمولاً در دستگاه هایی که دارای چرخش هستند کاربرد دارد. برای ساخت موتور ترانسفورماتورهای کوچک و ژنراتور ها، از این ورق استفاده می کنند.
ویژگی های ورق سیلیکون استیل
عنصر آهن در ورق های فولادی، رسانای الکتریکی کمی دارند. زمانی که در ورق فولادی عنصر آهن با سیلیکون ترکیب شود:
- از افت ولتاژ پیشگیری می کند.
- عمر مفید قطعات ساخته شده با آن طولانی است.
- در صورت آسیب به راحتی میتوان آن را جایگزین کرد.
- در میدان مغناطیسی اصطکاک بسیار کمی ایجاد میکند.
- انبساط و انقباض آن در میدان اختصاصی بسیار پایین است.
- خاصیت مغناطیسی و هدایت الکتریکی بسیار بالایی خواهد داشت.
- تلفات یا پسماند آن بر اثر تولید گرما و هدر رفت آن بسیار کم است.
ضخامت ورق سیلیکون استیل از 0.23 تا 0.5 میلیمتر متغیر است. البته در طول و عرض های بسیار متفاوتی تولید می شود.
کاربردهای ورق سیلیکون استیل
عنصر سیلیکون علاوه بر ساخت ورق سیلیکون استیل در سایر آلیاژها مانند آلومینیوم، سیلیس و… کاربرد دارد. بنابراین محدود به ساخت این ورق نمیشود. سیلیکون مادهایست که برای تولید هستههای مغناطیسی خاص مانند استاتورها و روتورها در ترانسفورماتورها و موتورها استفاده میشود. از این عنصر معمولاً برای ساخت تجهیزات مختلف از صنعت برق تا ساخت قطعات حساس مانند نیمه هادی ها و… کاربرد دارد. کاربرد های ورق سیلیکون استیل عبارتند از:
- برای سیستم های الکتریکی کاربرد دارد.
- برای ساخت سوئیچ و لوله ها استفاده میشود.
- در ساخت ترانسفورماتورهای جوشکاری نقش مهمی دارد.
- برای تقویت کننده ها و موتورهای مغناطیسی کاربرد دارد.
- برای ساخت موتورهایی که در وسایل نقلیه استفاده میشود.
- در طراحی و ساخت ترانس شبکه برق و توزیع آن، نقش حیاتی دارد.
- در موتورهای هرمتیک، موتور جریان متناوب و موتور سرویس متناوب کاربرد دارد.
- در ساخت ماشین اصطکاک استفاده می شود، خودروهایی که با برق حرکت می کنند.
- برای ساخت انواع ترانسفورماتورهای کوچک و بزرگ جریان یا صوت، کاربرد بسیار مهمی دارد.
