Секој што работел во индустриите за абразиви, огноотпорни материјали или керамика го знае тоазелен силициум карбидМикроправот е познато дека е тежок за работа. Овој материјал, со тврдост приближна на онаа на дијамантот и одлична топлинска и електрична спроводливост, е природно погоден за прецизно брусење, висококвалитетни огноотпорни материјали и специјална керамика. Сепак, самото земање предвид на неговата тврдост не е доволна за ефикасно искористување - има многу повеќе во овој навидум обичен зелен прав отколку што се гледа на прв поглед. Клучот лежи во „големината на честичките“.
Искусните инженери за материјали честопати велат: „Кога оценувате материјал, прво погледнете го правот; кога оценувате прав, прво погледнете ги честичките.“ Ова е апсолутно точно. Големината на честичките од зелениот микроправ од силициум карбид директно одредува дали тој ќе биде моќен адут или значителна пречка во апликациите во понатамошниот тек. Денес, ќе навлеземе во тоа како се контролира оваа големина на честичките и техничките предизвици вклучени во постигнувањето на оваа контрола.
I. „Мелење“ и „одвојување“: „Хируршка процедура“ на микронско ниво
За да се добие идеалензелен микроправ од силициум карбид, првиот чекор е да се „разградат“ големите зелени кристали од силициум карбид. Ова не е толку едноставно како кршење со чекан, туку е деликатен процес што бара екстремна прецизност.
Вообичаениот метод е механичко дробење. Иако звучи грубо, тој вклучува прецизна контрола. Топчестите мелници се најчестиот „терен за вежбање“, но користењето обични челични топчиња лесно може да внесе нечистотии од железо. Понапредните методи сега користат керамички облоги и топчиња за мелење од силициум карбид или циркониум за да се обезбеди чистота. Самото топчесто мелење не е доволно; за да се добие пофин и поуниформен микроправ, особено во опсег под 10 микрометри (µm), се користи „мелење со воздушен млаз“. Оваа техника користи проток на воздух со голема брзина за да предизвика честичките да се судрат и да се распаднат со триење, што резултира со минимална контаминација и релативно тесна распределба на големината на честичките. Влажното мелење доаѓа до израз кога се потребни ултрафини прашоци (на пр., под 1 µm). Тоа ефикасно спречува агломерација на прав, што резултира со кашести смеси со подобра дисперзија.
Сепак, едноставното „дробење“ не е доволно; вистинската основна технологија лежи во „класификацијата“. Правот произведен со дробење неизбежно варира по големина, а нашата цел е да го избереме само посакуваниот опсег на големина. Ова е како да избирате само честички песок со дијаметар од 0,5 до 0,6 милиметри од куп песок. Машините за класификација на сув воздух се моментално најшироко користени, користејќи центрифугална сила и аеродинамика за одвојување на груби и фини прашоци со висока ефикасност и голем излез. Но, има една замка: кога правот ќе стане доволно фино (на пр., под неколку микрометри), честичките имаат тенденција да се згрутчуваат поради ван дер Валсовите сили (агломерација), што им отежнува на класификаторите на воздух прецизно да ги одвојат врз основа на големината на поединечните честички. Во овој случај, влажната класификација (како што е центрифугалната класификација со седиментација) понекогаш може да биде корисна, но процесот е сложен и цената се зголемува.
Значи, гледате, целиот процес на контрола на големината на честичките е во суштина постојана борба и компромис помеѓу „дробење“ и „класификација“. Дробењето има за цел пофини честички, но премногу фините честички се склони кон агломерација, што го попречува класификацијата; класификацијата има за цел поголема прецизност, но честопати се бори со агломерирани фини прашоци. Инженерите го поминуваат поголемиот дел од своето време балансирајќи ги овие спротивставени барања.
II. „Пречки“ и „решенија“: Трњето и светлината на патот кон контрола на големината на честичките
Контролирањето на големината на честичките од зелениот микроправ од силициум карбид сигурно вклучува повеќе од само дробење и класификација. Неколку вистински „пречки“ стојат на патот, и без нивно решавање, прецизната контрола е невозможна.
Првата пречка е реакцијата предизвикана од „тврдоста“.Зелен силициум карбиде исклучително тврд, бара огромна енергија за дробење, што резултира со значително абење на опремата. За време на ултрафиното мелење, абењето на медиумите за мелење и облогите произведува голема количина на нечистотии. Овие нечистотии се мешаат во производот, компромитирајќи ја неговата чистота. Целата ваша напорна работа за контрола на големината на честичките станува бесмислена ако нивоата на нечистотии се превисоки. Во моментов, индустријата очајно развива медиуми за мелење и материјали за облоги што се поотпорни на абење и ги подобрува структурите на опремата, сè за да се справи со овој „цврст тигар“.
