INDUSTRI
Förhoppningen: Pulver av supermaterialet blir ny miljardindustri
Nu industrialiseras konceptet som gör det möjligt att belägga glasytor med ett av världens hårdaste ämnen. Företaget siktar på allt från glasindustrin till tågdelar och rymdfart.
Annons
Utifrån är det svårt att ana att det anonyma industribygget på Herøya i Porsgrunns kommun i Norge rymmer vad som kan komma att bli en norsk industrisaga. Men på insidan utvecklar företaget Seram Coatings en produkt som redan nu används inom glasindustrin.
Allt startade med ett gammalt problem som fick en lösning.
Företaget etablerades som ett resultat av ett projekt under ledning av forskaren Nuria Espallarga, professor vid Norges teknik- och naturvetenskapliga universitet (NTNU). Syftet var att göra det möjligt att spruta kiselkarbid – ett av världens hårdaste ämnen.
– Du kan citera mig när jag säger att jag tror att den här produkten kommer att skapa värden på miljardnivå, sa NTNU:s dåvarande rektor Gunnar Bovim till Teknisk Ukeblad 2018.
Då var Seram Coatings fortfarande i pilotfasen och hade nio anställda. I dag är företaget i mognadsfasen.
– Jag gissar att Gunnar Bovim står fast vid sina ord, säger Jens Lehrmann, vd på Seram Coatings.
Annons
Han berättar att företaget planerar för miljardomsättning och säger att man även kommer att kunna skapa stora värden för sina kunder.
Kiselkarbid-materialet har flera användningsområden
Varför är det då så avgörande att kunna spruta kiselkarbid?
Kiselkarbid (SiC) är ett av de hårdaste ämnen som mänskligheten kan framställa. Det har värdet 9 på Mohs hårdhetsskala, där diamant har värdet 10. Det är med andra ord mycket motståndskraftigt mot slitage.
SiC är dessutom lätt. Massdensiteten är 3,5 gram per kubikcentimeter. Motsvarande för aluminium är 2,7 och för stål 7,7. Ett annat material som också har många av dessa egenskaper är volframkarbid, men med en massdensitet på 15,6 gram per kubikcentimeter är det tyngre än bly.
Det kan därför finnas många användningsområden för SiC-beläggningar om ämnet sprayas på en yta. Men hur det ska gå till har varit en svår nöt att knäcka. SiC omvandlas nämligen direkt från fast ämne till gas vid upphettning. Därför kan man inte få ämnet att fästa på en yta enbart genom att spraya det.
Men vid NTNU har man lyckats ta fram en metod för att lösa detta. Metoden har patenterats och utgör basen för företaget Seram Coatings verksamhet på Herøya.
Enkelt förklarat pulvriseras SiC och bakas sedan in i en blandning av andra ämnen. Pulvret kan därefter appliceras med hjälp av termisk sprutning – en helt standardiserad process som är mycket vanlig inom dagens industri för att belägga material med olika ämnen. Därmed krävs i princip ingen specialutrustning.
– Hela vårt patent går ut på att skapa ett florstunt nanoskikt runt SiC-partiklarna. Utan det övergår de direkt till gas. Nu överlever de tack vare en värmesköld som gör att ämnet kan användas vid termisk sprutning, säger Stian Sannes, teknisk chef.
Förenklar produktion av flaskor
Annons
Produkten som Seram Coatings säljer är ett pulver. Det används redan i dag hos en tillverkare av glasflaskor. Här löser materialet ett konkret problem, förklarar Jens Lehrmann.
Produkten är ett keramiskt material som motstår vätning. Det betyder att en polerad yta av ämnet får vätska att pärla sig, ungefär som på en nyvaxad bil.
Inom glasflaskeindustrin försvinner mellan tre och fyra procent av produktionen i kvalitetskontrollen på grund av slitage i de formar som används. En stor del av kostnaderna vid tillverkning av flaskor är kopplade till nedsmältningen av glaset. Defekta flaskor som måste kasseras kostar därför tillverkaren nästan lika mycket att producera som en flaska som inte kasseras.
Flaskorna framställs i en gjutform som måste smörjas med grafit, och processen är manuell. Man använder en borste för att smörja formen med jämna mellanrum. Syftet är att glaset inte ska fastna i formen.
