સિરામિક ડોઝિંગ પંપ પ્લંજર્સ આટલા લાંબા સમય સુધી ચાલે છે અને ચોકસાઈપૂર્વક ડોઝ આપે છે તેનું કારણ એ છે કે તેમને ખાસ સામગ્રીમાંથી બનાવવામાં આવે છે, જે સામાન્ય ધાતુઓ કરતાં ઘણી વધુ સારી હોય છે. આજના મોટાભાગના પ્લંજર ડિઝાઇન ત્રણ મુખ્ય પ્રકારની ઉન્નત સિરામિક્સ પર આધારિત છે: ઝિરકોનિયા (જેનું સૂત્ર ZrO2 છે), એલ્યુમિના (Al2O3) અને સિલિકોન કાર્બાઇડ (ટૂંકામાં SiC). આ સામગ્રીને શું ખાસ બનાવે છે? તેમની પાસે 3.5 GPa કરતાં વધુની સુપર ઊંચી વિકર્સ હાર્ડનેસ રેટિંગ હોય છે, જેનો અર્થ એ થાય છે કે કામગીરી દરમિયાન 50 MPa કરતાં વધુના દબાણને કારણે પણ તેઓ વળી શકતા નથી કે વિકૃત પણ થતા નથી. અને આંકડાઓ વિશે વાત કરીએ તો: સ્ટેનલેસ સ્ટીલના સામાન્ય પ્લંજર્સ સાથે સરખામણીમાં સિરામિક પ્લંજર્સ તણાવના કારણે તેમના આકારને લગભગ 98 ટકા વધુ સારી રીતે જાળવી રાખે છે. આ પ્રકારની ટકાઉપણું સીધી રીતે ઓછી જગ્યાએ ફેરબદલી અને સમયાંતરે વધુ સુસંગત કામગીરીમાં ફેરવાય છે.
ઉષ્મા સ્થિરતા વિશ્વસનીયતાને વધુ વધારે છે. ZrO2 -20°C અને 200°C વચ્ચે લગભગ શૂન્ય ઉષ્મા પ્રસરણ (±2 ppm/કે) બતાવે છે, જે સૂક્ષ્મ ફાટો અને <0.1% પરિમાણોની ભિન્નતા જાળવી રાખવાને અટકાવે છે—જે રાસાયણિક ઇન્જેક્શન સિસ્ટમ જેવા બદલાતા વાતાવરણમાં પુનરાવર્તિત ડોઝિંગ માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
સચોટ મશીનીંગ આ ફાયદાઓમાં વધારો કરે છે. ડાયમંડ ગ્રાઇન્ડીંગ સાધનોનો ઉપયોગ કરીને, ઉત્પાદકો ±1 μm ટોલરન્સ પ્રાપ્ત કરે છે, જેથી 10,000+ કલાક સુધી પ્લંજરનો વ્યાસ સ્પષ્ટતાના 0.003% અંદર રહે છે. આ માઇક્રોન-સ્તરની સુસંગતતા ડોઝિંગ ચોકસાઈ સાથે સીધી સંબંધિત છે, જે ઉદ્યોગ-અગ્રણી સંશોધનમાં નોંધાયેલી કઠિન રાસાયણિક પરિસ્થિતિઓમાં વાર્ષિક <0.5% કરતાં ઓછુ વોલ્યુમેટ્રિક ડ્રિફ્ટ ઘટાડે છે.
