Aşındırıcı materiallar, odadavamlı materiallar və ya keramika sənayesində çalışmış hər kəs bunu biliryaşıl silikon karbidMikro tozla işləmək olduqca çətindir. Almaz sərtliyinə yaxın sərtliyə və əla istilik və elektrik keçiriciliyinə malik bu material təbii olaraq dəqiq üyütmə, yüksək dərəcəli odadavamlı materiallar və xüsusi keramika üçün uyğundur. Lakin, sadəcə onun sərtliyini nəzərə almaq onu effektiv şəkildə istifadə etmək üçün kifayət deyil - bu adi yaşıl tozda göründüyündən daha çox şey var. Əsas məsələ "hissəcik ölçüsündə"dir.
Təcrübəli material mühəndisləri tez-tez deyirlər: “Bir materialı qiymətləndirərkən əvvəlcə tozun özünə, tozu qiymətləndirərkən isə əvvəlcə hissəciklərə baxın”. Bu, tamamilə doğrudur. Yaşıl silikon karbid mikrotozunun hissəcik ölçüsü, onun güclü bir aktiv və ya sonrakı tətbiqlərdə əhəmiyyətli bir maneə olacağını birbaşa müəyyən edir. Bu gün bu hissəcik ölçüsünün necə idarə olunduğunu və bu nəzarətə nail olmaq üçün hansı texniki çətinliklərin olduğunu araşdıracağıq.
I. “Üyütmə” və “Ayrılma”: Mikron Səviyyəli “Cərrahi Prosedur”
İdeal əldə etmək üçünyaşıl silikon karbid mikro tozuİlk addım böyük yaşıl silikon karbid kristallarını "parçalamaq"dır. Bu, onları çəkiclə əzmək qədər sadə deyil, əksinə, həddindən artıq dəqiqlik tələb edən incə bir prosesdir.
Əsas metod mexaniki əzmədir. Kobud səslənsə də, dəqiq nəzarət tələb edir. Kürə dəyirmanları ən çox yayılmış "təlim meydançası"dır, lakin adi polad kürələrdən istifadə asanlıqla dəmir çirklərini daxil edə bilər. Daha inkişaf etmiş metodlar hazırda təmizliyi təmin etmək üçün keramika astarlarından və silikon karbid və ya sirkonyum üyütmə kürələrindən istifadə edir. Təkcə kürə üyütmə kifayət deyil; daha incə və daha vahid mikrotoz əldə etmək üçün, xüsusən də 10 mikrometrdən (µm) aşağı diapazonda "hava reaktiv üyütmə" tətbiq olunur. Bu texnika hissəciklərin toqquşmasına və sürtünmə yolu ilə parçalanmasına səbəb olmaq üçün yüksək sürətli hava axınından istifadə edir ki, bu da minimal çirklənməyə və nisbətən dar hissəcik ölçüsü paylanmasına səbəb olur. Ultra incə tozlar (məsələn, 1 µm-dən aşağı) tələb olunduqda yaş üyütmə işə düşür. Bu, tozun yığılmasının qarşısını effektiv şəkildə alır və nəticədə daha yaxşı dispersiyaya malik şlamlar əmələ gəlir.
Lakin, sadəcə "əzmək" kifayət deyil; əsl əsas texnologiya "təsnifat"dadır. Əzməklə istehsal olunan tozların ölçüləri qaçılmaz olaraq dəyişir və məqsədimiz yalnız istədiyiniz ölçü diapazonunu seçməkdir. Bu, bir yığın qumdan yalnız 0,5 ilə 0,6 millimetr diametrli qum hissəciklərini seçmək kimidir. Quru hava təsnifat maşınları hazırda ən çox istifadə edilən maşınlardır və yüksək səmərəlilik və böyük məhsuldarlıqla iri və incə tozları ayırmaq üçün mərkəzdənqaçma qüvvəsi və aerodinamikdən istifadə edirlər. Lakin bir problem var: toz kifayət qədər incə olduqda (məsələn, bir neçə mikrometrdən aşağı), hissəciklər van der Waals qüvvələri (aqlomerasiya) səbəbindən bir-birinə yığılmağa meyllidir və bu da hava təsnifatçılarının onları fərdi hissəcik ölçüsünə əsasən dəqiq ayırmasını çətinləşdirir. Bu halda, yaş təsnifat (məsələn, mərkəzdənqaçma çöküntü təsnifatı) bəzən faydalı ola bilər, lakin proses mürəkkəbdir və xərc artır.
