يُسبب اختيار حجم الشبكة الخاطئ لمسحوق الكوارتز مشاكل حقيقية في خط الإنتاج. فالمسحوق الخشن جدًا يُنتج مصبوبات خشنة وألواحًا مليئة بالثقوب الدقيقة. أما المسحوق الناعم جدًا فيسد خطوط التغذية ويضاعف التكلفة. يشرح هذا الدليل معنى حجم الشبكة، وكيفية تحويله إلى ميكرونات، وحجم الجسيمات المناسب لكل تطبيق.
ماذا يعني حجم الشبكة؟
يُقاس حجم الشبكة بعدد الفتحات الموجودة في المنخل ضمن بوصة طولية واحدة. يمر مسحوق بحجم 200 شبكة عبر منخل يحتوي على 200 فتحة في البوصة. القاعدة بسيطة: كلما زاد رقم الشبكة، كانت الجزيئات أدق، وكلما قلّ، كانت الجزيئات أخشَن.
كما يرسم هذا القطاع خطاً فاصلاً حسب رقم الشبكة:
أ. يُطلق على ما يصل إلى 120 شبكة عادةً اسم رمل الكوارتز.
ب. يُطلق على ما يزيد عن 120 شبكة اسم مسحوق الكوارتز، والمعروفة أيضاً باسم دقيق السيليكا أو السيليكا المطحونة.
يتمتع مسحوق الكوارتز ببعض الخصائص الثابتة التي يجدر معرفتها قبل اختيار درجته. يتكون أساسًا من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، بصلابة 7 على مقياس موس وكثافة 2.65 غ/سم³. ينصهر عند درجة حرارة تتراوح بين 1650 و1750 درجة مئوية تقريبًا، ويقاوم الأحماض والقلويات، ويعزل كهربائيًا، وله معامل تمدد حراري منخفض. تُصنف درجات النقاء إلى: 90-99%، مكرر 99-99.5%، عالي النقاء 99.5-99.9%، وفائق النقاء ≥99.99%.
جدول تحويل من الشبكة إلى الميكرون
يقيس كل من المقياس الشبكي والميكروني نفس الشيء من اتجاهين متعاكسين. فبينما يحسب المقياس الشبكي عدد الفتحات في البوصة، يقيس الميكروني حجم فتحة الجسيم نفسه. يوضح الجدول أدناه الدرجات التجارية الشائعة واستخدامات كل منها.
مرجع سريع للقيم الفردية: 100 مش حوالي 149 ميكرون، 200 مش حوالي 74 ميكرون، 325 مش حوالي 44 ميكرون، 400 مش حوالي 37 ميكرون، 600 مش حوالي 20 ميكرون، 800 مش حوالي 15 ميكرون، 1250 مش حوالي 10 ميكرون، 2000 مش حوالي 6.5 ميكرون، و3000 مش حوالي 4.5 ميكرون. هذه قيم تقريبية للمناخل القياسية الأمريكية.
اختيار مسحوق الكوارتز حسب حجم الشبكة
عادة ما يتم بيع مسحوق الكوارتز التجاري في عدد قليل من النطاقات القياسية: 325، 600، 800، 1250، و2000 شبكة، مع توفر درجات 3000 شبكة ودرجات النانومتر عند الطلب.
من 20 إلى 120 شبكة: رمل خشن ومتوسط
من الناحية الفنية، هذا النطاق عبارة عن رمل وليس مسحوق، ولكنه يقع في أعلى سلسلة التوريد نفسها وعادة ما يتم الحصول عليه معًا.
أ. تستخدم المسبوكات الكبيرة شبكة من 20 إلى 60 للحصول على نفاذية جيدة للغاز وقابلية للانهيار.
ب. تستخدم عمليات الصب الدقيق والصب بالرغوة المفقودة شبكة من 60 إلى 120 للحصول على سطح نهائي أكثر نعومة.
ج. يستخدم حجر الكوارتز المصنّع 80 إلى 120 شبكة كمادة أساسية، ممزوجة برمل خشن 40 إلى 60 شبكة ورمل ناعم 150 إلى 200 شبكة لتحقيق التوازن بين القوة والكثافة والسطح النظيف.
د. تستخدم أنظمة ترشيح المياه مرشحات ذات فتحات تتراوح بين 20 و80 مش، حيث تُستخدم مرشحات ذات فتحات تتراوح بين 20 و40 مش كطبقة دعم سفلية، ومرشحات ذات فتحات تتراوح بين 40 و80 مش كطبقة علوية دقيقة. أما أنظمة المياه فائقة النقاء، فتصل دقة مرشحاتها إلى ما بين 80 و120 مش.
هـ. يستخدم السفع الرملي وحشو العشب الصناعي شبكة من 10 إلى 40.
من 200 إلى 400 مش: مسحوق ناعم
عند تجاوز 120 شبكة، تدخل في نطاق مسحوق الكوارتز.
أ. تستخدم صناعة السيراميك والمواد المقاومة للحرارة عادةً مسحوقًا مكررًا بحجم 325 شبكة، مصنفًا بدرجة حرارة أعلى من 1600 درجة مئوية، للأجسام والطلاءات والطوب المقاوم للحرارة.