સેરામિક ડોઝિંગ પંપ પ્લંજર્સ અનમોલ કઠિનતા અને પરિમાણીય સ્થિરતા માટે ઝિરકોનિયા (ZrO2), એલ્યુમિના (Al2O3) અને સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) નો ઉપયોગ કરે છે. આ ઉન્નત સેરામિક્સ 1,500 HV કરતાં વધુ વિકર્સ કઠિનતા મૂલ્યો પ્રાપ્ત કરે છે, જે 500 બાર કરતાં વધુના દબાણે પણ ચોકસાઈપૂર્વક પ્રવાહી નિયંત્રણ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
એલ્યુમિના (380 GPa) અને સિલિકોન કાર્બાઇડ (420 GPa) નો ઊંચો સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ ઓપરેશન દરમિયાન ત્રિજ્યાના વિસ્તરણને લઘુતમ રાખે છે. આના કારણે પ્લંજર અને સિલિન્ડર વચ્ચેની જગ્યા ±2 μm ની અંદર રહે છે, જે 10,000 સાયકલ દરમિયાન 0.5% કરતાં ઓછી ડોઝિંગ ભૂલને સીધી રીતે ફાળો આપે છે.
ZrO2 800°C એ તેની ઓરડાના તાપમાનની મજબૂતાઈના 95% જાળવી રાખે છે, જે 400°C ઉપર મેટલિક વિકલ્પો કરતાં 40–60% મજબૂતાઈ ગુમાવે છે તેની સરખામણીએ નોંધપાત્ર રીતે વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે. આ ઉષ્મા પ્રતિકારકતા ફાર્માસ્યુટિકલ ઉત્પાદનમાં સ્ટીમ સ્ટેરિલાઇઝેશન જેવી ઊંચી ગરમીની એપ્લિકેશનમાં ભૌમિતિક ફેરફારને અટકાવે છે.
આધુનિક ગ્રાઇન્ડિંગ તકનીકો સેરામિક પ્લંજર્સ પર 0.05–0.1 μm ની સપાટીની ખાડાખીચડી (Ra) કિંમતો ઉત્પન્ન કરે છે. ISO 22096:2022 પંપ કાર્યક્ષમતાના માપદંડો અનુસાર, આ સબ-માઇક્રોન જ્યામિતિય ચોકસાઈ ધાતુના પ્લંજર્સની તુલનામાં 18% જેટલો પ્રવાહી સ્લિપ નુકસાન ઘટાડે છે.
ઝિર્કોનિયા (ZrO2) અને એલ્યુમિના (Al2O3) એસિડ, ક્ષાર અને દ્રાવકોને સંભાળતી વખતે અસાધારણ કાટ પ્રતિકાર બતાવે છે. ધાતુઓની તુલનાએ, સેરામિક્સ સહસંયોજક પરમાણુ બંધનો અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન્સના અભાવને કારણે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ વિઘટનનો પ્રતિકાર કરે છે. 15% હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ અને pH 14 સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડના સંપર્કમાં રહેવા છતાં તેઓ ખાડા પડવા અથવા સામગ્રીનો નાશ વિના ટકી શકે છે.
2024 ના એક તુલનાત્મક અભ્યાસમાં 500 કાર્યકારી કલાક દરમિયાન સલ્ફ્યુરિક ઍસિડના સંપર્કમાં સેરામિક પ્લંજર્સે સ્ટેનલેસ સ્ટીલની તુલનામાં 27–41% વધુ કાર્યક્ષમતા દર્શાવી. તેમના નિષ્ક્રિય સ્વભાવને કારણે મિશ્ર સામગ્રીની પ્રણાલીઓમાં ગેલ્વેનિક કોરોઝનનું જોખમ પણ દૂર થાય છે—જે રસાયણિક ઇન્જેક્શન પ્રક્રિયાઓમાં આવશ્યક છે.
કાર્બનિક દ્રાવકોમાં ફૂલી જતા પૉલિમર-આધારિત પ્લંજર્સની વિરુદ્ધ, pH 0–14 સમગ્રે સેરામિક્સ પરિમાણીય સ્થિરતા જાળવે છે. આ પ્રસરણને કારણે સીલ નિષ્ફળતા અટકાવે છે, જે એસિટોન અથવા ઇથેનોલ સાથે કામ કરતી ફાર્માસ્યુટિકલ પ્રણાલીઓમાં મહત્વપૂર્ણ લાભ છે. લાંબા સમય સુધી ઍસિડના સંપર્કમાં રહેતા ટાઇટેનિયમ મિશ્રધાતુઓમાં સામાન્ય હાઇડ્રોજન ઇમ્બ્રિટલમેન્ટ સમસ્યાઓથી સેરામિક્સ બચી જાય છે.
