Keramik dozlaşdırma nasosunun təkan lövhələrinin uzun müddət dayanması və dəqiq dozlaşdırmanı saxlamasının səbəbi onların adi metalları uzaqdan geri qoyan xüsusi materiallardan hazırlanmasıdır. Bu gün əksər təkan lövhəsi dizaynları üç əsas inkişaf etmiş keramika növünə güvənir: zirkoniya (ZrO2 formuluna malik), alümina (Al2O3) və silisium karbid (qısaca SiC). Bu materialları fərqləndirən nədir? Onların 3,5 GPa-dan yuxarı olan çox yüksək Vikers sərtlik reytinqi var, bu da iş zamanı 50 MPa-dan yuxarı təzyiqlərə məruz qalanda belə əyilməyəcəyi və ya deformasiyaya uğramayacağı deməkdir. Və rəqəmlərdən danışaq: təkrarlanan gərginlik sikllərinə məruz qaldıqda keramik təkan lövhələri paslanmayan poladdakı eynilərinə nisbətən formasını təxminən 98 faiz daha yaxşı saxlayır. Belə möhkəmlik birbaşa daha az əvəzetməyə və zamanla daha sabit performansa çevrilir.
İstilik sabitliyi etibarlılığı daha da artırır. ZrO2 -20°C ilə 200°C arasında demək olar sıfır istilik genişlənməsinə (±2 ppm/K) malikdir, bu da mikro çatlamaların qarşısını alır və ölçülərdə dəyişikliyi <0,1% səviyyəsində saxlayır — kimyəvi təzyiq sistemləri kimi dəyişən şəraitdə təkrarlanan dozalaşdırma üçün kritik əhəmiyyət daşıyır.
Dəqiq emal bu faydaları artırır. Almaz zımparalama alətlərindən istifadə edərək, istehsalçılar ±1 μm dəqiqlik əldə edir və bu da plunjer diametrlərinin 10 000-dən çox saat ərzində göstərilənlərdən 0,003% daxilində qalmasını təmin edir. Bu mikron səviyyəsində sabitlik dozalaşdırma dəqiqliyi ilə birbaşa əlaqəlidir və sərt kimyəvi şəraitdə həcmi sürüşməni illik <0,5%-ə qədər azaldır, bu da sənayedə aparıcı tədqiqatlarda qeyd olunub.
Keramik dozaj nasosu təkanlıqları yüksək sərtlik və ölçülərin sabitliyi üçün zirkon (ZrO2), alümina (Al2O3) və silisium karbid (SiC) istifadə edir. Bu inkişaf etmiş keramik materiallar 1500 HV-dən yuxarı Viker sərtlik dəyərlərinə çatır ki, bu da 500 bardan artıq təzyiqlərdə belə dəqiq maye nəzarətinə imkan verir.
Alüminanın (380 GPa) və silisium karbidin (420 GPa) yüksək elastik modulu iş zamanı radial genişlənməni minimuma endirir. Bu isə təkanlıq-silindr aralığının ±2 μm daxilində qalmasını təmin edir və 10 000 sikl ərzində dozaj kənarlaşmalarını 0,5%-dən aşağı saxlayır.
ZrO2 800°C-də otaq temperaturundakı möhkəmliyinin 95%-ni saxlayır və 400°C-dən yuxarıda 40–60% möhkəmlik itirən metal alternativlərini əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir. Bu istilikə davamlılıq farmasevtika istehsalındakı buxar sterilizasiyası kimi yüksək istilik şəraitində həndəsi dəyişikliklərin qarşısını alır.
Müasir zımparalama üsulları keramik plunjerlərin səthi xırталığına (Ra) 0,05–0,1 μm qiymətləri verir. ISO 22096:2022 nasos səmərəliliyi meyarlarına görə, bu sub-mikron həndəsi dəqiqlik standart paslanmayan polad komponentlərlə müqayisədə maye sürüşmə itkisini 18% azaldır.
Cirkoniya (ZrO2) və alümina (Al2O3) turşular, qələvilər və həlledicilərlə işlənərkən istisnalı korroziyaya qarşı dayanıqlılığını göstərir. Metalların əksinə, keramiklər kovalent atom rabitələrinə malikdir və sərbəst elektronlarının olmaması səbəbindən elektrokimyəvi parçalanmaya qarşı davamlıdır. Onlar 15% xlorid turşusuna və pH 14 natrium hidroksidinə məruz qalarkən çökəklik və ya material itirmədən dözümlüdür.
2024-cü ildə aparılan müqayisəli bir tədqiqat, 500 iş saatı ərzində xlorid turşusuna məruz qalma şəraitində keramik pluncerlərin paslanmayan poladlara nisbətən 27–41% daha yaxşı performans göstərdiyini aşkar etdi. İnert təbiəti həmçinin müxtəlif materiallı sistemlərdə qalvanik korroziya riskini aradan qaldırır — bu da kimyəvi inyeksiya prosesləri üçün vacibdir.
Orqanik həlledicilərdə şişən polimer bazalı pluncerlərin əksinə olaraq, keramika pH 0–14 diapazonunda ölçülü sabitliyini saxlayır. Bu, genişlənmə səbəbilə yaranan sıxlama problemlərini qarşısını alır və aseton və ya spirt emal edən farmasevtika sistemləri üçün kritik üstünlük təşkil edir. Keramik materiallar həmçinin uzunmüddətli turşuya məruz qalarkən titan ərintilərində tez-tez rast gəlinən hidrogen embrittlement (həssaslaşması) problemindən qaçınır.
