Абразивдүү материалдар, отко чыдамдуу материалдар же керамика өнөр жайында иштеген ар бир адам муну билетжашыл кремний карбидиМикропорошок менен иштөө абдан кыйын экени белгилүү. Алмаздыкына жакын катуулугу жана жылуулук жана электр өткөрүмдүүлүгү менен белгилүү болгон бул материал табигый түрдө так майдалоого, жогорку сапаттагы отко чыдамдуу материалдарга жана атайын керамикага ылайыктуу. Бирок, анын катуулугун эске алуу менен аны натыйжалуу пайдалануу жетишсиз - бул кадимки жашыл порошоктун ичинде көзгө көрүнгөндөн да көп нерсе бар. Негизгиси "бөлүкчөлөрдүн өлчөмүндө".
Тажрыйбалуу материалдар инженерлери көп учурда: "Материалды баалоодо алгач порошокко, ал эми порошокко баалоодо алгач бөлүкчөлөргө көңүл буруңуз", - дешет. Бул таптакыр туура. Жашыл кремний карбидинин микропорошогунун бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү анын кийинки колдонууларда күчтүү каражат же олуттуу тоскоолдук болорун түздөн-түз аныктайт. Бүгүн биз бул бөлүкчөлөрдүн өлчөмү кантип башкарылаарын жана бул көзөмөлгө жетүүдө кандай техникалык кыйынчылыктар жаралаарын тереңирээк карап чыгабыз.
I. “Майдалоо” жана “Бөлүү”: Микрон деңгээлиндеги “Хирургиялык процедура”
Идеалдуулукка жетүү үчүнжашыл кремний карбидинин микропорошогу, биринчи кадам - чоң жашыл кремний карбидинин кристаллдарын "майдалоо". Бул аларды балка менен талкалоо сыяктуу жөнөкөй эмес, тескерисинче, өтө тактыкты талап кылган назик процесс.
Негизги ыкма механикалык майдалоо болуп саналат. Ал орой угулганы менен, кылдат көзөмөлдү талап кылат. Шар тегирмендери эң кеңири таралган "машыгуу аянты" болуп саналат, бирок кадимки болот шарларды колдонуу темирдин аралашмаларын оңой эле киргизиши мүмкүн. Азыр тазалыгын камсыз кылуу үчүн керамикалык каптамаларды жана кремний карбидин же цирконий майдалоочу шарларды колдонгон өнүккөн ыкмалар бар. Шар тегирмени гана жетишсиз; айрыкча 10 микрометрден (мкм) төмөн диапазондо майда жана бирдей микропорошок алуу үчүн "аба агымы менен майдалоо" колдонулат. Бул ыкма бөлүкчөлөрдүн кагылышуусуна жана сүрүлүү менен бузулушуна алып келүү үчүн жогорку ылдамдыктагы аба агымын колдонот, бул минималдуу булганууга жана бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнүн салыштырмалуу тар бөлүштүрүлүшүнө алып келет. Өтө майда порошоктор (мисалы, 1 мкмден төмөн) талап кылынганда нымдуу майдалоо колдонулат. Ал порошоктун агломерациясынын алдын алат, натыйжада жакшы дисперсиялуу шламдар пайда болот.
Бирок, жөн гана "майдалоо" жетишсиз; чыныгы негизги технология "классификациялоодо" жатат. Майдалоо жолу менен өндүрүлгөн порошоктордун өлчөмү сөзсүз түрдө ар кандай болот жана биздин максатыбыз - каалаган өлчөм диапазонун гана тандоо. Бул кум үймөгүнөн диаметри 0,5тен 0,6 миллиметрге чейинки кум бөлүкчөлөрүн гана тандап алууга окшош. Кургак аба менен классификациялоочу машиналар учурда эң кеңири колдонулат, алар жогорку натыйжалуулукка жана чоң кубаттуулукка ээ болгон орой жана майда порошокторду бөлүү үчүн борбордон тепкич күчүн жана аэродинамиканы колдонушат. Бирок бир кемчилик бар: порошок жетиштүү майда болгондо (мисалы, бир нече микрометрден төмөн), бөлүкчөлөр ван-дер-Ваальс күчтөрүнүн (агломерация) таасиринен улам бири-бирине топтолуп калышат, бул аба классификаторлоруна аларды жеке бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жараша так бөлүүнү кыйындатат. Бул учурда, нымдуу классификациялоо (мисалы, борбордон тепкич чөкмөлөө классификациясы) кээде пайдалуу болушу мүмкүн, бирок процесс татаал жана баасы жогорулайт.
Ошентип, көрүп турганыңыздай, бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн көзөмөлдөө процесси негизинен "майдалоо" менен "классификациялоонун" ортосундагы тынымсыз күрөш жана компромисс болуп саналат. Майдалоо майда бөлүкчөлөрдү көздөйт, бирок өтө майда бөлүкчөлөр агломерацияга жакын болуп, классификациялоого тоскоол болот; классификациялоо тактыкты жогорулатууну көздөйт, бирок көбүнчө агломерацияланган майда порошоктор менен кыйынчылыктарга дуушар болот. Инженерлер убактысынын көпчүлүк бөлүгүн ушул карама-каршы талаптарды тең салмактоого жумшашат.