રાસાયણિક શોષણ અને સપાટીના ક્ષયને અવરોધવાથી, સિરામિક પ્લંજર તેમની મૂળ ભૂમિતિ અને દળ જાળવી રાખે છે. આના કારણે બ્લીચ ડોઝિંગ એપ્લિકેશનમાં 10,000+ ચક્રો સુધી ±0.5% ડોઝિંગ ચોકસાઈ મળે છે, જ્યારે PTFE ઘટકોમાં ±2.5% ફેરફાર જોવા મળે છે. તેમની સ્થિર સપાટીની રસાયણિક રચના હાઇડ્રોડાયનામિક વર્તન અથવા પ્લંજરના વજનને બદલી શકે તેવા પ્રતિક્રિયાશીલ એજન્ટોના અધિશોષણને અટકાવે છે.
500 બારથી વધુના દબાણ હેઠળ હોય ત્યારે પણ ઝિરકોનિયા અને એલ્યુમિના સેરામિક પ્લંજર્સ માઇક્રોન સ્તર સુધી તેમના આકારને જાળવી રાખે છે. 200 થી 400 GPa ની શ્રેણીમાં યંગનો મૉડ્યુલસ ધરાવતા, આ સામગ્રી 10 મિલિયન ચક્રો પછી પણ વિસ્થાપન કરવાના કદમાં 1% કરતાં ઓછી ભૂલ સાથે વળાંક અથવા ફેલાવાને અવરોધે છે. સ્ટેનલેસ સ્ટીલના વિકલ્પોની તુલનાએ, સેરામિક્સ એન્જિનિયર્સ દ્વારા "સ્પ્રિંગ ઇફેક્ટ" કહેવાતી ઘટના દર્શાવતા નથી, જ્યાં ઘનત્વ પછી ઘટકો થોડા સમય માટે પાછા ફરે છે. આનું મહત્વ એ છે કે જાડા, ચાંટકાળિયા પ્રવાહીઓને સંભાળતી વખતે સ્ટેનલેસ સ્ટીલના પ્લંજર્સ સામાન્ય રીતે 0.3 થી 0.5% ની ડોઝિંગ ભૂલો ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રિસિઝન એન્જિનિયરિંગ જર્નલમાં ગયા વર્ષે પ્રકાશિત એક અભ્યાસે આ શોધની પુષ્ટિ કરી હતી, જેણે ઘણા ઉત્પાદકો મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશન્સ માટે સેરામિક ઉકેલો તરફ વળવાનું કારણ સમજાવ્યું.
સતત 5,000 કલાકની કામગીરી પછી સેરામિક પ્લંજર 99.8% મૂળ સપાટીનું પ્રતિબિંબ જાળવી રાખે છે, જ્યારે હાર્ડન્ડ સ્ટીલ માટે આ દર 92% છે. આ પરિમાણોની સ્થિરતા ડોઝિંગની પુનરાવર્તનશીલતાને ખરાબ કરતા ઘર્ષણના ફેરફારને લઘુતમ કરે છે. pH નિયંત્રણ સિસ્ટમમાં, સેરામિક પ્લંજર પંપ 12-મહિનાના અંતરાલમાં ±0.25% પ્રવાહ સ્થિરતા જાળવે છે—જે ધાતુના પ્રકારો કરતાં 4:1 વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.
