Ақ балқытылған алюминий оксиді микроұнтағын дайындау процесі және қолдану перспективалары
Көптеген адамдар бұл атауды табуы мүмкін «ақ балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағы«Алғаш естігенде таныс емес. Дегенмен, ұялы телефон әйнегінің қақпақтарын тегістеу, дәл мойынтіректерді жылтырату немесе чипті қаптама материалдарын айту керек болса, бәрі оны таниды — бұл өнімдердің барлығы осы маңызды емес ақ ұнтаққа негізделген. Бұл зат ұн сияқты жұмсақ емес; оның қаттылығы жоғары және тұрақты қасиеттері бар, бұл оған өнеркәсіптік әлемде «өнеркәсіптік тістер» деген атақ береді. Микроұнтақ деңгейінде өңдеуге қол жеткізу мұқият шеберлікті қажет етеді.
I. Дайындық процесі: нәзік процестегі жүз дағды
Ақ балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағын дайындау тек үлкен кесектерді ұнтақтау ғана емес. Тазартылған Хуайян асханасын дайындау сияқты, ингредиенттерді таңдаудан бастап пісіруге дейінгі әрбір қадамды дәл орындау керек. Бірінші қадам - «дұрыс материалды таңдау». Ақ балқытылған алюминий оксидін дайындаудың негізгі шикізаты - өнеркәсіптік алюминий оксиді ұнтағы, ал бұл ұнтақтың тазалығы микроұнтақтың «шығу тегі» тікелей анықтайды. Бұрын кейбір зауыттар ақша үнемдеу үшін төмен тазалықтағы шикізатты пайдаланған, нәтижесінде қоспалары көп микроұнтақ пайда болған, бұл дайындамаларды жылтырату кезінде оңай сызаттарға әкелетін. Қазір әркім ақылды және кейінгі кезеңдерде беделін түсіргеннен гөрі жоғары тазалықтағы алюминий оксидін сатып алуға көбірек ақша жұмсағанды жөн көреді. Жалпы алғанда, алюминий оксидінің мөлшері 99,5%-дан жоғары болуы керек, ал темір мен кремний сияқты қоспалар қатаң бақылануы керек.
Екінші қадам - «балқыту және кристалдану», яғни «туылу» сәтіақ балқытылған алюминий оксидіАлюминий оксиді ұнтағы электр доғасы пешіне салынады, онда температура 2000℃-тан асады - бұл шынымен де таңғажайып көрініс. Балқыту процесіндегі маңызды мәселе - салқындату жылдамдығын бақылау. Тым жылдам салқындату кристалл бөлшектерінің өлшемінің біркелкі болмауына әкеледі; тым баяу салқындату өндіріс тиімділігіне әсер етеді. Тәжірибелі шеберлер электр доғасының дыбысын тыңдау және пештің ішіндегі күйді бағалау үшін пештің саңылауындағы жалынның түсін бақылау үшін тәжірибеге сүйенді. Ақылды температураны бақылау жүйелері қазір қолжетімді болғанымен, бұл «адам-пеш интеграциясы» тәжірибесі баға жетпес болып қала береді.
Қаттылығы жағынан гауһардан кейінгі екінші орында тұрған балқытылған ақ балқытылған алюминий оксиді кристалды блоктарын алдымен жақ ұсатқышпен «ірі ұсақтау» керек. Бұл кезеңде бөлшектер әлі де ұсақталған емес, ұсақ тастар сияқты.
Үшінші қадам, «ұсақтау және сұрыптау», технологияның шынайы өзегі және проблемаларға ең бейім.
Алдыңғы жылдары көптеген зауыттар бөлшектерді ұнтақтау үшін болат шарлардың әсеріне сүйеніп, шарлы диірмендерді пайдаланды. Қарапайым болғанымен, бұл әдістің бірнеше мәселелері болды: біріншіден, ол темірдің ластануын оңай тудырды; екіншіден, бөлшектердің пішіні дұрыс емес, көбінесе бұрышты болды; және үшіншіден, бөлшектердің өлшемінің таралуы кең болды, кейбір бөлшектер өте ұсақ, ал басқалары өте ірі болды. Бұл әдіс жоғары деңгейлі қолданбаларда негізінен біртіндеп алынып тасталды.