ب. يستخدم الزجاج المسطح وزجاج الحاويات والألياف الزجاجية مسحوقًا عالي النقاء يحتوي على SiO2 بنسبة 99.5 بالمائة أو أكثر وFe2O3 بنسبة 0.02 بالمائة أو أقل.
ج. تقوم شركة البناء بخلط مواد ذات حجم 100 إلى 200 شبكة مع الرمل القياسي لإنتاج الخرسانة عالية القوة، والأرصفة النفاذة، وطبقة تسوية الأرضيات.
د. يستخدم الصب الدقيق في شكل مسحوق 200 إلى 325 شبكة لرمل التشكيل ووسائط السفع، مما يترك المسبوكات خالية من الثقوب الدقيقة.
من 325 إلى 800 مش: مسحوق دقيق
هذا هو نطاق الحجم الأعلى، وهو المكان الذي تظهر فيه فجوة السعر بين الرمل والبودرة.
أ. يستخدم الكوارتز المصنّع والرخام الصناعي مسحوقًا أبيض نقيًا يتراوح حجم حبيباته بين 325 و800 مش، بدرجة بياض تبلغ 95 أو أكثر. يتميز هذا النوع بمقاومته للبقع والخدوش والتشوه.
ب. يستخدم الزجاج الكهروضوئي شبكة من 325 إلى 800 مع SiO2 بنسبة 99.8 بالمائة أو أكثر.
ج. يستخدم قطع وتلميع رقائق السيليكون شبكة 800، ويتم تحديد ذلك مرة أخرى بناءً على درجة النقاء.
د. تستخدم الطلاءات والأحبار شبكة 600 لزيادة صلابة الفيلم ومقاومة الطقس والالتصاق، لطلاء الجدران الخارجية والطلاء المضاد للتآكل.
هـ. يستخدم المطاط والبلاستيك هذا الشريط كحشو مقوي يحسن من مقاومة التآكل ويقلل التكلفة.
من 1250 إلى 3000 شبكة: فائقة النعومة ودرجة إلكترونية
عند هذه الدرجة من الدقة، تصبح النقاوة أهم من الشبكة وحدها.
أ. تستخدم التغليف الإلكتروني والرقائق النحاسية عالية التردد حوالي 3000 شبكة مع SiO2 بنسبة 99.99 بالمائة أو أكثر كحشو أساسي لتغليف الدوائر المتكاملة.
ب. تستخدم مواد دعم أشباه الموصلات شبكة من 1200 إلى 2000 لبوتقات الكوارتز وقوارب الكوارتز ومركب تغليف الرقائق.
ج. تستخدم مواد الحشو المصنوعة من الألياف البصرية والسيراميك عالي الجودة مسحوقًا عالي النقاء ومسحوقًا فائق النقاء.
د. الأدوات المختبرية التي يجب أن تتحمل الحرارة تستخدم بوتقات الكوارتز المحروقة وأنابيب المسحوبة المصنفة على درجة حرارة أعلى من 1700 درجة مئوية.
هـ. تستخدم قطع غيار الطائرات المتخصصة درجات نقاء فائقة مخصصة للعزل الحراري العالي والمكونات الكهروإجهادية.
من الأخطاء الشائعة في نطاق المساحيق فائقة النعومة الوصول إلى حجم الشبكة المطلوب مع تجاوز الحد المسموح به لأكسيد الحديد الثلاثي (Fe2O3). يرفض مشتري الإلكترونيات المساحيق بناءً على محتواها من الحديد حتى لو كان حجم المنخل مناسبًا. تُقيّم جودة الإلكترونيات بناءً على ثلاثة عوامل مجتمعة: حجم الشبكة، والنقاء، ومحتوى أيونات الصوديوم والبوتاسيوم. حجم الشبكة وحده غير كافٍ.
تُعدّ نقاوة الجسيمات وتوزيع حجمها أكثر أهمية من مجرد رقم الشبكة.
يُعدّ توزيع حجم الجسيمات أكثر أهمية من أي قيمة شبكية منفردة. فالمسحوق ذو التوزيع المحكم والمتجانس ينساب بسلاسة، ولا يتكتل أو يسدّ خطوط التغذية، ويتلبد أو يختلط بسهولة. أما الخلطات، مثل الحجر المُصنّع من مزيج من أحجام شبكية 40 و80 و150، فتتميز بكثافة أعلى من الحجم الموحد، كما أنها تقاوم التشقق.
لا يُعدّ مسحوق الكوارتز أفضل كلما كان أنعم، ولا أرخص كلما كان خشنًا. يُقيّم المسحوق الخشن بناءً على نفاذيته وقوته، والمتوسط على بياضه وفقدانه عند الاحتراق، أما فائق النعومة فيُقيّم على نقائه ومحتواه الأيوني. حدد التطبيق أولًا، ثم حجم الحبيبات، ثم النقاوة، بهذا الترتيب.
