โลหะทนไฟคืออะไร?

โลหะทนไฟประกอบด้วยโลหะ 5 ชนิด ได้แก่ ทังสเตน (W), โมลิบดีนัม (Mo), ไนโอเบียม (Nb), แทนทาลัม (Ta) และรีเนียม (Re) โลหะเหล่านี้มีจุดหลอมเหลวสูงมากที่สูงกว่า 2,000°C แม้ในอุณหภูมิสูงมาก พวกมันก็ยังคงรูปร่างได้ดี (ต้านทานการดัดงอหรือการเปลี่ยนรูปร่าง) มีเสถียรภาพทางเคมี และแข็งแรง ตัวอย่างเช่น ทังสเตนหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 3,422°C (สูงที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด) และมีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กถึงสองเท่าที่อุณหภูมิห้อง รีเนียมสามารถระเหยในอากาศได้ง่าย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องได้รับการปกป้องในก๊าซเฉื่อยเพื่อรักษาคุณสมบัติไว้ โลหะทนไฟมีคุณสมบัติพิเศษ จึงเป็นวัสดุจำเป็นสำหรับอุตสาหกรรมอุณหภูมิสูง

โลหะทนไฟในอุตสาหกรรม

อวกาศ: โลหะผสมไนโอเบียม C103 (ผสมแฮฟเนียมและไทเทเนียม ) ถูกนำมาใช้ผลิตชิ้นส่วนผนังบางสำหรับเครื่องยนต์จรวดโดยใช้การพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์ (DED-LP) งานวิจัยของนาซาแสดงให้เห็นว่าหลังจากผ่านการอบชุบด้วยความร้อนแบบพิเศษ โลหะผสมนี้สามารถทนทานต่อแรงเค้นได้มากกว่า 50,000 รอบ อย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนที่พิมพ์ในแนวตั้งบางครั้งอาจแตกร้าวระหว่างชั้นได้

ทางการแพทย์: แทนทาลัมเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ สำหรับการปลูกถ่ายกระดูก เพราะไม่ทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อของร่างกาย ชิ้นส่วนแทนทาลัมที่มีรูพรุนที่พิมพ์แบบ 3 มิติมีรูเล็กๆ (20-80 ไมโครเมตร) ซึ่งช่วยให้เซลล์กระดูกเจริญเติบโต บริษัทเยอรมันใช้กระบวนการ SLS (Selective Laser Sintering) ในการพิมพ์แผ่นซ่อมแซมกะโหลกศีรษะแบบ 3 มิติโดยตรง ซึ่งช่วยประหยัดขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติม

นวัตกรรมการผลิตโลหะทนไฟ

เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติใหม่ (การผลิตแบบเติมแต่ง) และการจัดการผงทำให้การใช้งานโลหะทนไฟง่ายขึ้น:

ผงที่ดีกว่า: สถาบัน America Makes และ 6K Additive กำลังพัฒนาผงโลหะผสมไนโอเบียม C103 ที่ได้รับการปรับปรุง การใช้ผงผสมแบบ Powder Bed Fusion (PBF) และการพิมพ์แบบ DED มีเป้าหมายที่จะใช้วัสดุมากกว่า 95% ผงนิกเกิล-ซิลิคอน (Ni-Si) ได้รับการปรับปรุงด้วยกระบวนการพลาสมาที่ทำให้การไหลดีขึ้น ซึ่งทำให้สารเคลือบที่พิมพ์ 3 มิติมีความแข็งขึ้น 30% แต่ซิลิคอนที่มีปริมาณสูงอาจทำให้เกิดรอยแตกเล็กๆ ได้เนื่องจากแรงเค้นที่เหลืออยู่

การเผาแบบใหม่: FCT Systems (เยอรมนี) ผลิตเตาไมโครเวฟเชิงพาณิชย์สำหรับการเผาชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (สูงสุด 500 มม.) ผงทังสเตนที่ผ่านกระบวนการนี้มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น 50% (สูงถึง 1,200 MPa) เมื่อเทียบกับวิธีการเดิม ปัจจุบันผงทังสเตนนี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตหัวฉีดขับดันดาวเทียมจำนวนมาก

การรีไซเคิลโลหะมีค่า : กระบวนการอิเล็กโทรดหมุนพลาสมา (PREP) รีไซเคิลเศษโลหะผสมไททาเนียมให้เป็นผงที่มีออกซิเจนต่ำมาก (0.05%) ซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่าผงใหม่ถึง 40% ซัมซุง (เกาหลี) พิมพ์กริดเสาอากาศ 5G โดยใช้เพสต์ซิลเวอร์นาโน เพสต์นี้ใช้ความร้อนต่ำกว่ามากในการเซ็ตตัว (150°C) และมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำมาก (2.5μΩ·cm) ซึ่งเปิดทางให้โลหะทนไฟในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุณหภูมิต่ำสามารถนำไปใช้ประโยชน์ใหม่ๆ ได้