رشد مصرف تیتانیوم در صنایع الکترونیک

دنیای اقتصاد- کاربرد تیتانیوم با استفاده از تکنولوژی‌های جدید تولید، ارتقا یافته است و رشد تقاضا برای آن از طریق سرمایه‌گذاری‌های گوناگونی از استخراج معدن گرفته تا کاربردهای آن در آینده تجلی یافته است. تقاضای ناب

مصرف تیتانیوم در بخش الکترونیک افزایش یافته است که کمتر کسی اطلاعاتی در این زمینه دارد. این فلز به عنوان یک ماده هادی در مدارهای یکپارچه استفاده می‌شود و نیز به عنوان فلز عایق در نیمه‌هادی‌ها کاربرد وسیعی دارد که به صورت لایه نازکی سیم‌های مینیاتوری را از تماس خطرناک با عایق‌های اطراف محافظت می‌کند.

به دلیل رشد تقاضای نیمه‌هادی‌ها، کارخانه‌های تولیدکننده تیتانیوم غنی شده در جهان رو به افزایش است.

یکی از این شرکت‌ها شرکت آمریکایی Honeywell است که مواد الکترونیکی تولید می‌کند که از ابتدای سال، ۴۵درصد تولید تیتانیوم غنی شده خود را افزایش داده است. این شرکت تیتانیوم اسفنجی تولید کرده و سپس آن را تصفیه می‌کند تا PVD (رسوب‌گذاری فیزیکی بخار) برای ساخت تراشه و سایر محصولات خالص به دست آید. هانی‌ول از احیای سدیم، تیتانیوم اسفنجی تولید می‌کند که با اکسیژن در سطوح پایین به فلزی با عیار ۹۹/۹۹درصد تصفیه شده و در صنایع الکترونیکی استفاده می‌شود.

شرکت‌ هانی‌ول بزرگ‌ترین تولیدکننده ورق‌های اندودکاری بمبارانی برای بخش نیمه‌عایق‌ها است که برای انواع فلزات کاربرد دارد. علاوه بر این، این شرکت عرضه‌کننده عمده ورق پلاسمای یون فلزی (IMP) است که برای توسعه اندودکاری بمبارانی مستقیم در بعضی از اطاقک‌های PVD تجاری برای اندودکاری به طریق بمباران استفاده می‌شود.

ورق‌ها در طول فرآیند مصرف‌شده و به صورت معمول عوض می‌شوند. این ورق‌ها به صورت طرح‌های ۲۰۰ و ۳۰۰میلیمتر در تیتانیوم، تانتالیوم و مس ساخته می‌شود.

خواص پرارزش تیتانیوم و آلیاژهای آن مانند چگالی پایین، استحکام و ضدزنگ‌زدگی موجب شده که نه تنها تقاضا برای آن عمدتا در بخش صنایع هوافضا، بلکه در صنایع خودروسازی نیز افزایش پیدا کند. اگرچه تقاضای آن در صنایع هوافضا بسیار سیکلی یا پرنوسان است، ولی به هر حال انتظار می‌رود که روند آن فزآینده باشد. پیش‌بینی مصرف، موجب شد که چندین طرح توسعه به وجود آید که از جمله آن پروژه‌های تولید و ذوب اسفنجی یا واحدهای فینیشینگ اشاره نمود. اما درحال حاضر تمرکز زیادی بر روی تکنولوژی‌های جدید شده است که می‌تواند هزینه را کاهش داده و کارآیی تولید فلز خام را افزایش دهد. این تکنولوژی‌ها می‌تواند در حد چشمگیری بازارهای تیتانیوم را توسعه دهد.

امروزه بیشترین تیتانیوم با استفاده از روش کرول (Kroll) تولید می‌شود که در سال ۱۹۳۸ این روش ابداع گردیده و به ثبت رسیده است. تیتانیوم اولیه به دست آمده در این روش تیتانیوم تترا کلراید (Tic۱۴) است که معمولا از Tio۲ یا سرباره تیتانیوم به دست می‌آید. تتراکلراید تیتانیوم مایع، به یک ظرف تقطیر تخلیه شده و در ۹۰۰-۸۰۰ درجه سانتیگراد با منیزیم در یک آتمسفر خنثی به یک تیتانیوم اسفنجی تبدیل می‌شود، فلز اسفنجی باید پس از آن خرد شده و به صورت الکترود فشرده درآمده، ذوب شده و به شمش تبدیل شده و حداقل یک بار دیگر ذوب شده و به تیتانیوم خالص یا آلیاژهای آن تبدیل می‌شود.

مدت‌ها است که مطرح می‌شود روش Kroll کارایی نداشته و غیراقتصادی است و دلیل عمده آن نیز داشتن مراحل متعدد در فرآیند اندودکاری است. به‌رغم دهه‌ها تحقیق، مشخص شده است که نمی‌توان به راحتی روش ارزان و تجاری دیگری را ایجاد نمود. به هر حال در‌حال‌حاضر حدود ۲۱ پروژه در خصوص تولید تیتانیوم وجود دارد.

پروژه آرمسترانگ یکی از این پروژه‌ها است که هم‌اکنون یک واحد صنعتی برای این پروژه در دست احداث می‌باشد.

این فرآیند توسط شرکت آمریکایی LOCKPORT در سال ۱۹۹۷ ایجاد گردیده تا فرآیند را تجاری کند.

این روش در حقیقت اصلاح روش تولید کنونی است که بدان روش هانتر (HUNTER) می‌گویند که به جای منیزیم از سدیم استفاده می‌کنند تا تبدیل به تتراکلراید تیتانیوم بشود.

