این روش دانش بنیان که در شرکت صنایع پیشگامان برهان استیل و با همکاری متخصصان و مهندسین ایرانی زیر نظر مدیر عامل محترم مجموعه جناب آقای مهندس فریبرز برهان زاده برای اولین بار و کاملا به روش بومی سازی شده در ایران اجرا شده است ، مربوط به بازیافت پودر سیلیکون کارباید ازضایعات بوته های مورد مصرف در کوره ها و قطعات استفاده شده به عنوان دیر گدازه ها یا در صنایع ساینده ها و دیگر صنایع میباشد .با اجرایی شدن این پروژه و تولید انبوه آن از خروج میلیونها دلار ارز جلوگیری میشود و همچنین کلیه محصولات ساخته شده از آن ( بوته های ذوب /غلاف حرارتی /صفحات دیرگداز /تریستور و دیودهای قدرت / آجرهای نسوز کوره /قطعات ساینده ها / قطعات روتاری جوینت و… که ما توانستیم بعضی ازنمونه های این اقلام را برای اولین بار در ایران تولید و در بسیاری از سمینارها و نمایشگاهها رونمایی کردیم . قراردادها و تفاهم نامه هایی جهت تولید آنها را بسته ایم ) سند پر افتخار دیگری از توان و هوش و قدرت بالای مهندسین و کارگران ایرانی میباشد .
روشی برای بازیافت پودر SIC از ضایعات ،که 100% اجرایی شده و به تولید انبوه رسیده است، قطعاتی که در بوته های ذوب و در دوغاب ساینده یا ضایعات مربوط به قطعات کاربید سیلیکون است که از نظر محیط زیست مشکلات عدیده فراهم میکند و تا کنون یا مجبور به دفن آنها بوده اند یا در بهترین شرایط به شکل ضایعات بی مصرف در گوشه کارخانه ها دپو شده اند. هدف از این نو آوری دانش بنیان ، ارائه روشی برای بازیافت پودرهای ضایعات سیلیکون کارباید است که در آن ضایعات قطعات SiC را می توان بر اساس یک روش مقرون به صرفه (کمتر از یک سوم قیمت جهانی) برای باز تولید انواع محصولات SIC با عیار بالا مجددا مورد استفاده قرار داد. با استفاده از این روش ،پودری به دست می‌آید که برای تولید انواع محصولات SiC در ابعاد و اشکال گوناگون به هر شکل واندازه و به صورت نامحدود قابل استفاده است .پر عیار سازی و فرآوری با استفاده از سیستم پاکسازی و خردایش و مگنت ودانه بندی و کاتالیست طراحی شده توسط واحد تحقیق و توسعه این شرکت و در کوره تحت یک عملیات حرارتی در خلاء و اتمسفر غنی از اکسیژن انجام می گیرد.