ઉન્નત સેરામિક્સનો લગભગ શૂન્ય ઘસારો વાર્ષિક <0.1% કેલિબ્રેશન ડ્રિફ્ટ ઘટાડે છે. અભ્યાસો દર્શાવે છે કે સેરામિક પ્લંજર પંપ 50,000 કરતાં વધુ સેવા કલાક માટે ±0.5% ની અંદર કેલિબ્રેશન ચોકસાઈ જાળવી રાખે છે—જે પરંપરાગત સામગ્રી કરતાં ત્રણ ગણો લાંબો સમય છે. USP <797> ધોરણો સ્ટેરિલ કોમ્પાઉન્ડિંગમાં 1% કરતાં ઓછી ડોઝિંગ વિચલન માંગે છે તેવી ફાર્માસ્યુટિકલ એપ્લિકેશનમાં આ સ્થિરતાનું સ્તર મહત્વપૂર્ણ છે.
સેરામિક ડોઝિંગ પંપ પ્લંજર્સ ફાર્માસ્યુટિકલ ઉત્પાદન અને સેમિકન્ડક્ટર ફેબ્રિકેશન જેવા હાઇ-પ્રિસિઝન ઉદ્યોગોમાં આવશ્યક છે. તેમની પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રવાહીઓ સામેની પ્રતિકારકતા ડિસઇન્ફેક્ટન્ટ ડોઝિંગ માટે પાણીની સારવારમાં ±0.5% ચોકસાઈ જાળવીને 10,000+ કલાક સુધી વિશ્વસનીય કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરે છે. સેમિકન્ડક્ટર વેટ એચિંગમાં, ઝિરકોનિયા પ્લંજર <5 μm ડોઝિંગ પુનરાવર્તનશીલતા પૂરી પાડે છે—જે નેનોસ્કેલ સર્કિટ પેટર્નિંગ માટે આવશ્યક છે.
2024 માં પ્લંજર ડોઝિંગ પંપ્સ માટેના નવીનતમ બજાર વિશ્લેષણ મુજબ, ઉદ્યોગોએ પરંપરાગત સામગ્રીની તુલનાએ આધુનિક સેરામિક્સનો ઉપયોગ કરવામાં લગભગ 22% વાર્ષિક વૃદ્ધિ જોઈ છે. આનું મુખ્ય કારણ એ છે કે આ સેરામિક ઘટકો સામાન્ય રીતે ધાતુના ભાગોને ઘસી નાખતા ઘર્ષક પદાર્થો અને કઠોર રસાયણો સામે ખૂબ વધુ ટકાઉપણે ઊભા રહે છે. ફૂડ પ્રોસેસિંગ ઉદ્યોગે CIP સિસ્ટમ્સ તરીકે ઓળખાતી કઠિન સફાઈ પ્રક્રિયાઓ માટે સિલિકોન કાર્બાઇડ પ્લંજર્સનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કર્યું છે. આ ફેરફારથી ઉત્પાદન દરમિયાન ખોરાક ઉત્પાદનોમાં અણગમો ધરાવતા ધાતુના કણોને મિશ્ર થતા અટકાવવામાં મદદ મળે છે. નવીકરણીય ઊર્જાના ક્ષેત્રોમાં પણ, હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનની ગોઠવણીમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના માપન માટે સેરામિક્સનો ઉપયોગ થતો જોવા મળે છે. ત્યાં ધાતુના ભાગો ઝડપથી ક્ષય પામતા હોવાથી તેઓ લાંબા સમય સુધી ચાલતા નથી. ઘણા ઉત્પાદકો હવે બાયોડીઝલ ઓપરેશન્સમાં જરૂરી ખૂબ ઊંચા તાપમાનને સંભાળવા માટે CVD કોટિંગ્સને એલ્યુમિના બેઝ સાથે મિશ્ર કરી રહ્યા છે. કંપનીઓ જ્યારે જાળવણીની લાગત ઘટાડવાની સાથે કાર્યક્ષમતા વધારવાની રીતો શોધી રહી છે, ત્યારે સેરામિક ઉકેલો તરફનો આ વલણ એકબીજા ઉદ્યોગોમાં સ્થાયી રહેવાનો દેખાય છે.
EN