Вториот тигар е „законот на привлечност“ во светот на фините прашоци - агломерацијата. Колку се пофини честичките, толку е поголема специфичната површина и толку е поголема површинската енергија; тие природно имаат тенденција да се „згрутчуваат“. Оваа агломерација може да биде „мека агломерација“ (која се држи заедно со меѓумолекуларни сили, како што се ван дер Валсовите сили, кои релативно лесно се распаѓаат) или пострашна „тврда агломерација“ (каде што за време на дробење или калцинирање, површините на честичките делумно се топат или се подложуваат на хемиски реакции, цврсто заварувајќи ги заедно). Откако ќе се формираат агломерати, тие се маскираат како „големи честички“ во инструментите за анализа на големината на честичките, сериозно заведувајќи ја вашата проценка; во практични апликации, како што е кај течностите за полирање, овие агломерати се „виновниците“ што ја гребат површината на работниот дел. Решавањето на агломерацијата е глобален предизвик. Освен додавањето адитиви и оптимизирањето на процесот за време на дробењето, помоќен пристап е да се модифицира површината на правот, давајќи ѝ „премаз“ за да се намали површинската енергија и да се спречи постојано да сака да се „згрутчува“.
3. Третиот тигар е вродената неизвесност во „мерењето“.
Како знаете дека големината на честичките што сте ја контролирале е онаква каква што мислите дека е? Анализаторите на големина на честички се наши очи, но различните принципи на мерење (ласерска дифракција, седиментација, анализа на слика), па дури и различните методи на дисперзија на примероци под ист принцип, можат да дадат значително различни резултати. Ова е особено точно за прашоци кои веќе се агломерирале; ако не се постигне соодветна дисперзија пред мерењето (на пр., додавање дисперзанти, ултразвучен третман), добиените податоци ќе бидат далеку од реалната ситуација. Без сигурно мерење, прецизната контрола е само празен муабет.
И покрај овие предизвици, индустријата постојано бара решенија. На пример, усовршувањето и интелигенцијата на целиот процес се главен тренд. Преку опрема за онлајн следење на големината на честичките, повратните информации од податоци во реално време и автоматското прилагодување на параметрите на дробење и класификација водат до постабилен процес. Понатаму, технологијата за модификација на површината добива сè поголемо внимание, повеќе не е „лек“ по настанот, туку е интегрирана во целиот процес на подготовка, потиснувајќи ја агломерацијата од изворот и подобрувајќи ја дисперзибилноста на правот и неговата компатибилност со системот за апликација. III. Повикот за апликации: Како големината на честичките станува „филозофски камен“?
Зошто да се вложуваат толку многу труд за контрола на големината на честичките? Гледањето на практичните апликации го прави ова јасно. Во областа на прецизното брусење и полирање, како што се полирањето на сафирни екрани и силиконски плочки, распределбата на големината на честичките на зелениот микро-прав од силициум карбид е „спас“. Потребна е екстремно тесна и униформна распределба на големината на честичките, апсолутно без „преголеми честички“ (исто така наречени „абразивни честички“ или „честички убијци“), во спротивно, една длабока гребнатинка може да го уништи целиот скап обработен дел. Во исто време, правот не смее да има тврди агломерати, во спротивно ефикасноста на полирање ќе биде ниска, а завршната обработка на површината нема да биде задоволителна. Тука, контролата на големината на честичките се одржува ригорозно на наноскала.
Кај напредните огноотпорни материјали, како што се мебелот за керамички печки и облогите за печки отпорни на високи температури, контролата на големината на честичките се фокусира на „распределбата на големината на честичките“. Грубите и фините честички се мешаат во одреден сооднос; грубите честички ја формираат рамката, а фините честички ги пополнуваат празнините. Ова овозможува густо и силно синтерување на високи температури, што резултира со добра отпорност на термички шок. Ако распределбата на големината на честичките е неразумна, материјалот ќе биде или порозен и нетраен, или премногу кршлив и склонен кон пукање. Во областа на специјалната керамика, како што се непробојната керамика и заптивните прстени отпорни на абење, големината на честичките во прав директно влијае на микроструктурата и конечните перформанси по синтерувањето. Ултрафините и униформните прашоци имаат висока активност на синтерување, што овозможува поголема густина и пофина зрнеста керамика на пониски температури, со што значително се подобрува нивната цврстина и цврстина. Тука, големината на честичките е суштинската тајна за „зајакнување“ на керамичкиот материјал.