كيف يتم صنع رقائق الألومنيوم

مواد أولية

يعد الألمنيوم من أكثر العناصر وفرة: بعد الأكسجين والسيليكون ، يعد هذا هو أكثر التفاصيل وفرة التي تم تحديدها داخل أرضية الأرض ، حيث تشكل أكثر من ثمانية في المائة من القشرة حتى شدة عشرة أميال وتظهر في كل صخرة شائعة تقريبًا.

ومع ذلك ، لا يوجد الألمنيوم في شكله الفولاذي النقي ، ولكن بدلاً من ذلك يظهر في صورة أكسيد الألومنيوم المائي (خليط من الماء والألومينا) متحد مع السيليكا وأكسيد الحديد والتيتانيا.أكثر خام الألمنيوم كامل الحجم هو البوكسيت ، الذي سمي على اسم مدينة Les Baux الفرنسية التي تحولت إلى محددة في عام 1821. يحمل البوكسيت الحديد وأكسيد الألومنيوم المائي ، ويمثل الأخير أكبر نسيج مكون له.

في الوقت الحاضر ، يتوفر البوكسيت بوفرة كافية بحيث يتم تعدين أفضل الرواسب التي تحتوي على محتوى أكسيد الألومنيوم بنسبة خمسة وأربعين في المائة أو أكثر لصنع الألومنيوم.تم اكتشاف الترسبات المركزة في كل من نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي ، مع أقصى قدر من الخام المستخدم داخل الولايات المتحدة قادم من جزر الهند الغربية وأمريكا الشمالية وأستراليا.

نظرًا لأن البوكسيت يحدث بالقرب من سطح الأرض ، فإن طرق التعدين سهلة للغاية.تستخدم المتفجرات لفتح حفر كبيرة في أحواض البوكسيت ، وبعد ذلك يتم إزالة طبقات القمة من الأوساخ والصخور.يتم بعد ذلك إزالة الخام المكشوف باستخدام رافعات التوقف الأمامية ، وتكديسه في شاحنات صغيرة أو عربات السكك الحديدية ، ثم يتم نقله إلى مصنع المعالجة.البوكسيت ثقيل (عادة ، يمكن إنتاج طن واحد من الألمنيوم من 4 إلى 6 أطنان من الخام) ، لذلك لتقليل قيمة نقله ، توجد هذه الزهور بانتظام في أقرب مكان ممكن من مناجم البوكسيت.

عملية التصنيع

يتضمن استخراج الألمنيوم الطبيعي من البوكسيت إجراءات.أولاً ، يتم تكرير الخام للتخلص من الشوائب مثل أكسيد الحديد والسيليكا والتيتانيا والماء.ثم يتم صهر أكسيد الألومنيوم الناتج لتزويد الألمنيوم الطبيعي.بعد ذلك ، يتم لف الألمنيوم لتوفير رقائق معدنية.

التكرير - عملية باير

1- تحتوي تقنية Bayer المستخدمة في تنقية البوكسيت على 4 خطوات: الهضم ، والترشيد ، والترسيب ، والتكلس.أثناء مستوى الهضم ، يكون البوكسيت أرضيًا ويخلط مع هيدروكسيد الصوديوم في وقت أبكر من ضخه في خزانات ضخمة مضغوطة.في هذه الخزانات ، التي يشار إليها باسم الهاضمات ، يقوم مزيج هيدروكسيد الصوديوم والسخونة والضغط بتقسيم الخام إلى إجابة مشبعة من ألومينات الصوديوم والملوثات غير القابلة للذوبان ، والتي تستقر في القاع.
2- المرحلة التالية من التقنية ، وهي الترشيد ، تتضمن إرسال المحلول والملوثات من خلال خزانات ومكابس ثابتة.خلال هذه الدرجة ، تحبس المرشحات القماشية الملوثات ، والتي يمكن التخلص منها بعد ذلك.بعد أن يتم ترشيحها مرة أخرى ، يتم نقل الحل النهائي إلى برج التبريد.
3. في المستوى التالي ، الترسيب ، يعمل محلول أكسيد الألومنيوم في صومعة ضخمة ، حيث يتم ، في تكييف لتقنية Deville ، بذر السائل ببلورات من الألمنيوم المائي لتعزيز تكوين حطام الألومنيوم.عندما تغري بلورات البذور بلورات أخرى داخل المحلول ، تبدأ كتل ضخمة من هيدرات الألومنيوم في التكون.يتم ترشيحها أولاً ثم شطفها.
4- عملية التكليس ، وهي الخطوة الأخيرة داخل نظام التكرير لشركة Bayer ، تشمل تعريض هيدرات الألومنيوم لدرجات حرارة مفرطة.يؤدي هذا الدفء الشديد إلى تجفيف القماش ، تاركًا بقايا مسحوق أبيض ممتاز: أكسيد الألومنيوم.

