رغوة التيتانيوم لإزالة الأكسجين من تيار الغاز الخامل

مقدمة

في معظم الصناعات، هناك حاجة إلى غازات خاملة عالية النقاء مثل النيتروجين والأرجون. يمكن للأكسجين بكميات ضئيلة أن يفسد جودة المنتج في إنتاج أشباه الموصلات وغيرها من العمليات المتقدمة تكنولوجيًا. وهذا هو السبب في أهمية مسح الأكسجين ؛ فهو يحافظ على محتوى الأكسجين عند مستويات منخفضة للغاية. وقد تم تحديد التيتانيوم كمادة مستخلصة نشطة. فهو يتفاعل بسرعة مع الأكسجين. ويحافظ على نقاء تيارات الغاز الخامل من خلال هذا التفاعل.

لماذا رغوة التيتانيوم؟

توفررغوة التيتانيوم بنية مسامية وخفيفة. وهذا يجعلها خيارًا مناسبًا للغاية لإزالة الأكسجين. وتوفر طبيعتها ذات الخلايا المفتوحة مساحة سطح كبيرة. وتوفر هذه البنية تلامسًا جيدًا بين التيتانيوم والأكسجين في الغاز. وتوفر معدلات تفاعل أسرع من البنية الصلبة أو المسحوق. كما أن هذه المادة تفاعلية للغاية وتعمل تحت ظروف متنوعة. يمكن دمج الرغوة في الأنظمة بسهولة حيثما يتعلق الأمر بالضغط ومعدلات التدفق.

يحب المهندسون رغوة التيتانيوم لأنها موثوقة. وبنيتها بحيث يتم إزالة الأكسجين منها بكفاءة. تتطلب ظروف العمل في معظم البيئات الصناعية أداءً سريعاً وموحداً. رغوة التيتانيوم قادرة على القيام بذلك دون أي مشاكل.

آلية إزالة الأكسجين

يعتمد ذلك على التفاعل التلقائي للتيتانيوم مع الأكسجين. تتفاعل جزيئات الأكسجين، عندما تصل إلى سطح رغوة التيتانيوم، وتشكّل أكسيد التيتانيوم المستقر. وتكون العملية سريعة وغير قابلة للانعكاس في معظم الحالات. توفّر الطبيعة المفتوحة للرغوة توزيعاً متساوياً للأكسجين على كامل مساحة سطحها. ويضمن هذا التعرض المنتظم حدوث الأكسدة بالتساوي في جميع أنحاء المادة.

ونظرًا لأن إزالة الأكسجين تكون على سطح الرغوة، يظل الأداء العام ثابتًا. وحتى في حالة وجود مناطق مؤكسدة من الرقاقة، يستمر التيتانيوم الجديد في العمل على جزيئات الأكسجين المارة. وتؤدي هذه العملية إلى أكسدة تدريجية ولكن منظّمة، وهذا يطيل عمر رغوة التيتانيوم. تحافظ هذه العملية المستقرة على مستويات الأكسجين في الغازات الخاملة عند مستويات دنيا.

تطبيقات رغوة التيتانيوم

لا تقتصر استخدامات رغوة التيتانيوم على صناعة واحدة، بل تجد استخدامها في صناعات أخرى عالية التقنية:

-في تصنيع أشباه الموصلات، تحافظ على مستوى التلوث بالأكسجين تحت السيطرة.

-في علم المعادن، يجد استخدامًا في عمليات التكرير حيث توجد حاجة إلى نقاء عالٍ للجو الخامل.

- في المعالجة الكيميائية، من الضروري إزالة الأكسجين لتجنب التفاعلات غير المرغوب فيها التي قد تعيق جودة المنتج.

وهناك أمثلة أخرى أيضًا. على سبيل المثال، في أنظمة تنظيف الغاز التي تستخدمها مراكز الأبحاث والمختبرات، تعتبر رغوة التيتانيوم حلاً أنيقاً وفعالاً. وقدرته على التعامل مع معدلات التدفق المتفاوتة للغاز تجعله الخيار المفضل في معظم الإعدادات.

عوامل الأداء

تؤثر عدة عوامل على أداء رغوة التيتانيوم:

-مسامية الخلايا المفتوحة أمر بالغ الأهمية. يُترجم المزيد من الخلايا المفتوحة إلى مساحة سطح أكبر للتفاعل.

-ويتحكم معدل تدفق تيار الغاز في وقت التلامس. التوازن أمر حاسم في إزالة الأكسجين بكفاءة.

-وتدخل درجة الحرارة الآن. هناك ظروف درجة حرارة قد تكون مطلوبة لتحسين التفاعل بين الأكسجين والتيتانيوم في عمليات معينة.

وغالباً ما تستخدم بيانات الاختبار الميداني الدقيقة في التطبيقات الصناعية لإجراء تعديلات في هذه العوامل. يتم استخدام نهج متوازن لتحسين الأداء وإطالة عمر خدمة رغوة التيتانيوم.

المزايا مقارنةً بمسحوق التيتانيوم أو التيتانيوم الصلب

تتمتّع رغوة التيتانيوم بالعديد من المزايا المهمة مقارنةً بمسحوق التيتانيوم أو أشكال التيتانيوم الصلبة.

1- أولاً، تعاني الرغوة من انخفاض ضغط أقل من المسحوق، مما يسمح بتدفق الغازات بحرية وموثوقية أكبر. وهذا يسهِّل زيادة الكفاءة في الأنظمة التي يكون فيها التدفق الثابت أمراً بالغ الأهمية.

2- ثانياً، رغوة التيتانيوم أكثر أماناً في التعامل معها. فهي لن تتكتل أو تتلبّد قبل الأوان عند الاستخدام أو التخزين، على عكس المساحيق.

3- ثالثاً، إنّ بنية الخلية المفتوحة لرغوة التيتانيوم تجعلها مواتية للأكسدة المتساوية. يطيل التوزيع المتساوي للأكسدة من عمر المادة ويحافظ على ثباتها بمرور الوقت.

الخلاصة

تُعدرغوة التيتانيوم كاسحة فعالة للغاية للأكسجين في تيارات الغاز الخامل. وهي تفاعلية للغاية تجاه الأكسجين ولها شكل مسامي عالٍ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية النقاء في العمليات الصناعية وأشباه الموصلات. تضمن رغوة التيتانيوم أداءً ثابتاً وانخفاضاً أقل في الضغط وسهولة محسنة في المناولة مقارنةً بالاستخدام التقليدي للمسحوق أو التيتانيوم الصلب. وفي الصناعات عالية التقنية التي تتطلب تنظيماً صارماً لمحتوى الأكسجين، لا تزال هذه المادة خياراً قابلاً للتطبيق. لمزيد من الرغاوي المعدنية، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: ما سبب الحاجة إلى الغازات الخاملة عالية النقاء في أشباه الموصلات؟

س: إنها تتجنب التلوث وتضمن إنتاج منتجات دقيقة وعالية الجودة.

و: لماذا تُعد رغوة التيتانيوم أفضل من التيتانيوم الصلب؟

س: ج: إنها مسامية في التركيب، ولديها انخفاض ضغط أقل، وتوفّر أكسدة موحّدة.

و: كيف تُزيل رغوة التيتانيوم أكسدة تيارات الغاز؟

س: يتفاعل الأكسجين مع التيتانيوم لإنتاج أكسيد مستقر على سطح الرغوة.