سبيكة البلاتين والإيريديوم: مادة أساسية في الصناعات الطبية والفضائية وأشباه الموصلات

البلاتين والإيريديوم يوصف في معظم المقدمات القصيرة بأنه بلاتين مع إضافة صغيرة من الإيريديوم، وهذه العبارة تزيل الرقم الوحيد الذي يحتاجه المشتري. محتوى الإيريديوم هو المواصفات. إنه يحدد الصلابة، ويحدد مقاومة التآكل، ويحدد كيفية تشغيل السبيكة، ويحدد السعر، ويتراوح النطاق الذي يباع فعليًا من بضعة بالمائة إلى ثلاثين بالمائة مع سلوك مختلف تمامًا عند كل خطوة.

نفس الخاصية التي تجعل السبيكة مفيدة في ثلاث صناعات هي سبب أهمية الرقم. الإيريديوم هو أحد المعادن القليلة التي تزيد من صلابة البلاتين دون تدمير استقراره الكيميائي، لذا فإن إضافة صغيرة تحول معدنًا ناعمًا وسهل التشوه إلى مادة ذات صلابة زنبركية تحتفظ بحافتها وتقاوم التآكل. أضف المزيد وترتفع الصلابة أكثر بينما تنخفض القدرة على العمل البارد، حتى يجب تشغيل السبيكة على الساخن ويصبح إنتاج السلك النهائي هو التكلفة المهيمنة.

تحدد هذه الصفحة خطوات التركيب التي يتم تداولها فعليًا، وما يشتريه كل منها في قطب كهربائي طبي، وفي مكون إشعال، وفي مسبار اختبار، والحد الأقصى لدرجة الحرارة الذي تشترك فيه السبيكة مع الإيريديوم النقي والذي لا تذكره أي ورقة بيانات رئيسية.

يعطي الجدول الخصائص التي تتغير مع محتوى الإيريديوم، باستخدام القيم المنشورة للتركيبات الشائعة. حيث لا يتم نشر خاصية لتركيبة معينة، تقول الخلية ذلك، لأن رقمًا مستنتجًا في جدول المواد أسوأ من خلية فارغة.

هناك شيئان يستحقان الملاحظة في هذا الجدول. ترتفع الكثافة مع محتوى الإيريديوم وتفعل ذلك بشكل رتيب، من 21.45 للبلاتين النقي إلى 21.69 عند 30٪ إيريديوم، لأن الإيريديوم هو الأكثر كثافة من المعدنين عند 22.56 جم/سم3. وخطوة الصلابة من البلاتين النقي إلى PtIr 10 أكبر بكثير من الخطوة من PtIr 10 إلى PtIr 20، وهذا هو السبب في أن سبيكة 10٪ تحمل معظم أعمال الأجهزة الطبية والأدوات: فهي تلتقط معظم فائدة الصلابة مع بقائها مادة يمكن سحبها ولفها وتشكيلها بأدوات عادية.

نطاق التركيب الذي يتم تخزينه بشكل روتيني أضيق من النطاق الممكن تقنيًا. توفر DLX البلاتين والإيريديوم بدرجات 5 و 10 و 15٪ إيريديوم كمعيار، مع إنتاج محتويات أعلى حسب الطلب، والنصيحة العملية لتصميم جديد هي البدء عند 10٪ والتحرك لأعلى فقط عندما تظهر قياسات التآكل أو الصلابة أن 10٪ ليست كافية.

يجب أن يقوم القطب الكهربائي المحفز بثلاثة أشياء في وقت واحد. يجب أن يمرر الشحنة إلى الأنسجة دون تآكل، ويجب أن يتحمل ملايين الدورات دون تغيير شكله، ويجب أن يكون قابلاً للتصنيع في شكل صغير ومعقد غالبًا. البلاتين والإيريديوم بنسبة 10٪ هو التركيبة التي توازن هذه الثلاثة، والأسباب كهروكيميائية وميكانيكية وليست تسويقية.

السبب الكهروكيميائي هو عرض النافذة التي يكون فيها المعدن خاملًا. يستخدم البلاتين وسبائكه لأنه لا يذوب عند الجهود التي يصل إليها نبض التحفيز، وتضيف إضافة الإيريديوم مقاومة التآكل تحت الدورات المتكررة دون إدخال طور يتآكل بشكل انتقائي. السبب الميكانيكي هو أن سبيكة 10٪ صلبة بما يكفي لمقاومة التشوه أثناء التجعيد والإدخال، ومرنة بما يكفي لسحبها إلى سلك أو تشكيلها في حلقة دون تشقق.