Beləliklə, görürsünüz ki, bütün hissəcik ölçüsünə nəzarət prosesi mahiyyət etibarilə "əzmə" və "təsnifat" arasında daimi mübarizə və güzəştdir. Əzmə daha incə hissəciklər üçün nəzərdə tutulub, lakin çox incə hissəciklər aqlomerasiyaya meyllidir və təsnifata mane olur; təsnifat daha dəqiqliyi hədəfləyir, lakin tez-tez aqlomerasiya olunmuş incə tozlarla mübarizə aparır. Mühəndislər vaxtlarının çox hissəsini bu ziddiyyətli tələbləri balanslaşdırmağa sərf edirlər.
II. “Maneələr” və “Həll yolları”: Hissəcik Ölçüsünə Nəzarət Yolunda Tikanlar və İşıq
Yaşıl silikon karbid mikrotozunun hissəcik ölçüsünə etibarlı şəkildə nəzarət etmək yalnız əzmək və təsnif etməkdən daha çox şey tələb edir. Bir neçə real "maneə" yolunda dayanır və onları həll etmədən dəqiq nəzarət mümkün deyil.
İlk maneə "sərtliyin" yaratdığı əks reaksiyadır.Yaşıl silikon karbidolduqca sərtdir, əzmək üçün çox böyük enerji tələb edir və bu da avadanlığın əhəmiyyətli dərəcədə aşınmasına səbəb olur. Ultra incə üyütmə zamanı üyütmə vasitələrinin və astarlarının aşınması çox miqdarda çirk əmələ gətirir. Bu çirklər məhsula qarışaraq onun saflığını pozur. Çirk səviyyəsi çox yüksəkdirsə, hissəcik ölçüsünü idarə etmək üçün bütün zəhmətiniz mənasız olur. Hazırda sənaye bu "sərt pələng"lə mübarizə aparmaq üçün daha çox aşınmaya davamlı üyütmə vasitələri və astar materiallarını inkişaf etdirir və avadanlıq strukturlarını təkmilləşdirir.
İkinci pələng incə tozlar dünyasında "cazibə qanunu"dur - aqlomerasiya. Zərrəciklər nə qədər incə olarsa, xüsusi səth sahəsi bir o qədər böyük və səth enerjisi bir o qədər yüksəkdir; onlar təbii olaraq "bir-birinə yığılmağa" meyllidirlər. Bu aqlomerasiya "yumşaq aqlomerasiya" (nisbətən asanlıqla parçalanan van der Waals qüvvələri kimi molekullararası qüvvələr tərəfindən bir yerdə saxlanılır) və ya daha dəhşətli "sərt aqlomerasiya" (əzmə və ya kalsinasiya zamanı hissəcik səthləri qismən əriyir və ya kimyəvi reaksiyalara məruz qalır, onları bir-birinə möhkəm qaynaqlayır) ola bilər. Aqlomeratlar əmələ gəldikdən sonra, onlar hissəcik ölçüsü analiz cihazlarında "böyük hissəciklər" kimi maskalanır və bu da mühakimənizi ciddi şəkildə yanıldır; praktik tətbiqlərdə, məsələn, mayelərin cilalanmasında, bu aqlomeratlar iş parçasının səthini cızan "günahkarlar"dır. Aqlomerasiyanın həlli qlobal bir problemdir. Əlavələr əlavə etmək və əzmə zamanı prosesi optimallaşdırmaqla yanaşı, daha güclü bir yanaşma toz səthini dəyişdirmək, ona səth enerjisini azaltmaq və daim "bir-birinə yığılmaq" istəməsinin qarşısını almaq üçün "örtük" verməkdir.
Ⅲ. Üçüncü pələng "ölçmə"dəki daxili qeyri-müəyyənlikdir.
