قوالب الجرافيت لصب النحاس والفضة والألمنيوم هي أدوات دقيقة مصممة خصيصًا لصب المعادن غير الحديدية (مثل النحاس والفضة والألومنيوم وسبائكها) باستخدام الجرافيت عالي النقاء كمادة أساسية. من خلال خصائص المواد المحسنة والتصميم الهيكلي، فإنها تحقق مقاومة درجات الحرارة العالية، الموصلية الحرارية العالية، مقاومة الصدمات الحرارية، والاستقرار الكيميائي، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في صناعة المجوهرات، تصنيع المكونات الإلكترونية، الفضاء الجوي، وغيرها من المجالات.
1. تمايز النوع: تصميم متنوع موجه نحو الوظيفة
حسب الشكل الهيكلي
القوالب المستطيلة أو المربعة: تستخدم لصب الأشكال العادية مثل سبائك النحاس وألواح الألومنيوم. على سبيل المثال، قالب جرافيت مستطيل من النحاس بوزن 1 رطل، فإن تجويفه الداخلي الأملس يقلل من مقاومة تدفق المعدن ويحسن جودة سطح الصب.
قوالب غير منتظمة الشكل: مخصصة للأشكال الهندسية المعقدة (مثل المجوهرات والمشتتات الحرارية الإلكترونية)، وذلك باستخدام النقش الدقيق باستخدام الحاسب الآلي لتحقيق دقة على مستوى الميكرون، مما يضمن سلامة تفاصيل الصب.
القوالب المعيارية: تم تجميعها من وحدات متعددة، وهي مناسبة للتبديل بين مواصفات المنتج المتعددة، مما يقلل من تكاليف استبدال القالب.
حسب نوع العملية:
قوالب الصب بالقالب: تستخدم لصب المعادن ذات نقطة انصهار منخفضة مثل الألومنيوم والمغنيسيوم تحت الضغط العالي، والتي تتطلب مقاومة ضغط تتراوح بين 50-150 ميجا باسكال، مع عمر قالب يتجاوز 100000 دورة.
قوالب الصب المستمر: تستخدم لإنتاج منتجات طويلة مثل قضبان النحاس وسبائك الألومنيوم، وتتطلب تشغيلاً متواصلاً لعدة أشهر وتتطلب مقاومة تآكل عالية للغاية.
قوالب الصب الفراغية: تستخدم في بيئة الفراغ لمنع أكسدة المعادن، ومناسبة لصب سبائك الفضة عالية النقاء.
2. خصائص المظهر: مزيج من الدقة والمتانة
الشكل الأساسي: عادةً ما يكون هيكل الخزان مستطيلًا أو أسطوانيًا ذو قاع مسطح وسمك جدار موحد. تم تجهيز بعض الطرز بغطاء قابل للإزالة لسهولة تحميل وتفريغ المعدن المنصهر. على سبيل المثال، يتميز قالب الجرافيت المصنوع من الذهب بوزن 1/4-1/2-1 أونصة تروي بتصميم ثلاثي التجاويف، مما يسمح بصب سبائك الذهب بأحجام مختلفة في وقت واحد.
المعالجة السطحية
تلميع دقيق: خشونة الجدار الداخلي Ra<0.4μm، مما يقلل من التصاق المعدن ويحسن تشطيب سطح الصب.
طلاء مضاد للأكسدة: مثل طلاء كربيد السيليكون (SiC) أو طلاء نيتريد البورون (BN)، مما يعزز مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية ويطيل عمر القالب.
التعزيز الهيكلي: يؤدي تضمين شرائح التسليح المعدنية عند حافة الخزان إلى تحسين مقاومة التأثير الميكانيكي.
3. تركيب المواد: درجة نقاء عالية وتعزيز مركب
المادة الأساسية: الجرافيت المتوازن عالي النقاء هو النواة، مع محتوى الكربون > 99.9% ومحتوى الرماد <0.01%، مما يضمن الاستقرار الكيميائي والتوصيل الكهربائي. على سبيل المثال، تتطلب قوالب الجرافيت من فئة أشباه الموصلات محتوى من الرماد أقل من 5 جزء في المليون لمنع الشوائب من تلويث القالب.
مرحلة التعزيز
ألياف الكربون: تعمل على تحسين قوة الشد (≥12MPa) ومقاومة الصدمات، وتقليل معامل التمدد الحراري (CTE<1.5×10⁻⁶/°C)، ومناسبة لسيناريوهات التسخين السريع.
الجزيئات المعدنية: مثل النيكل (Ni) أو الموليبدينوم (Mo)، مما يعزز التوصيل الحراري (الموصلية الحرارية ≥150W/(m·K)) وتقصير وقت التبريد.
جزيئات السيراميك: مثل كربيد السيليكون (SiC)، مما يحسن مقاومة التآكل ويطيل عمر القالب. المواد المضافة: التشريب بزيت السيليكون أو ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂) يقلل من معامل الاحتكاك، ويحقق تأثير التشحيم الذاتي؛ طلاء السطح بالألومينا (Al₂O₃) يعزز مقاومة التآكل.
4. خيارات التخصيص: مرنة لتلبية الاحتياجات الفردية
تخصيص الحجم
يدعم تعديل طول وعرض وعمق القالب حسب مواصفات الصب. على سبيل المثال، تصميم قوالب جرافيت دقيقة للمجوهرات المخصصة، بحجم لا يقل عن 10 مم × 10 مم.
تخصيص الشكل:
من خلال النمذجة ثلاثية الأبعاد وتقنية النقش باستخدام الحاسب الآلي، تتيح قوالب الجرافيت المخصصة تصنيع قوالب للأشكال الهندسية المعقدة (مثل الهياكل الحلزونية والأنماط المخرمة)، مما يلبي احتياجات الصب الفني.
تخصيص صياغة المواد
ضبط نقاء الجرافيت ونسب التسليح حسب نوع معدن الصب. على سبيل المثال، بالنسبة لسبائك النحاس عالية التوصيل، فإن زيادة محتوى الجسيمات المعدنية تعمل على تحسين التوصيل الحراري.
تخصيص المعالجة السطحية
يقدم خيارات طلاء متنوعة (مثل SiC، وBN، وAl₂O₃) للتكيف مع البيئات المسببة للتآكل المختلفة؛ يدعم القوام السطحي المخصص لتعزيز خصائص مقاومة الانزلاق أو جماليات المسبوكات.
الآن الاتصال