تتبع ثلاثة أشكال منتجات من هذه المتطلبات. القطب الكهربائي لجهاز تنظيم ضربات القلب أو التعديل العصبي هو عادة سلك، أو حلقة، أو طرف مشكل من قضيب. شريط علامة الدعامات هو حلقة رقيقة. جزء إدخال الأداة الجراحية هو جزء صغير مشكل. يتم طلب الثلاثة حسب التركيبة، وحسب الشكل، وحسب حالة السطح، وحالة السطح مهمة لأن الخدش على قطب كهربائي مزروع هو موقع لتركيز الشحنة.

التطبيق الفضائي الذي يوصف عادة بأنه مكون محرك صاروخي هو بشكل أكثر دقة مكون إشعال. يظهر البلاتين والإيريديوم في أقطاب شمعات الإشعال وأطراف الإشعال، حيث تقاوم السبيكة تآكل القوس وتحافظ على حافة حادة تحت التفريغ المتكرر، وتظهر في أجزاء المستشعرات والاتصال الصغيرة. إنه ليس مادة غرفة الاحتراق أو الفوهة، والتي تُبنى من سبائك النيكل، أو سبائك النحاس، أو مركبات الكربون اعتمادًا على استراتيجية التبريد.

هذا التمييز مهم للمشتري لأن الاستفسارين يذهبان إلى موردين مختلفين. طلب أقطاب إشعال من البلاتين والإيريديوم هو جزء صغير من المعادن الثمينة مع متطلبات تآكل. طلب غرفة دفع هو مكون هيكلي كبير مع متطلبات حرارية، والبلاتين والإيريديوم ليس مرشحًا بأي سعر.

ينطبق نفس المنطق على قائمة أشباه الموصلات. تظهر السبيكة في مجسات الاختبار وبعض مصادر البوتقات والتبخير، حيث تستخدم صلابتها وخمولها الكيميائي على نطاق صغير. لا تظهر كمادة هيكلية في مصنع رقائق، وصفحة تسرد تصنيع أشباه الموصلات دون تسمية المسبار أو البوتقة قد وصفت صناعة وليس تطبيقًا.

يتأكسد الإيريديوم في الهواء عند درجة حرارة عالية ليشكل أكسيدًا متطايرًا، ويغادر الأكسيد السطح ولا يبقى عليه كقشرة واقية. النتيجة لجزء من البلاتين والإيريديوم هي فقدان بطيء للإيريديوم من الطبقة السطحية عند درجات حرارة أعلى من حوالي 1000 درجة مئوية في جو مؤكسد، مما يغير كل من التركيب والأبعاد للقسم الرقيق.

هذا هو السبب في استخدام قطب كهربائي من البلاتين والإيريديوم في تطبيق الإشعال وليس كعنصر فرن، والسبب في تحديد السبيكة للاستخدام في الفراغ، أو الجو الخامل، أو الظروف المختزلة عندما تعمل على الساخن. في الهواء عند درجة الحرارة، لا يفشل المعدن بآلية دراماتيكية. ببساطة يصبح أرق، والإيريديوم الذي أعطاه الصلابة هو الجزء الذي يغادر.

تتبع نتيجتان عمليتان. يجب التعامل مع سلك رفيع أو طرف مسبار دقيق في الهواء فوق 1000 درجة مئوية كمادة استهلاكية ذات عمر محدود وليس كمكون دائم. ويجب فحص الجزء الذي كان في هذه الخدمة بالوزن والأبعاد وليس بالمظهر، لأن الفقد موحد بما يكفي ليكون غير مرئي حتى يختفي القسم.

يتصلب البلاتين والإيريديوم بسرعة، وتضيق نافذة التشغيل مع ارتفاع محتوى الإيريديوم. التسلسل العملي للسلك هو البدء من كتلة مصهورة أو متلبدة، وتشغيلها على الساخن إلى قضيب، ثم سحبها مع تلدين بين المراحل. عدد المراحل بين التلدين ينخفض مع ارتفاع محتوى الإيريديوم، وفي أعلى النطاق يكون من الصعب جدًا سحب المادة على الإطلاق.