اما مهم‌تر این که این فرآیند پیوسته است و برای تولید تیتانیوم بسیار خالص یا تولید آلیاژهای پودری استفاده می‌شود، بنابراین برای تولید اسفنج نیازی به انرژی مراحل تصفیه ندارد.

این فرآیند براساس چرخه گردشی سدیم مایع می‌باشد. تزریق پیوسته کنترل شده بخار تتراکلراید تیتانیوم به فلز در یک مرحله به واکنش این امکان را می‌دهد که در درجه حرارت پایین تکمیل شده و ایجاد ذرات کوچک تیتانیوم نماید.

این ذرات در منطقه واکنش، توسط جریان سدیم قبل از این که آنان بتوانند به ساختارهایی تبدیل شوند که بتواند مواد ناخواسته را به دام اندازد، حذف شده و بنابراین باعث ناخالصی‌ها می‌گردد.

در بخش دیگری در حلقه جریان فیلترمی شود تا محصولات جانبی آن تیتانیوم و کلراید سدیم جدا شود.

زمانی که مواد کافی در فیلتر جمع گردید جریان بدون توقف به فیلتر دیگری هدایت می‌شود. این فیلتر می‌تواند محتوی سدیم آن را جدا کرده و سپس آن را شست‌وشو داده تا نمک آن جدا شود.

پودر تیتانیوم باقیمانده در حقیقت فلز تیتانیوم خالص است که دارای حداکثر ۱۸۰۰ppm اکسیژن است. درواقع میزان اکسیژن معمولا تا حدی کمتر از این است.

یکی از جنبه‌های مهم آن، این است که می‌تواند مستقیما انواع آلیاژها را تولید کند. مثلا با تغذیه کلرایدهای تیتانیوم، وانادیم و آلومینیوم از طریق یک مخلوط‌کن چند لایه به داخل یک راکتور می‌توان آلیاژ TI×۶AL×۴V را تولید کرد که پودر بسیار همگنی است. میزان پیوستگی آلیاژ را نمی‌توان از طریق ذوب سنتی یا معمولی یا فرآیندهای آلیاژسازی مخلوط به دست آورد. علاوه بر این می‌توان آلیاژهایی تولید کرد که نمی‌توان آن را با استفاده از روش‌های معمولی مانند آلیاژهایی با بارون بالا تولید کرد.

تیتانیوم نهایی یا پودر آلیاژ را می‌توان از روش‌های معمول مانند اسپری کردن، آهنگری، نورد مستقیم پلیت یا ورق فرآیند نمود. هیچ‌گونه بخاری در این فرآیند تلف نمی‌شود و تنها محصول جانبی آن نمک است که می‌توان آن را برای استفاده مجدد به کلرین و سدیم الکترولیز کرد.

مزیت‌های فرآیند آرمسترانگ از نظر هزینه چیست؟ این مزیت را می‌توان از طریق مقایسه آن با هزینه‌های تولید محصولات نهایی مانند پلیت یا آهنگری (Forgings) به دست آورد. مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که هزینه تولید پلیت ۶AL-۴V حدودا نصف هزینه تولید از طریق فلز اسفنجی کرول استاندارد است. صنایع هوا فضا بازار بسیار مطلوبی برای تیتانیوم است. جنبه فضایی آن معمولا چندان توجهی را، به خود جلب نکرده است چون میزان کاربرد آن نسبتا پایین است. اما با توجه به پیشرفت‌های حاصله کاربرد آن روز به روز بیشتر می‌شود.

لوله‌های حرارتی تیتانیوم اخیرا به سازمان تحقیقات فضایی، فروخته شده است که در رادیاتور‌های سفینه‌ها کاربرد داشته و در ماموریت‌های فضایی دور مانند ماه و مشتری استفاده می‌شود.

ناسا در‌حال‌حاضر مشغول ساخت سیستم‌های ژنراتور‌ برق براساس سیکل Brayton است که می‌تواند ده‌ها کیلووات برق تولید کند. در سیستم‌های تولیدکننده برق از این لوله‌های حرارتی استفاده می‌کنند.

درجه حرارت قابل تحمل این لوله ۲۵۰-۲۰ درجه سانتیگراد به قطر ۷/۱۲میلیمتر و ۱۵/۱میلیمتر طول است که به دلیل جنس تیتانیومی آن سبک است.

اولین کاربرد این تکنولوژی لوله گرمایی احتمالا در سطح ماه خواهد بود که راه را برای کاربرد بیشتر آن در سایر ماموریت‌های فضایی نیز هموار خواهد ساخت.

یک شرکت انگلیسی در حال ساخت لوله‌های گشتاوری برای مصرف در ترمز هواپیمای ایرباس A۳۸۰ است که از یک آلیاژ تیتانیوم کمپلکس ساخته شده که از فرآیند پیشرفته ریخته‌گری پوششی قالبی گریز از مرکز استفاده می‌کند. این اولین‌بار است که از ریخته‌گری‌های پوشش قالبی در صنایع هواپیماسازی استفاده می‌شود.

برای کاهش وزن هواپیمای ایرباس A۳۸۰ تمام قسمت‌های هواپیما مجددا طراحی شده تا پاسخگوی نیاز‌های مسافران باشد. اضافه کردن یا مصرف تیتانیوم در صنایع هواپیماسازی استحکام هواپیما را تقویت بخشیده و از وزن آن نیز می‌کاهد.

منبع: سایت ریخته‌‌گری پوششی قالبی

Investment Casting