تحدي العميل
واجه المعهد السويسري قيودًا حرجة مع أوعية الألومينا والجرافيت التقليدية في عمليات تلبيد السيراميك عالية النقاء (1700 درجة مئوية +):
- مخاطر التلوث: أطلقت أوعية الألومينا أيونات قلوية في مساحيق السيراميك، مما أضر بنقاء المواد لمكونات الفضاء.
- إخفاقات الصدمة الحرارية: تشققت أوعية الجرافيت بعد 50 دورة حرارية، مما تسبب في فقدان العينات في تجارب البحث والتطوير باهظة الثمن.
- عدم كفاءة العملية: أدت عمليات الاستبدال والتنظيف المتكررة إلى تأخير الجداول الزمنية للمشروع بنسبة 30٪.
نقاط الألم الأساسية:
- عدم القدرة على الحفاظ على نقاء المواد في البحث والتطوير عالي القيمة.
- عمر خدمة قصير في بيئات الدوران الحراري الشديدة.
- ارتفاع التكاليف من التجارب الفاشلة ووقت التوقف.
حل Kegu
طورت Kegu أوعية من كربيد السيليكون (SiC) الملبدة بالضغط مصممة لتطبيقات درجات الحرارة العالية فائقة النظافة:
الابتكارات التقنية
-
تصميم محسن للنقاء
- تركيبة المادة: 99.9٪ SiC نقي (محتوى الشوائب المعدنية<50 جزء في المليون)، معتمد من المركز السويسري للإلكترونيات والتكنولوجيا الدقيقة (CSEM).
- تشطيب السطح: مصقول إلى Ra ≤ 0.5μm لتقليل التصاق المسحوق وضمان سهولة التنظيف.
-
أداء البيئة القاسية
- نطاق درجة الحرارة: مستقر من درجة حرارة الغرفة إلى 1800 درجة مئوية، ويتحمل 1000+ دورة حرارية (-20 درجة مئوية إلى 1800 درجة مئوية) دون تشقق.
- مقاومة التآكل: لا تتأثر بالتدفقات العدوانية (مثل Na2CO3 و K2O) المستخدمة في تخليق السيراميك.
- التوصيل الحراري: 140 واط/متر·ك، مما يتيح تسخينًا موحدًا وتقليل وقت التلبيد بنسبة 20٪.
-
إمكانية التتبع ومراقبة الجودة
- نقاء المواد الخام: مسحوق SiC مصدره رواسب الكوارتز فائقة النظافة (تعدين معتمد من ISO 14001).
- عملية الإنتاج: تلبيد الفراغ عند 2200 درجة مئوية لمدة 20 ساعة تحت جو الأرجون للقضاء على العيوب الناتجة عن الأكسجين.
- بروتوكول الاختبار:
- تحليل XRF لنقاء العناصر (أجرته شركة SGS Switzerland).
- اختبار Dyne لتوافق طاقة السطح مع ملاط السيراميك.
التعاون في مجال البحث والتطوير
- النماذج الأولية المخصصة: تم تطوير 50 مم³ من الأوعية الصغيرة بشكل مشترك لتجارب التلبيد على نطاق صغير.
- مشاركة البيانات: قدمت بيانات التصوير الحراري في الوقت الفعلي أثناء تجارب التلبيد الخاصة بالعميل.
- دعم التدريب: استضافت ورشة عمل فنية حول صيانة أوعية SiC لفريق بحث العميل.
النتيجة
-
تحسينات النقاء والعملية
- القضاء على التلوث: تم تقليل تسرب الأيونات القلوية من 1000 جزء في المليون إلى<50 جزء في المليون، بما يتماشى مع معايير مواد الفضاء (مثل ASTM F2924).
- كفاءة التلبيد: تم تقليل وقت الدورة من 48 ساعة إلى 38 ساعة، مما أدى إلى تسريع إنتاجية البحث والتطوير.
-
مكاسب التكلفة والموثوقية
- تم تمديد عمر الخدمة إلى 1000+ دورة: أطول بـ 20 مرة من أوعية الجرافيت، مما يقلل من تكاليف الاستبدال بنسبة 95%.
- انخفض معدل الفشل التجريبي بنسبة 85٪: أدى الأداء المتسق في الدوران الحراري إلى القضاء على فقدان العينات.
-
تأثير السوق
- فازت مركبات السيراميك الجديدة للعميل (التي تم تطويرها باستخدام أوعية Kegu) بجائزة جائزة التكنولوجيا السويسرية لعام 2024 لابتكار الفضاء.
- تم إدراج Kegu كمورد مفضل في قاعدة بيانات المشتريات العامة للعميل للمواد عالية النقاء.
مقارنة البيانات الرئيسية
| المعلمة | أوعية Kegu SiC | أوعية الألومينا التقليدية | أوعية الجرافيت |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة للخدمة | 1800 درجة مئوية | 1600 درجة مئوية | 1500 درجة مئوية |
| الدورات الحرارية (حتى الفشل) | 1000+ دورة | 50 دورة | 50 دورة |
| تسرب الأيونات القلوية | <50 جزء في المليون | 1000+ جزء في المليون | غير متاح |