النتيجة التجارية هي أن سعر جزء البلاتين والإيريديوم مدفوع بإنتاجية مسار التشغيل بقدر ما هو مدفوع بالمعدن نفسه. المواصفات التي تطلب قطرًا وتفاوتًا يصعب سحبهما ستحمل تكلفة لا علاقة لها بمحتوى الإيريديوم، وقد يقارن المشتري بين عرضين لنفس السبيكة الاسمية بين إنتاجيتين مختلفتين.

ستة عناصر تحدد عرض أسعار البلاتين والإيريديوم، والأول هو العنصر الذي تتركه معظم الاستفسارات غامضًا.

توفر DLX البلاتين والإيريديوم في تشانغتشو، جيانغسو، كسلك وأنبوب وحلقة وشريط وقضيب، بدرجات 5 و 10 و 15٪ إيريديوم كمعيار وبمحتويات أعلى حسب الطلب. تشمل الأشكال الأسلاك الدقيقة للأقطاب الكهربائية والمجسات، والأنابيب لأشرطة العلامات، والحلقات لأجزاء الأدوات، والأسلاك الزنبركية للآليات الدقيقة.

يتم توريد المواد مقابل التركيبة المسماة في الطلب، مع شهادة EN 10204 3.1 عند الطلب ورقم حراري قابل للتتبع إلى نتائج الاختبار. السؤال الذي يحدد عرض الأسعار هو محتوى الإيريديوم جنبًا إلى جنب مع الشكل، لأن هذين البندين يحددان مسار التشغيل والإنتاجية قبل مناقشة أي سعر.

يعني عادة 10٪، وأحيانًا 5٪ أو 15٪. تستخدم العبارة لأن إضافة الإيريديوم صغيرة مقارنة بمحتوى البلاتين، ولكن الفرق بين 5٪ و 15٪ هو الفرق بين سلك سهل السحب ومادة تتطلب جدولًا زمنيًا دقيقًا. يجب أن تحدد المواصفات النسبة المئوية وليس الصفة.

لأنه يلتقط معظم فائدة صلابة الإيريديوم مع بقائه مادة يمكن سحبها وتشكيلها بأدوات عادية. يقاوم التآكل تحت دورات الشحن المتكررة، ويحافظ على شكله أثناء التجعيد والإدخال، ويمكن تصنيعه في أشكال الأسلاك والحلقات والمشكلة التي يحتاجها الزرع. المحتويات الأعلى من الإيريديوم أكثر صلابة وأصعب في العمل، مما يرفع تكلفة جزء صغير عادةً.

يستخدم في مكونات الإشعال مثل أقطاب شمعات الإشعال وأطراف الإشعال، وليس كمادة هيكلية لغرفة أو فوهة. تُبنى هذه الأجزاء الأكبر من سبائك النيكل أو سبائك النحاس أو مركبات الكربون اعتمادًا على استراتيجية التبريد. طلب أجهزة محركات البلاتين والإيريديوم هو عادة طلب لقطب كهربائي.

جيد بما يكفي لقطب كهربائي وليس جيدًا بما يكفي لاختياره للتوصيل. البلاتين له مقاومة كهربائية تبلغ حوالي ستة أضعاف مقاومة النحاس، وإضافة الإيريديوم لا تحسنها. يتم اختيار السبيكة للاستقرار الكيميائي والصلابة ومقاومة التآكل، والتوصيل هو خاصية كافية بالصدفة وليس سبب الاختيار.

يشكل الإيريديوم أكسيدًا متطايرًا يغادر السطح بدلاً من بناء قشرة واقية، لذا تفقد السبيكة الإيريديوم ببطء من الطبقة السطحية. في قسم رقيق يظهر كانخفاض في الأبعاد وتغيير في التركيب. تستخدم السبيكة ساخنة في الفراغ، أو الغاز الخامل، أو الظروف المختزلة، ويجب التعامل مع جزء يعمل على الساخن في الهواء كمادة استهلاكية.

لسببين يتضاعفان. الإيريديوم أغلى بكثير من البلاتين، لذا ترتفع تكلفة المعدن مع النسبة المئوية. وتضيق نافذة التشغيل مع ارتفاع الإيريديوم، لذا ينخفض عدد مراحل السحب بين التلدين وينخفض إنتاج السلك النهائي. غالبًا ما يكون التأثير الثاني أكبر من الأول للسلك الدقيق.