فرآیند بازیافت پودر ضایعات سیلیکون کارباید این روش مربوط به حوزه دیر گدازه ها و ساینده ها و حوزه سرامیکی است و به فرآیندی برای بازیافت انواع محصولات ضایعات قطعات کاربید سیلیکون ، در بوته های کوره ذوب و یا لجن های آسیاب ساینده ها یا در ضایعات مربوط به کاربید سیلیکون میباشد .سیلیکون کاربید (SiC) یک کانی صنعتی مصنوعی است که به دلیل خواص برجسته (سختی، خواص دمای بالا، مقاومت شیمیایی) در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از آن به شکل خاص وخلوص بالا در دیر گدازه ها/ بوته های ذوب/پوشش های کوره /غلاف حرارتی / میکروالکترونیک / فتودیود ها/ برای تولید سرامیک های محافظ بالستیک برای فناوری نظامی، فناوری خودرو / محیط زیست ( فیلتر ذرات دیزل)، و همچنین ساینده ها برای پردازش سطح با کیفیت بالا و خیلی موارد دیگر میباشد .قیمت گران پودر خام SiC در اقتصاد جهانی به نحوه تولید آن مربوط میشود ، در طی فرآیند الکتروسنتز،( به یاد بود کاشف آن فرآیند آچسون نامیده میشود )در کوره های حرارت بالاتر از 2400 درجه و تحت شرایط خاصی انجام میگیرد . با توجه به هزینه های بالای برق و نفت (کک نفتی مواد خام)، و همچنین مشکلات زیست محیطی (به دلیل گرد و غبار بالا، انتشار گازهای مونو اکسید کربن و دی اکسید گوگرد CO و SO2)و علیرغم تلاش‌های فراوان، روشهای تولید ارزانتر جایگزین ، عمدتاً به دلایل اقتصادی موفق نبوده و در آینده قابل پیش‌بینی در دسترس نخواهد بود.گرچه تولید آن به عنوان یک منبع انبوه در دسترس در سرتاسر جهان در نظر گرفته میشود ولی افزایش قیمت‌ها ی برق ونفت و…در تولید پودر با کیفیت و عیار بالا آن ناگزیر از قیمت بالای آن خواهد بود .این داستان برای ایران که تحت تحریمها و شرایط ناگوار اقتصادی فعلی میباشد دو چندان میباشد. و سالیانه به خروج میلیونها دلار و وابستگی 100% منتهی شده است .
قطعات SiC در کاربردهای دیر گدازه و کوره و ساینده ها و صنایع مختلف از نظر عملکرد و اندازه دانه بندی و نوع قطعات مصرفی ، در معرض خرابی های متفاوت هستند. بیشتر قطعات SIC از طریق فرآیندهای اتلاف کننده , و ترکیب ناخواسته با عناصر مزاحم از بین می رود. در بسیاری از موارد، جایی که مواد زائد حاوی SiC قابل تشخیص گمتر از 30% هستند، جداسازی مواد از نظر فنی بسیار دشوار است و آماده‌سازی آن از نظر اقتصادی ارزشی ندارد. در فرآیند ساینده ها کاربید سیلیکون به عنوان یک جزء جامد پودری مسئول سختی و عملکرد سایش است و پلی اتیلن گلیکول (PEG) به عنوان یک جزء مایع حامل و خنک کننده است. با فرآیند سایش، اندازه ذرات تغییر می کند و سوسپانسیون آلوده می شود (ناخالصی های فلزی مانند Fe, Cr, Br و برخی از فیلترهای کمکی که عمدتاً از نظر شیمیایی از اکسید سیلیس یا پرلیت تشکیل شده است). برای اینکه بتوان دوباره از دوغاب استفاده کرد، باید آن را تمیز و فرآوری کرد. در فرایند استفاده سیلیکون کارباید درکوره ها ی ذوب ، قطعه جامد با ناخالصیها یی که بصورت شیرابه های ذوب و مواد فرار و سرباره تولید میگردد با افت کیفیت و پایین امدن عیار مواجه میشود که باعث ترک خوردن و در نهایت شکستگی قطعه و خروج از خط تولید میشود. گه در حال حاضر اینگونه ضایعات به صورت دپو یا دفن آنها به صورت ذباله انجام میشود.