Nəzarət etdiyiniz hissəcik ölçüsünün düşündüyünüz kimi olduğunu necə bilirsiniz? Hissəcik ölçüsü analizatorları bizim gözlərimizdir, lakin fərqli ölçmə prinsipləri (lazer difraksiyası, çöküntü, görüntü təhlili) və hətta eyni prinsip altında fərqli nümunə dispersiya metodları əhəmiyyətli dərəcədə fərqli nəticələr verə bilər. Bu, xüsusən də artıq aqlomerasiya olunmuş tozlar üçün doğrudur; ölçmədən əvvəl düzgün dispersiya əldə edilməzsə (məsələn, dispersantların əlavə edilməsi, ultrasəs müalicəsi), əldə edilən məlumatlar faktiki vəziyyətdən çox uzaq olacaq. Etibarlı ölçmə olmadan dəqiq nəzarət sadəcə boş söhbətdir.
Bu çətinliklərə baxmayaraq, sənaye daim həll yolları axtarır. Məsələn, bütün prosesin incəliyi və ağıllılığı əsas trenddir. Onlayn hissəcik ölçüsü monitorinq avadanlığı vasitəsilə real vaxt rejimində məlumatların geribildirimi və əzilmə və təsnifat parametrlərinin avtomatik tənzimlənməsi daha sabit bir prosesə gətirib çıxarır. Bundan əlavə, səth modifikasiyası texnologiyası getdikcə daha çox diqqət çəkir, artıq faktdan sonra "çarə" deyil, bütün hazırlıq prosesinə inteqrasiya olunur, mənbədən aqlomerasiyanı yatırır və tozun dispersiyasını və tətbiq sistemi ilə uyğunluğunu artırır. III. Tətbiqlərin Çağırışı: Zərrəcik ölçüsü necə "Fəlsəfə Daşı"na çevrilir?
Niyə hissəcik ölçüsünü idarə etmək üçün bu qədər səy göstərməlisiniz? Praktik tətbiqlərə nəzər saldıqda bunu aydın görmək olar. Safir ekranları və silikon lövhələrin cilalanması kimi dəqiq üyütmə və cilalama sahəsində yaşıl silikon karbid mikro tozunun hissəcik ölçüsü paylanması "xilasedici xətt"dir. Bu, "böyük ölçülü hissəciklərdən" (həmçinin "aşındırıcı hissəciklər" və ya "öldürücü hissəciklər" adlanır) tamamilə azad olan son dərəcə dar və vahid hissəcik ölçüsü paylanması tələb edir, əks halda tək bir dərin cızıq bütün bahalı iş parçasını məhv edə bilər. Eyni zamanda, tozda sərt aqlomeratlar olmamalıdır, əks halda cilalama səmərəliliyi aşağı olacaq və səth örtüyü qənaətbəxş olmayacaq. Burada hissəcik ölçüsünə nəzarət nanoskalada ciddi şəkildə saxlanılır.
Keramika soba mebelləri və yüksək temperaturlu soba astarları kimi qabaqcıl odadavamlı materiallarda hissəcik ölçüsünə nəzarət "hissəcik ölçüsü paylanmasına" yönəlmişdir. Kobud və incə hissəciklər müəyyən nisbətdə qarışdırılır; kobud hissəciklər çərçivəni təşkil edir və incə hissəciklər boşluqları doldurur. Bu, yüksək temperaturda sıx və güclü sinterləşməyə imkan verir və nəticədə yaxşı istilik şokuna davamlılıq yaranır. Əgər hissəcik ölçüsü paylanması ağlabatan deyilsə, material ya məsaməli və davamlı olmayacaq, ya da çox kövrək və çatlamağa meylli olacaq. Güllə keçirməyən keramika və aşınmaya davamlı möhürləyici halqalar kimi xüsusi keramika sahəsində toz hissəcik ölçüsü sinterləşmədən sonra mikrostruktur və son performansa birbaşa təsir göstərir. Ultra incə və vahid tozlar yüksək sinterləşmə aktivliyinə malikdir və bu da aşağı temperaturda daha yüksək sıxlıq və daha incə dənəli keramika əldə etməyə imkan verir və beləliklə, onların möhkəmliyini və sərtliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Burada hissəcik ölçüsü keramika materialını "möhkəmləndirməyin" daxili sirridir.