Efter smörjning måste de första flaskorna kasseras, eftersom de är kontaminerade med grafit. Formarna slits dessutom ut och måste bytas för varje miljon flaskor som produceras.
– Varje flaska är en mindre kostnad, men det drar snabbt iväg. Det här är en industri med låga marginaler och stora volymer, säger Jens Lehrmann.
– Varje år produceras mellan 700 och 800 miljarder flaskor i världen. Att tillverka en flaska kostar cirka 1,50 norska kronor. Om du multiplicerar det med 4 procent så säger det sig självt att lösningen är intressant för branschen som helhet, säger han.
Den fabrik som nu använder materialet producerar en miljon flaskor varje dag. Lösningen, som innebär att insidan av formarna beläggs med produkten, innebär att formarna inte behöver smörjas, och att inga flaskor behöver kasseras på grund av att glaset kontaminerats.
Hemligheten ligger i produktens egenskaper. Flytande glas är en vätska, och den fäster inte i materialet.
Detsamma gäller för flytande metall. Stål belagt med produkten kan lösa flera problem, och Seram Coatings har siktat in sig på industrikunder som jobbar med galvanisering. Oavsett om det är spikar eller stålplattor som ska galvaniseras med aluminium eller zink är det en utmaning med flytande metall som fäster på ställen där det inte är önskvärt.
Där kan företagets beläggning minska problemet. Seram Coatings samarbetar även med Norsk Hydro och Hycast för att hitta användningsområden inom smält aluminium.
Nya projekt: tåg och rymdfart
Materialets hårdhet har
lett till att företaget också har ett testprojekt med tillverkare av
bromsskivor till tåg. Dessa är i dag dimensionerade för att slitas ned över tid.
Det medför kostnader för tågoperatörerna, eftersom de betalar för tonkilometer.
Tunnare bromsskivor kan spara många ton.
Genom att belägga skivorna med det nya kiselkarbidmaterialet kan man göra dem tunnare och lättare. Ett testprojekt ska enligt planen genomföras i Sydeuropa senare i år.
Företaget har också ett projekt med den europeiska rymdorganisationen ESA, där man ska testa materialet inom rymd- och luftfart. Att materialet är lätt och slitstarkt öppnar för många användningsområden även där.
Men tillbaka till flaskorna. Det finns många material som kan appliceras som en beläggning och som avvisar vätska. Kan man inte bara använda teflon eller något liknande i glasformarna?
– Det här är ett riktigt stort problem inom glasindustrin generellt. Många kloka huvuden har testat både det ena och det andra. Det handlar om höga temperaturer, och hittills har inte teknikvärlden hittat något svar på problemet. De står fortfarande där med borsten med grafitbeläggning, säger teknikchef Stian Sannes.
Det krävs en del ytterligare utvecklingsarbete för att kvalificera lösningen fullt ut.
– Men det viktigaste är bevisat i den mening att flaskan har framställts med vår produkt, säger han.
Motståndskraften mot slitage är också en viktig poäng. Flytande glas sliter hårt på metallytor och påverkar ytan kemiskt.
– Hade du använt teflon hade du fått problem med temperaturen. Traditionella beläggningar som volframkarbid tål inte temperaturerna och har inte de rätta kemiska egenskaperna, förklarar han.
Hur länge håller sig beläggningen och kan man tillföra mer vid behov?
– Det önskvärda är alltid att det ska hålla för evigt. Men eftersom termisk sprutning är en standardprocess inom industrin är det enkelt att applicera mer när behovet uppstår, säger Stian Sannes.
Seram Coatings bedömer att deras material kan användas på en rad andra områden i framtiden. Ett exempel är bromsskivorna på bilar, i samband med skärpta krav på partikelutsläpp från bromsar, eller som beläggning på turbiner i jetmotorer.
Men det kan dröja innan materialet kan användas i flygplan. Kvalificeringstiden är lång, och användningen av SiC behöver oftast ingå som en del av grunddesignen i exempelvis en flygmotor.
Den här artikeln har tidigare varit publicerad i norska tidningen Teknisk Ukeblad. Ny Teknik översätter och publicerar utvalda artiklar exklusivt för prenumeranter, som en del i ett samarbete mellan tidningarna.