اگرچه فرآیندهای جداسازی و تصفیه برای چنین مخلوط‌هایی وجود دارد،اما قیمت بالای فرآوری و روشهای قدیمی بازیابی باقیمانده SiC برای کاربردهای با کیفیت بالا به دلیل اندازه دانه های ضایعات و وجود ناخالصیهای فراوان و پایین بودن کیفیت و عیار بار و عملکرد ناکافی و غیر قابل قبول بار استحصال شده با شکست مواجه میشود، بنابراین در حال حاضر یا دفن به عنوان زباله انجام میشود. بنابراین، بیشتر لجن باقیمانده یا دفن میشود ودر بهترین حالت در حال حاضر در متالوژی به عنوان سنگدانه استفاده مصرف می شود.این شرکت توانست بارشد SiC توسط به اصطلاح تبلور مجدد با استفاده از کاتالیست و کوره ذوب( در اصل به عنوان یک فرآیند شناخته می شود) و به عنوان یک فرآیند تراکم مجدد، از طریق واکنش تعادلی و در مرحله نهایی تولید SiC با کیفیت بالا (+95%) از ضایعات با کیفیت پایین را انجام دهد . که در آن محصولات قالب‌گیری شده از پودر باز یافتی ،تحت یک عملیات حرارتی در دمای 1450 درجه سانتیگراد تحت گاز تولید محصول با کیفیت بالا صورت میپذیرد . در این فرآیند، دانه های ریز تصعید می شوند و دانه های درشت را که به طور همزمان با هم رشد می کنند، به یک چارچوب متخلخل و جامد متصل می کنند. یک فرآیند دو مرحله ای برای سنتز کاربید سیلیکون شناخته شده که در آن یک مخلوط خام از قبل واکنش داده شده در مرحله دوم فرآیند بریکت شده و سپس تحت یک عملیات حرارتی با دمای بالا قرار می گیرد، که در آن ذرات SiC تبدیل به قطعه جامد میشود . در این فرآیند باند قوی وچسبنده ذرات SiC در حداقل میلی‌متر به قطعات بزرگی در حد متر را بوجود میاورد به طوری که پودر با ذرات زیر میلی‌متری پراکنده مستقیماً وجود ندارد. همچنین مشخص است که در رشد کریستالی کریستال‌های SiC در دماهای بالا، کریستال‌های بزرگ بر روی بسترها توسط فرآیندهای فاز گاز رسوب می‌کنند، این روش منحصر بفرد همچنین ذرات کریستالی شل را تولید نمی کند، بلکه تک کریستال های بزرگ SiC مورد نظر را تولید می کند . نقطه ضعف راه‌حل‌های شناخته‌شده قبلی این است که به‌ویژه محصولات ضایعات SiC برای محصولات و فرآیندهای شناخته شده قابل استفاده مجدد نیستند.در صورتیکه با این روش عمل بازیافت مجدد به تعداد بسیار زیاد امکان پذیر است .هدف از این اکتشاف ارائه فرآیندی برای بازیافت ضایعات کاربید سیلیکون به شکل پودری است که با آن قطعات ضایعات SiC با یک فرآیند ساده و اقتصادی قابل استفاده مجدد برای محصولات و فرآیندهای شناخته شده می شوند.با این روش ابداعی درصد وزنی محصول نهاییSiC به بالای 95% و پودر حاصل در اندازه های متفاوت تولید میشود.به طور سودمند، به اصطلاح ضایعات باقیمانده SiC بعد از فرآیندهای پردازش ، به عنوان کاربید سیلیکون پودری مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین به طور سودمند، برای تولید پودر سیلیکون کارباید به عملیات دمایی در دمای 2600 درجه سانتیگراد نیازی نیست.علاوه بر این، عملیات دمایی تحت جو آرگون یا نیتروژن نیاز نیست .و همچنین به طور مطلوب، محصولات جامد در ابعاد مختلف از پودرSiC انجام می گیرند.همچنین با استفاده از ضایعات قطعات ، پودری تولید میشود ( بر اساس چگالی واقعی )که به عنوان بستر یا ترکیب مواد کمکی و افزودنی های شناخته شده برای ساخت قطعه مجدد SiC مورد استفاده قرار میگیرد.
