חומרים עקשן הם סוג של חומר שיכול לשמור על המבנה שלו ויציבות הביצועים שלו בסביבות טמפרטורות גבוהות. יש להם עמידות מצוינת בטמפרטורות גבוהות וזעזועים תרמיים ויכולים לעמוד בתנאים קיצוניים כגון טמפרטורות גבוהות, הלם תרמי והתקפה כימית. להלן מבוא מפורט לחומרים עקשנים:
1. סיווג
ניתן לחלק חומרים עקשנים לקטגוריות הבאות על פי המרכיבים והמאפיינים העיקריים שלהם:
חומרים עקשן סיליקט: כגון חול קוורץ, לבני קוורץ, מולליט, אלומינה וכו'. לחומרים אלו עמידות מצוינת לטמפרטורה גבוהה ויציבות כימית ונמצאים בשימוש נרחב בתנורים בטמפרטורה גבוהה ובבטנות עקשן.
חומרים עקשניים מאלומינה: כגון לבני אלומינה, סיבים קרמיים מאלומינה וכו'. לאלומינה נקודת התכה גבוהה, קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה מצוינת, והיא נמצאת בשימוש נרחב בתנורים חסינים, בטנות עקשן וציפוי עקשן.
חומרים עקשן סיליקון קרביד: כגון לבני סיליקון קרביד, סיבים קרמיים של סיליקון קרביד וכו'. לסיליקון קרביד עמידות מצוינת בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני זעזועים תרמיים ויציבות כימית, והוא נמצא בשימוש נרחב בתנורים בטמפרטורה גבוהה ובבטנות עקשן.
חומרים עקשן גבוה מאלומיניום: כגון לבנים עתירות אלומיניום, סיבים קרמיים עתירי אלומיניום וכו'. לחומרי אלומיניום גבוהים יש מאפיינים של חוזק גבוה בטמפרטורות גבוהות ועמידות טובה בפני שחיקה, והם משמשים לרוב בתחומי המטלורגיה והבנייה .
חומרים עקשניים סיליקון-פחמן: כגון לבני סיליקון-פחמן, סיבי קרמיקה סיליקון-פחמן וכו'. לחומרי פחמן סיליקון יש עמידות מצוינת בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני זעזועים תרמיים ונמצאים בשימוש נרחב בטיפול בברזל מותך ובבטנות עקשן.
בנוסף, ישנם סיליקוס (תחמוצת סיליקט), אלומיניום סיליקט, מגנזיום קורונדום, מגנזיום סידן, אלומיניום מגנזיה, מגנזי סיליקון, חומרים עקשנים מרוכבים פחמן, חומרים עקשנים מזרקוניום, חומרים עקשנים מיוחדים וכו'.
2. תכונות פיזיקליות
התכונות הפיזיקליות של חומרים עקשן כוללות תכונות מבניות, תכונות תרמיות, תכונות מכניות, ביצועי שימוש וביצועי תפעול. ביניהם, תכונות מבניות כוללות נקבוביות, צפיפות נפח, ספיגת מים, חדירות אוויר, חלוקת גודל נקבוביות וכו'; תכונות תרמיות כוללות מוליכות תרמית, מקדם התפשטות תרמית, חום ספציפי, קיבולת חום, מקדם מוליכות תרמית, פליטות תרמית וכו'; תכונות מכניות כוללות חוזק לחיצה, חוזק מתיחה, חוזק כיפוף, חוזק פיתול, חוזק גזירה, חוזק השפעה, עמידות בפני שחיקה, תכונת זחילה, חוזק מליטה, מודול אלסטי וכו'; ביצועי השימוש כוללים עמידות, טמפרטורת ריכוך עומס, שינויים בקו צריבה מחדש, עמידות בפני זעזועים תרמיים, עמידות בפני סיגים, עמידות לחומצות, עמידות בפני אלקלי, עמידות לחות, עמידות בפני שחיקת CO, מוליכות, עמידות חמצון וכו'.
3. יישום
חומרים עקשן נמצאים בשימוש נרחב במטלורגיה, תעשייה כימית, בנייה, אנרגיה ועוד תחומים לייצור תנורים עקשן, בטנות עקשן, חומרי בידוד עקשן וכו'. תחומי יישום ספציפיים כוללים פלדה, מתכות לא ברזליות, זכוכית, מלט, קרמיקה, פטרוכימיה, מכונות, דוודים, תעשייה קלה, חשמל ותחומים אחרים. הם חומרים בסיסיים חיוניים להבטחת פעולת הייצור והפיתוח הטכנולוגי של התעשיות הנ"ל.
4. מגמת התפתחות
עם הפיתוח המתמשך של המדע והטכנולוגיה, חומרים עקשן יתפתחו בכיוון של משקל קל יותר, ביצועים גבוהים והגנה על הסביבה בעתיד. טכנולוגיות מתפתחות כמו ננוטכנולוגיה וחומרי ביומסה ימשיכו לתמוך במחקר ובפיתוח של חומרים עקשנים, ויאפשרו להם למלא תפקיד גדול יותר בתחומים שונים. במקביל, חומרים חסינים בהתאמה אישית יהפכו גם למגמת פיתוח עתידית עבור תרחישי יישומים שונים.