Keramik plunžerlər kimyəvi udma və səth eroziyasına qarşı müqavimət göstərməklə orijinal həndəsəsini və kütləsini saxlayır. Bu, PTFE komponentlərdə müşahidə olunan ±2,5% meyilliyə qarşı, ağardıcı dozalaşdırma tətbiqlərində 10.000-dən çox sikl boyu ±0,5% dozalaşdırma dəqiqliyinə imkan verir. Sabit səth kimyası hidrodinamik davranışın və ya plunžer çəkisinin dəyişməsinə səbəb ola biləcək reaktiv agentlərin adsorbsiyasını maneə törədir.
Zirkoniya və alümina keramik təkanlar 500 bar-dan yuxarı təzyiqə məruz qalarkən belə mikron səviyyəsində formasını saxlayır. Bu materialların Yung modulu 200 ilə 400 GPa arasında dəyişir, bu da onlara əyilməyə və ya uzanmağa müqavimət göstərməyə imkan verir və 10 milyon sikldən sonra yerini dəyişdirmə həcminin meylini 1%-dən aşağı saxlayır. Paslanmayan poladdan fərqli olaraq, keramika mühəndislərin "sürüşmə effekti" adlandırdığı, yəni komponentlərin sıxıldıqdan sonra yüngül şəkildə bərpa olunması hadisəsini göstərmir. Bu o deməkdir ki, paslanmayan polad təkanlar qalın, özlü mayelərlə işləyərkən adətən təxminən 0.3 ilə 0.5% arası dozalaşdırma xətası yaradır. Keçən il Precision Engineering jurnalında dərc edilmiş bir tədqiqat bu tapıntıya təsdiq vermiş və buna görə də bir çox istehsalçının kritik tətbiqlər üçün keramik həllərə keçməsinin səbəbini izah etmişdir.
Sürüşün 5000 saatından sonra keramik təkanlar orijinal səth örtüyünün 99,8%-ni saxlayır, bu göstərici sementləşmiş polad üçün 92% təşkil edir. Bu ölçülü sabitlik dozalamanın təkrarlanmasını aşağı salan sürtünmə dəyişkənliyini minimuma endirir. pH idarəetmə sistemlərində keramik təkanlı nasoslar 12 ay müddətində ±0,25% həcm sabitliyini saxlayır və metal analoqlarını 4:1 nisbətində geridə qoyur.
Ən irəli səviyyəli keramiklərin demək olar ki, sıfır aşınma sürəti kalibrləmə driftini illik <0,1%-ə qədər azaldır. Tədqiqatlar göstərir ki, keramik təkanlı nasoslar 50 000-dən çox iş saatı ərzində kalibrləmə dəqiqliyini ±0,5% daxilində saxlayır — bu, ənənəvi materiallardan üç dəfə uzundur. Bu səviyyədə sabitlik USP <797> standartlarının steril birləşdirmədə 1%-dən az dozalama dəyişkənliyi tələb etdiyi farmasevtika tətbiqləri üçün vacibdir.
Keramik dozlaşdırma nasosu təchizatları dərman istehsalı və yarımkeçirici istehsalı kimi yüksəq dəqiqlik tələb edən sənayelərdə vacibdir. Reaktiv mayelərə qarşı davamlılığı 10 000 saata yaxın müddətdə ±0,5% dəqiqliyi saxlayaraq dezinfeksiya maddələrinin dozasiyası üçün su təmizlənməsində etibarlı işləməni təmin edir. Yarımkeçiricilərin maye ilə korroziyaya uğratılmasında zirkoniya təchizatları nanometr miqyaslı sxem nümunələri üçün lazım olan 5 μm-dən az dozlaşdırma təkrarlanmasını təmin edir.
2024-cü il üçün pluncer dozaj nasosları üzrə aparılan son bazar analizinə görə, sənayelər ənənəvi materiallardan daha çox inkişaf etmiş keramikadan istifadə edərkən illik təxminən 22% böyümə qeyd etmişdir. Bunun əsas səbəbi bu keramik komponentlərin metal hissələri adətən aşındıran abraziv maddələrə və şiddətli kimyəvi maddələrə qarşı xeyli yaxşı müqavimət göstərməsidir. Qida emalı sənayesi CIP sistemləri kimi çətin təmizləmə prosesləri üçün silisium karbid pluncerlərinə keçməyə başlayıb. Bu dəyişiklik istehsal zamanı qida məhsullarına metalların qarışmasının qarşısını almağa kömək edir. Bərpa olunan enerji sahəsində də hidrogen hasilatı qurğularında elektrolitlərin ölçüsünü müəyyənləşdirmək üçün keramikadan istifadə olunur. Metal hissələr orada uzun müddət dayanmır, çünki tez korroziyaya uğrayırlar. Bir çox istehsalçılar indi biodizel əməliyyatlarında tələb olunan yüksək temperaturları idarə etmək üçün CVD örtükləri alümina bazaları ilə qarışdırır. Şirkətlər effektivliyi artırmaq və təmir xərclərini azaltmaq üçün həllər axtararkən bu keramik həllərə doğru meyllilik bir neçə sənaye tətbiqi üzrə davamlı görünür.
EN