در موارد خاص میتوان مواد SiC پودری را با 0.3 تا 0.5 برابر وزن کربن، بر اساس محتوای Si آزاد و یا محتوای Si در S1O2، میتوان اضافه کرد، که در آن همچنان کربن به شکل کربن سیاه باقی بماند، همچنان میتوان پودر کک اضافه کرد.این محصول (کاربید سیلیکون پودری متبلور مجدد تهیه شده توسط فرآیند) را برای بازیافت محصولات ضایعات کاربید سیلیکون پودر شده برای فرآیندهای ماشینکاری، برای فرآیندهای تصفیه سطح (ساینده های ویژه)، برای سرامیک های محافظ بالستیک و یا برای مواد فیلتر فراهم می کند.به طور مزیت، استفاده از کاربید سیلیکون پودری متبلور مجدد طبق ابداع انجام شده برای اره کردن ویفرها و یا آسیاب و یا پرداخت سطوح مورد استفاده قرار میگیردبه همین ترتیب، بر اساس این روش می توان به عنوان پودر الماس ساینده یا سیم ناودانی الماسی استفاده کرد. چنین محصولات پودری SiC را می توان به عنوان پودر در یک بستر شل استفاده کرد. در صورتی که پودرهای با تراکم کم، به عنوان مواد اولیه استفاده شوند، ضروری است که بستر یا پودر فشرده دارای درصد چگالی بر اساس چگالی واقعی پودر یا مخلوط پودر تا حداکثر 50 درصد( ترجیحاً 25 تا 40 درصد باشد)تولید یک بستر معمولاً با پر کردن پودر شل در یک ظرف یا با ریختن روی یک بستر انجام می شود. در این حالت می توانبا اعمال ارتعاشات، با یک میز ارتعاشی یا با ضربه زدن به دست می آید. تحت هیچ شرایطی نباید نیروی فشاراضافی اعمال شود.کاربید سیلیکون تولیدی دارای چگالی واقعی 3.21 گرم بر سانتی متر مکعب است.با این روش، به طور شگفت انگیزی، ذرات درشت SiC تشکیل شده ، به طوری که محصول فرآیند اساساً از نظر خرد شدن ، هیچ درمان دیگری غیر از اسیاب کردن ندارد، زیرا با شروع فرآیندهای شناخته شده تبلور مجدد SiC، رشد کریستال ها ودر واقع ساختار پودری محصولات حاصل از فرآیند حفظ می شوند. ذرات پودر یا به صورت کریستال های اولیه و کریستالیت های جدا شده هستند، بدون اتصال به یکدیگر، یا کمی به صورت بلورهای ثانویه هستند، i به عنوان ترکیبی از تک بلورهای اولیه یا کریستالیت های چند رشته ای. اندازه بلورهای ثانویه با توجه به بزرگترین اندازه تک بلور موجود در کریستالیت ثانویه حداکثر ضریب 10 است. بلورها به معنی تک دانه هایی هستند که از نظر ساختار کریستالی همگن هستند و در شکل خارجی خود ساختار بلوری را ندارند یا فقط تا حدی نشان می دهند.
سایر محصولات ضایعات SiC ممکن است حاوی اجزایی مانند سیلیکون، اکسید سیلیکون و کربن و همچنین ناخالصی های فلزی مانند Fe، Cr و Al به نسبت کمتر از 5 درصد وزنی باشند که همچنین به عنوان افزودنی باعث رشد ذرات می شود.فرآیند طبق این روش برای تولید پودرهای SiC است که می تواند برای کاربردهای با تکنولوژی بالا و با کیفیت مورد استفاده قرار گیرد و با یک فرآیند ساده و اقتصادی با بازده بالا تولید شود.ضایعات پودر SiC مورد استفاده را می توان تقریباً به طور کامل مجدداً پردازش کرد و دوباره در چرخه محصول قرار داد. ایده اصلی اساساً مبتنی بر دستیابی به قابلیت بازیافت واقعی دانه های SiC فرسوده با رشد ناشی از حرارت دانه های SiC است. در سال حمایت از تولید و محصولات دانش بنیان و کمک به اقتصاد مقاومتی و جلوگیری از خروج میلیونها دلار که هر ساله انجام میگیرد ،تهیه پودرهای با کیفیت بالا که قبلا امکان ساخت و تولید آنها در انحصار چند کشور بیشتر نبوده است ودر ایران شناخته شده نبوده برای اولین یار عملیاتی شده و اکنون توان ساخت انواع قطعات با این پودر و تمامی پودرهای بازیافتی از نسوزها توسط مهندسین ونخبگان جوان ایرانی محقق گشته است.