صهر

1- الصهر ، الذي يفصل بين مركب الألمنيوم والأكسجين (الألومينا) المنتج بمساعدة طريقة باير ، هو الخطوة التالية في استخلاص الألمنيوم الصلب الطبيعي من البوكسيت.على الرغم من أن النظام المستخدم حاليًا مشتق من نهج التحليل الكهربائي الذي تم اختراعه بشكل متزامن من خلال Charles Hall و Paul-Louis-Toussaint Héroult في أواخر القرن التاسع عشر ، إلا أنه تم تحديثه.أولاً ، يتم إذابة الألومينا في صهر متحرك ، وهو عبارة عن عفن معدني عميق مبطن بالكربون ومليء بموصل سائل ساخن يتكون بشكل خاص من مركب الألومنيوم الكريوليت.

2 بعد ذلك ، يتم تشغيل معاصر يعمل بالطاقة الكهربائية من خلال الكريوليت ، مما يتسبب في تكوين قشرة فوق قمة ذوبان الألومينا.عندما يتم تقليب الألومينا الزائدة بشكل دوري في الخليط ، تتكسر هذه القشرة وتقلب جيدًا.عندما تذوب الألومينا ، تتحلل كهربائيا لإنتاج طبقة من الألمنيوم المصهور النقي على أدنى خلية صهر.يندمج الأكسجين مع الكربون المستخدم في تبطين الخلية ويهرب في شكل ثاني أكسيد الكربون.

3 - الألمنيوم المنقى ، الذي لا يزال مصهورًا ، يتم سحبه من خلايا الصهر ، ونقله إلى بوتقة ، وإفراغه في الأفران.عند هذه الدرجة ، يمكن إدخال عوامل أخرى لتزويد سبائك الألومنيوم بخصائص مناسبة لمنتج التوقف ، على الرغم من أن رقائق الألمنيوم تصنع عادة من تسعة وتسعين أو تسعة وتسعين بالمائة من الألمنيوم النقي.يُسكب السائل بعد ذلك في أدوات الصب المباشر ، حيث يبرد في ألواح ضخمة يشار إليها باسم "السبائك" أو "مخزون الدوران".بعد التلدين - يتم التعامل مع الحرارة لتعزيز قابلية التشغيل - تكون السبائك مناسبة للدحرجة إلى رقائق معدنية.

يُطلق على نهج بديل لصهر وصب الألومنيوم "الصب بدون توقف".يتضمن هذا الإجراء خط إنتاج يشتمل على فرن صهر ، ومدفأة لحفظ المعدن المنصهر ، ونظام تبديل ، ووحدة صب ، ووحدة تجميع مثل أسطوانات الضغط ، والقص واللجام ، وعربة لف ولفائف.تنتج كلتا الطريقتين مخزونًا للسمك يبدأ من 0 مائة وخمسة وعشرين إلى صفر 250 بوصة (0.317 إلى 0.635 سم) وبعرض متعدد.مكاسب طريقة الصب المستمر هي أنها لا تتطلب خطوة التلدين السابقة لدرفلة الرقائق ، كما تفعل طريقة الصهر والصب ، لأن التلدين يتم بشكل روتيني في جميع أنحاء نظام الصب.

احباط المتداول

بعد إجراء جرد الرقائق ، يجب تقليل سمكها لعمل الرقاقة.يتم تنفيذ ذلك في مطحنة درفلة ، حيث يتم تجاوز النسيج عدة مرات من خلال لفات معدنية تسمى لفات العمل.عندما تمر صفائح (أو شبكات) الألومنيوم عبر البكرات ، يتم ضغطها بشكل أرق ويتم قذفها عبر الفراغ بين اللفات.يتم إقران لفات العمل مع لفات أثقل تُعرف باسم بكرات النسخ الاحتياطي ، والتي تطبق الضغط للمساعدة في الحفاظ على ثبات لفات اللوحات.هذا يمكن من الحفاظ على أبعاد المنتج في حدود التفاوتات المسموح بها.تدور اللوحات واللفائف الاحتياطية في تعليمات معاكسة.يتم إضافة مواد التشحيم لتسهيل تقنية الدرفلة.خلال نظام الدرفلة هذا ، يجب أحيانًا تلدين الألمنيوم (معالجته بالحرارة) للحفاظ على قابليته للتشغيل.