Қазіргі уақытта негізгі әдіс - ауа ағынымен фрезерлеу. Принцип өте қызықты: ірі бөлшектер жоғары жылдамдықты ауа ағынымен үдетіліп, олардың бір-біріне соқтығысуына және үйкелісіне әкеледі, осылайша оларды ұсақтайды. Барлық процесс жабық жүйеде жүреді, ешқандай қоспалар енгізілмейді. Ең бастысы, ауа ағынының қысымын және жіктегіштің жылдамдығын реттеу арқылы бөлшектердің соңғы өлшемін салыстырмалы түрде дәл басқаруға болады. Жақсы жасалған кезде, жақсы ағындылығы бар сфералық немесе сфераға жақын бөлшектерді алуға болады, бұл оларды дәл жылтырату үшін қолайлы етеді. Дегенмен, ауа ағынды фрезерлері панацея емес. Жабдықтың тозуы металлдың ластануына әкелуі мүмкін, ал жіктегіш дөңгелегінің дәлдігі бөлшектер мөлшерінің таралу енін анықтайды. Мен жақсы жұмыс істейтін компанияға бардым, онда олардың тегістеу дөңгелектері апта сайын дәлдік құралдарын пайдаланып дөңгелектілікке тексеріледі; кез келген аздап ауытқу дереу түзетіледі немесе ауыстырылады. Өндіріс менеджері: «Бұл автомобиль шиналары сияқты; егер динамикалық тепе-теңдік бұзылса, автомобиль тегіс жұмыс істемейді», - деді.
Соңғы қадам - «қоспаны кетіру және бетін өңдеу». Ұнтақталған ұнтақ бетінен бос темір мен қоспаларды кетіру үшін қышқылмен жуудан немесе жоғары температурада өңдеуден өтуі керек. Кейбір арнайы қолданбалар үшін бетті өзгерту де қажет - мысалы, ұнтақ шайырларда немесе бояуларда біркелкі таралуы үшін силан байланыстырушы агентпен жабу, агломерацияның алдын алу. Бүкіл процесс барысында кеннен ұнтаққа дейін әрбір қадам қаттылыққа, тазалыққа және бөлшектердің өлшеміне қарсы күрес екенін көресіз. Процестегі кез келген қысқа жолдар сайып келгенде өнімнің өнімділігіне әсер етеді.
II. Қолдану перспективалары: шағын ұнтақтар үшін үлкен кезең
Егер дайындық процесі «ішкі дағдыларды дамыту» болса, онда қолдану перспективалары «әлемге ену» болып табылады. Ақ балқытылған алюминий оксиді микроұнтағының әлемі барған сайын кеңейіп келеді.
Бірінші маңызды кезең - дәлдікжылтырату және тегістеуБұл оның дәстүрлі беріктігі, бірақ талаптар барған сайын қатаң болып келеді. Мысалы, ұялы телефон әйнегі, сапфир негіздері және кремний пластиналарын жылтырату қазір нанометр деңгейінде беткі кедір-бұдырлықты қажет етеді. Бұл ақ балқытылған алюминий оксиді микроұнтағына қатаң талаптар қояды: бөлшектердің өлшемі өте біркелкі болуы керек (D50 қатаң бақыланады), үлкен бөлшектер проблема тудырмауы керек; бөлшектердің қаттылығы жоғары болуы керек, бірақ тиісті «өзін-өзі қайрау» қасиеттері болуы керек - олар үздіксіз жылтырату қабілетін сақтау үшін тозу кезінде жаңа өткір жиектерді аша алуы керек; және олар жылтырату суспензияларымен жақсы үйлесімді болуы керек.
Үшінші әлеуетті нарық - композиттік материалдарды арматуралау. Пластмасса, резеңке немесе металл негізіндегі композиттік материалдарға ақ балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағын қосу материалдың тозуға төзімділігін, қаттылығын және жылу өткізгіштігін айтарлықтай жақсарта алады. Мысалы, автомобиль қозғалтқыштарындағы және жоғары сапалы электронды өнімдердің корпустарындағы кейбір тозуға төзімді бөлшектер бұл қолдануды зерттеп жатыр. Мұндағы кілт - «интерфейстік байланыс» мәселесі - микроұнтақ пен матрица материалы «мықтап байланысуы» керек, бұл бізді беттік өңдеу процестерінің маңыздылығына қайтарады. Төртінші озық бағыт - 3D басып шығару материалдары. Селективті лазерлік күйдіру (SLS) сияқты 3D басып шығару технологияларында ақ балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағын күрделі пішінді тозуға төзімді бөлшектерді басып шығару үшін металл немесе керамикалық ұнтақтармен араластырылған арматуралық фаза ретінде пайдалануға болады. Бұл микрондалған ұнтақтың ағындылығына, көлемдік тығыздығына және бөлшектердің мөлшеріне мүлдем жаңа қиындықтар туғызады - басып шығару дәлдігін қамтамасыз ету үшін біркелкі ұнтақ қабаты өте маңызды.