البلاتين والإيريديوم هو سبيكة بلاتين مواصفاتها هي محتوى الإيريديوم. عند 10٪ يكون صلبًا بما يكفي لمقاومة التآكل ومرنًا بما يكفي لسحبه إلى سلك وتشكيله في حلقات تحتاجها الأعمال الطبية والأدوات. عند 20٪ وما فوق، فإنه يقاوم تآكل القوس والتآكل بشكل أكبر، على حساب نافذة تشغيل تضيق حتى يصبح العمل الساخن هو الطريق الوحيد.

حدان ينتميان إلى المواصفات وليس إلى الكتيب. تفقد السبيكة الإيريديوم كأكسيد متطاير في الهواء فوق حوالي 1000 درجة مئوية، لذا يحتاج الجزء الساخن إلى فراغ أو غاز خامل أو عمر استهلاكي. وتوصيله كافٍ وليس استثنائيًا، لذا فإن التصميم الذي يختاره للأداء الكهربائي قد اختاره لسبب خاطئ.

بيانات الخصائص المنشورة لسبائك البلاتين والإيريديوم، تعطي كثافة 21.56 جم/سم3 لدرجة 10٪ إيريديوم، و 21.61 لـ 20٪، و 21.69 لـ 30٪، ونقطة انصهار حوالي 1800 درجة مئوية لدرجة 10٪.

بيانات المورد المنشورة للبلاتين 90 إيريديوم 10، تعطي صلابة برينل من 130 إلى 190، وقوة شد من 380 إلى 620 ميجا باسكال، وكثافة 21.56 جم/سم3، ونقطة انصهار حوالي 1800 درجة مئوية.

بيانات مرجعية منشورة لنظام البلاتين والإيريديوم، تعطي صلابة فيكرز حوالي 56 للبلاتين النقي، والتركيبات الشائعة 90:10 و 70:30، وزيادة الصلابة التي تنتجها إضافة الإيريديوم.

بيانات المواد المنشورة للإيريديوم، تعطي كثافة 22.56 جم/سم3 ونقطة انصهار حوالي 2446 درجة مئوية، كأساس لاتجاه الكثافة عبر سلسلة السبائك.

دراسات أكسدة منشورة للإيريديوم والسبائك المحتوية على الإيريديوم، تبلغ عن فقدان الوزن من الأكسدة في الهواء عند 1000 درجة مئوية وتحدد الأكسيد المتطاير كآلية مغادرة الإيريديوم للسطح.

بيانات منشورة عن ضغط بخار البلاتين والإيريديوم والروديوم في نطاق 1000 إلى 1750 درجة مئوية، كأساس لبيان الفقد عند درجة حرارة عالية.

وثائق ISO 5832 و ASTM F75 العائلية لمواد الزرع، كإطار عام يتم من خلاله تأهيل مادة القطب الكهربائي الطبي، مع ملاحظة أن درجة معينة من البلاتين والإيريديوم يتم تأهيلها من قبل الشركة المصنعة للجهاز وفقًا للمعيار المطبق.

EN 10204، وثائق الفحص، لتعريف شهادة 3.1 كوثيقة تحمل نتائج اختبار فعلية وتصدق عليها ممثل الفحص المستقل للشركة المصنعة.

التركيبات وقيم الخصائص أعلاه هي قيم منشورة للدرجات المسماة، وهي ليست حدود قبول لدفعة مسلّمة. تعتمد خصائص الصلابة والشد على كمية العمل البارد وعلى معالجة التلدين، لذا فإن القيمة المقتبسة لدرجة حرارة معينة لا تصف درجة حرارة أخرى. الكثافة هي خاصية للتركيبة وتستخدم هنا لإظهار الاتجاه عبر السلسلة. سلوك الأكسدة الموصوف ينطبق على الهواء عند درجة الحرارة، ويعتمد المعدل على درجة الحرارة، وتدفق الغاز، ونسبة السطح إلى الحجم للجزء، لذا يجب تأهيل التطبيق الساخن بالاختبار وليس بحد درجة حرارة واحد. يتم تأهيل درجات البلاتين والإيريديوم للاستخدام الطبي من قبل الشركة المصنعة للجهاز وفقًا للمعيار المطبق، ولا يشكل توريد السبيكة بحد ذاته هذا التأهيل. يتم مراجعة مواصفات المنتج، ويحكم الإصدار المسمى في أمر الشراء. لا شيء في هذه الصفحة يحل محل إصدار هندسي أو اختبار التأهيل المتفق عليه بين المشتري والمورد.