كيفية إنتاج كل حجم من أحجام الشبكة
يُطحن الكوارتز من الخشن إلى الناعم باستخدام معدات مختلفة حسب المنتج المستهدف. يُستخرج الرمل الخشن من عمليات التكسير والغربلة التقليدية. أما الحصول على مسحوق ناعم فيتطلب الطحن والتصنيف. بينما يتطلب الحصول على مسحوق دقيق للغاية أو فائق النعومة التصنيف الهوائي والطحن النفاث.
أ. يتم إنتاج شبكات تتراوح من 200 إلى 400 بكفاءة بواسطة خط إنتاج مطحنة الكرات وجهاز التصنيف الهوائيتقوم المطحنة بالطحن، ويعيد المصنف الجزيئات كبيرة الحجم لمرور آخر، مما يحافظ على التوزيع محكمًا.
ب. يعتمد تصنيف حجم الجسيمات من 325 إلى 800 مش على تصنيف الهواء. كلاهما مصنفات الهواء الأفقية و مصنفات الهواء العمودية يتم فصل الجزيئات الدقيقة عن الجزيئات الخشنة لضمان مطابقة المسحوق للمواصفات المطلوبة بدقة. كما أن مطحنة اهتزازية خاصة مناسبة للطحن الدقيق والناعم للغاية في هذا النطاق.
ج. 1250 إلى 3000 شبكة هي نطاق مطاحن النفث ذات الطبقة المميعة. مطاحن نفاثة ذات طبقة مميعة أفقية و مطاحن نفاثة ذات طبقة مميعة عمودية يتم طحن الكوارتز عن طريق اصطدام الجزيئات ببعضها باستخدام الهواء المضغوط. وهذا يمنع التلوث ويحقق النقاء المطلوب للتطبيقات الإلكترونية والبصرية.
الأسئلة الشائعة
ما هي استخدامات مسحوق الكوارتز ذي حجم 325 مش؟
تُستخدم هذه المادة في صناعة السيراميك، والمواد المقاومة للحرارة، وحجر الكوارتز المُصنّع، والزجاج الكهروضوئي، والطلاءات. وهي من أكثر أنواع المساحيق الناعمة شيوعاً.
كم عدد الميكرونات في شبكة 200؟
حوالي 74 ميكرون. يبلغ حجم الشبكة 325 حوالي 44 ميكرون، ويبلغ حجم الشبكة 800 حوالي 15 ميكرون.
هل مسحوق الكوارتز هو نفسه دقيق السيليكا؟
نعم. يشير دقيق السيليكا، والسيليكا المطحونة، والسيليكا الدقيقة إلى مسحوق الكوارتز المطحون ناعماً، وعادة ما يكون حجمه أكبر من 120 شبكة.
ما الفرق بين مسحوق الكوارتز ذي حجم 325 مش ومسحوق الكوارتز ذي حجم 800 مش؟
حجم الجسيمات. يبلغ حجم الجسيمات في المنخل ذي مقاس 325 مش حوالي 44 ميكرون، بينما يبلغ حجمها في المنخل ذي مقاس 800 مش حوالي 15 ميكرون. المنخل ذو مقاس 800 مش أغلى ثمناً ويُستخدم عندما يكون حجم الجسيمات أدق أو يتطلب درجة بياض ونقاء أعلى.
كيف يتم إنتاج مسحوق الكوارتز ذو حجم 2000 مش؟
باستخدام مطحنة نفاثة ذات طبقة مميعة وتصنيف هوائي. يدفع الهواء المضغوط الجسيمات عن طريق الاصطدام ببعضها البعض للوصول إلى بضعة ميكرونات دون تلوث معدني.
ما هي درجة النقاء المطلوبة لمسحوق الكوارتز المستخدم في الإلكترونيات؟
عادةً ما تكون نسبة SiO2 99.99% أو أعلى، مع تحكم دقيق في Fe2O3 وأيونات الصوديوم والبوتاسيوم. حجم الشبكة وحده لا يكفي للإلكترونيات.
أهم النقاط
أ. عدد فتحات المنخل لكل بوصة طولية. كلما زاد عدد فتحات المنخل، كان المسحوق أنعم.
ب. ما فوق 120 شبكة هو مسحوق الكوارتز؛ وما دونه عادة ما يكون رمل الكوارتز.
ج. قم بمطابقة الشريط مع المهمة: خشن للصب والترشيح، ناعم للسيراميك والزجاج، دقيق للغاية للحجر المصنّع والطلاءات، فائق النعومة للإلكترونيات.
د. في الطرف الدقيق، يكون النقاء وتوزيع حجم الجسيمات أكثر أهمية من رقم الشبكة الواحد.
هـ. كل مجموعة تحتاج إلى معدات طحن وتصنيف مختلفة.
هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار الشبكة والمعدات المناسبة لموادك؟ اتصل بـ EPIC Powder لإجراء عملية طحن تجريبية والحصول على توصية بشأن مطحنة أو خط إنتاج للكوارتز الخاص بك.
شكرًا لقراءتكم. آمل أن يكون مقالي مفيدًا. يُرجى ترك تعليق أدناه. يمكنكم أيضًا التواصل مع ممثل خدمة عملاء EPIC Powder عبر الإنترنت. زيلدا "لأي استفسارات أخرى."
— إميلي تشين، مهندس