III. Қиындықтар және болашақ: кедергілер мен жетістіктер
Болашағы зор болғанымен, көптеген қиындықтар әлі де бар. Ең үлкен кедергі жоғары сапалы өнімдерде жатыр. Мысалы, жоңқаларды жылтырату (CMP) үшін қолданылатын жоғары сапалы ақ балқытылған алюминий оксидінің микрондалған ұнтағында отандық өнімдер партия тұрақтылығы мен ірі бөлшектерді бақылау бойынша Жапония мен Германияның жоғары деңгейлі өнімдерінен әлі де артта қалып отыр. Жартылай өткізгіш материалдар компаниясының сатып алу жөніндегі директоры маған: «Біз отандық өнімдерді қолдамаймыз деген емес, біз тәуекелге бара алмаймыз деген сөз. Егер бір партияда мәселе туындаса, бүкіл өндіріс желісінің пластиналарын тастауға тура келуі мүмкін, бұл үлкен шығындарға әкеледі», - деді.
Мұның себептері күрделі: Біріншіден, жоғары сапалы ұнтақтау және тегістеу жабдықтары әлі де импортқа тәуелді; біздің жабдықтарымыз дәлдік пен беріктік жағынан артта қалып отыр. Екіншіден, процесті басқарудың дәлдігі жеткіліксіз; көбінесе деректерге негізделген және ақылды басқаруды толық жүзеге асырмай, тәжірибелі техниктердің тәжірибесіне сүйенеді. Үшіншіден, сынау әдістері жеткіліксіз; мысалы, 0,5 микрометрден кіші бөлшектерді дәл санау және жеке бөлшектер морфологиясын жылдам статистикалық талдау - бұл жоғары сапалы сынау жабдықтары да негізінен шетелден келеді. Дегенмен, тым пессимистік болудың қажеті жоқ. Бірқатар отандық компаниялар ілесіп келеді. Кейбіреулері ауа реактивті фрезерлеудегі бөлшектерді ұсақтау механизмін зерттеу үшін университеттермен бірлесіп, процесс параметрлерін теориялық тұрғыдан оңтайландыруда; басқалары барлық негізгі процесс параметрлері онлайн бақыланатын және автоматты түрде реттелетін ақылды өндіріс желілерін салуға көп инвестиция салуда; тағы басқалары микрондалған ұнтақтың әртүрлі қолдану сценарийлерінде жақсы жұмыс істеуі үшін жаңа бетті модификациялау технологияларын әзірлеуде.
Болашақ даму үрдістері бірнеше бағытта дамиды деп ойлаймын: Теңшеу: Әртүрлі бөлшектер өлшемдері, пішіндері және беттік қасиеттері бар микрондалған ұнтақтарды нақты тұтынушы қажеттіліктеріне сәйкес теңшеу — «бір өлшем барлығына сәйкес келеді» тәсілінің дәуірі аяқталды. Интеллектуалды өндіріс: Партияның тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін Заттар интернеті, үлкен деректер және жасанды интеллект арқылы өндіріс процесін нақты уақыт режимінде оңтайландыруға қол жеткізу. Жасыл өндіріс: Ұсақтау процесінде энергия үнемдеуді оңтайландыру және қалдық ұнтақты қайта өңдеу және қайта пайдалану сияқты энергия тұтыну мен ластануды азайту. Қолдану инновациясы: Жаңа энергия батареяларын бөлгіштерге арналған жабындар және 5G керамикалық сүзгілерін өңдеу сияқты жаңа салаларда қолданбаларды әзірлеу үшін төменгі ағымдағы тұтынушылармен ынтымақтастықты тереңдету.
Әңгімеақ балқытылған алюминий оксидіМикрондалған ұнтақ – Қытайдың өңдеу өнеркәсібінің трансформациясы мен жаңғыруының шағын көрінісі. Бастапқы қарапайым және шикі «ұнтақтау және сатудан» бастап қазіргі тазартылған «жүйелік шешімдерге» дейін бұл жол ондаған жылдарға созылды. Бұл бізге шынайы бәсекеге қабілеттілік ресурстарға иелік етуде емес, материалдарды терең түсінуде және процестерді толық бақылауда екенін көрсетеді. Әрбір микроұнтақтың бөлшектерінің мөлшерін, пішінін және тазалығын бақылау және әрбір өндіріс процесін оңтайландыру шыдамдылықты және одан да маңыздысы, терең таңдануды қажет етеді.
Біздің ақ балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағы сағат әйнегі мен жаңқасын ғана емес, сонымен қатар отқа төзімді кірпішті нығайтып қана қоймай, сонымен қатар заманауи технологияны қолдай алатын кезде, біз шынымен де «өндірістен» «ақылды өндіріске» көштік. Бұл бір уыс ақ ұнтақ тек өнеркәсіптің дәлдігін ғана емес, сонымен қатар ұлттың негізгі материалдар өнеркәсібінің тереңдігі мен төзімділігін де көрсетеді. Алдағы жол ұзақ, бірақ бағыт айқын - жоғары мақсат қою, бөлшектерге назар аудару және практикалық шешімдерді енгізу.