يتم التحكم في خصم الرقائق بمساعدة ضبط عدد الدورات في الدقيقة لللفات واللزوجة (مقاومة الانزلاق) وكمية ودرجة حرارة مواد التشحيم المتدحرجة.تحدد فجوة الأسطوانة سمك ومدة الرقاقة التي تغادر الطاحونة.يمكن تعديل هذه الفجوة بمساعدة رفع أو خفض لفة اللوحات الأعلى.ينتج عن الدرفلة لمسات نهائية طبيعية على الرقائق المعدنية ، زاهية وغير لامعة.يتم إنتاج النهاية الزاهية بينما يتلامس الرقاقة مع أسطح لفائف اللوحات.لإنتاج النهاية غير اللامعة ، يجب تعبئة ورقتين معًا ولفهما في وقت واحد ؛في حين يتم تحقيق ذلك ، فإن الحواف التي تلامس بعضها البعض تأتي بلمسة نهائية غير لامعة.يمكن استخدام تقنيات التشطيب الميكانيكية الأخرى ، التي يتم إنتاجها عادةً أثناء عمليات التحويل ، لتوفير أنماط إيجابية.

نظرًا لأن صفائح الألمنيوم تمر عبر البكرات ، يتم تقليمها وتشذيبها بسكاكين دائرية أو شبيهة بالشفرات مثبتة في مطحنة الأسطوانة.يشير التشذيب إلى حواف الرقاقة ، حتى عندما يستلزم القطع قطع الرقاقة إلى عدة صفائح.تُستخدم هذه الخطوات لتوفير عروض ملفوفة رفيعة ، ولتقليم حواف المخزون المطلي أو المصفح ، ولتوفير أجزاء مربعة.من أجل عمليات التصنيع والتغيير المؤكدة ، يجب ربط الشبكات التي تم كسرها بالكامل من خلال التدحرج معًا أو تقطيعها.تتكون الأنواع الشائعة من الوصلات لتصبح عضوًا في شبكات من رقائق بسيطة و / أو رقائق مدعومة من شريط فوق صوتي وختم حراري وشريط مانع للتوتر وشريط ملحوم كهربائيًا.يستخدم الوصلة فوق الصوتية لحامًا مستقرًا - مصنوعًا من محول طاقة فوق صوتي - داخل المعدن المتداخل.

نهج التشطيب

بالنسبة للعديد من الحزم ، يتم استخدام الرقائق في الوريد / تركيبة مع مواد مختلفة.يمكن تغطيتها بمجموعة متنوعة من المواد ، بما في ذلك البوليمرات والراتنجات ، للوظائف الزخرفية أو الدفاعية أو الختم بالدفء.يمكن تصفيحها على الورق والورق المقوى والأفلام البلاستيكية.يمكن أيضًا قصها وتشكيلها بأي شكل وطباعتها ونقشها وشقها إلى شرائح وتغليفها وحفرها ومعالجتها بأكسيد.بمجرد أن تصبح الرقائق في آخر دولة لها ، يتم تعبئتها وفقًا لذلك وشحنها إلى العميل.

مراقبة الجودة

بالإضافة إلى التحكم في الطريقة في مثل هذه المعلمات مثل درجة الحرارة والوقت ، يجب أن يلبي منتج الرقائق المكتمل الضروريات الإيجابية.على سبيل المثال ، تم العثور على واحدة من إجراءات التغيير والاستفادة من الإقلاع عن استخدام نطاقات مختلفة من الجفاف على أرضية الرقائق للحصول على أفضل أداء.يتم استخدام قابلية التبلل لتحديد مدى الجفاف.في هذا الاختبار ، يتم سكب محاليل استثنائية من كحول الإيثيل في الماء المقطر ، بزيادات قدرها 10 بالمائة بمساعدة الكمية ، في حركة موحدة على سطح الرقاقة.إذا لم تتشكل قطرات ، فإن قابلية البلل تكون 0. وتستمر التقنية حتى يتم تحديد النسبة المئوية الدنيا من محلول الكحول التي ستبلل أرضية الرقائق المعدنية تمامًا.

الخواص الحرجة الأخرى هي السماكة وقوة الشد.تم تطوير طرق الفحص القياسية بمساعدة الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد (ASTM).يتم تحديد السماكة عن طريق وزن العينة وقياس مكانها ، وبعد ذلك يتم قسمة الوزن على القطعة المصنوعة من المكان مثيلات كثافة السبيكة.يجب التحكم بعناية في فحص التوتر من الرقاقة لأن إلقاء نظرة على العواقب يمكن أن يعاني من حواف صلبة ووجود عيوب صغيرة ، بالإضافة إلى متغيرات أخرى.يتم وضع النموذج في قبضة ويتم تطبيق ضغط شد أو سحب حتى يحدث كسر في النموذج.يتم قياس الضغط أو الكهرباء المطلوبة لكسر النمط.