II. “Тоскоолдуктар” жана “Чечимдер”: бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн көзөмөлдөө жолундагы тикендер жана жарык
Жашыл кремний карбидинин микропорошогунун бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн ишенимдүү көзөмөлдөө жөн гана майдалоо жана классификациялоодон да көптү камтыйт. Бир нече чыныгы "тоскоолдуктар" жолтоо болуп турат жана аларды чечпесе, так көзөмөлдөө мүмкүн эмес.
Биринчи тоскоолдук - бул "катуулуктун" кесепетинен келип чыккан терс реакция.Жашыл кремний карбидиөтө катуу, майдалоо үчүн эбегейсиз энергия талап кылынат, бул жабдуулардын олуттуу эскиришине алып келет. Өтө майда майдалоо учурунда майдалоочу материалдардын жана каптамалардын эскириши көп өлчөмдөгү кошулмаларды пайда кылат. Бул кошулмалар продуктуга аралашып, анын тазалыгын бузат. Эгерде кошулманын деңгээли өтө жогору болсо, бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн көзөмөлдөө боюнча бардык оор эмгегиңиз маанисиз болуп калат. Учурда тармак бул "катуу жолборс" менен күрөшүү үчүн эскирүүгө туруктуу майдалоочу материалдарды жана каптама материалдарды иштеп чыгууда жана жабдуулардын конструкцияларын жакшыртууда.
Экинчи жолборс - майда порошоктор дүйнөсүндөгү "тартылуу мыйзамы" - агломерация. Бөлүкчөлөр канчалык майда болсо, салыштырмалуу беттик аянты ошончолук чоң жана беттик энергия ошончолук жогору; алар табигый түрдө "бири-бирине топтолуп" калышат. Бул топтолуш "жумшак топтолуш" (ван-дер-Ваальс күчтөрү сыяктуу молекулалар аралык күчтөр менен кармалып турат, аларды бөлүп алуу салыштырмалуу оңой) же андан да коркунучтуу "катуу топтолуш" (майдалоо же күйдүрүү учурунда бөлүкчөлөрдүн беттери жарым-жартылай эрип же химиялык реакцияларга кирип, аларды бекем ширетип) болушу мүмкүн. Агломераттар пайда болгондон кийин, алар бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн талдоочу аспаптарда "чоң бөлүкчөлөр" катары жашырылып, сиздин пикириңизди олуттуу жаңылыштырат; практикалык колдонмолордо, мисалы, жылтыратуу суюктуктарында, бул агломераттар бөлүкчөнүн бетин тырмап алган "күнөөлүүлөр" болуп саналат. Агломерацияны чечүү глобалдык кыйынчылык. Кошумчаларды кошуудан жана майдалоо учурунда процессти оптималдаштыруудан тышкары, порошоктун бетин өзгөртүү, ага беттик энергияны азайтуу жана анын дайыма "бири-бирине топтолуп" калуусунан сактануу үчүн "каптоо" берүү күчтүү ыкма болуп саналат.
Ⅲ. Үчүнчү жолборс - бул "өлчөөдөгү" тубаса белгисиздик.
Сиз көзөмөлдөгөн бөлүкчөлөрдүн өлчөмү сиз ойлогондой экенин кантип билесиз? Бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн анализдөөчү каражаттар биздин көзүбүз, бирок ар кандай өлчөө принциптери (лазердик дифракция, чөкмө, сүрөт анализи) жана ал тургай бир эле принцип боюнча ар кандай үлгүлөрдү дисперсиялоо ыкмалары бир топ айырмаланган натыйжаларды бере алат. Бул, айрыкча, агломерацияланган порошоктор үчүн туура; эгерде өлчөөдөн мурун туура дисперсияга жетишилбесе (мисалы, диспергенттерди кошуу, ультраүн менен иштетүү), алынган маалыматтар чыныгы кырдаалдан алыс болот. Ишенимдүү өлчөөсүз так башкаруу жөн гана куру сөз.
Ушул кыйынчылыктарга карабастан, тармак тынымсыз чечимдерди издеп жатат. Мисалы, бүтүндөй процесстин тактыгы жана акылдуулугу негизги тенденция болуп саналат. Онлайн бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн көзөмөлдөөчү жабдуулар аркылуу реалдуу убакыт режиминдеги маалыматтарды кайтарып алуу жана майдалоо жана классификациялоо параметрлерин автоматтык түрдө тууралоо процессти туруктуураак кылууга алып келет. Андан тышкары, беттик модификациялоо технологиясы барган сайын көбүрөөк көңүл бурууда, ал мындан ары "дары" эмес, бүтүндөй даярдоо процессине интеграцияланып, булактан агломерацияны басып, порошоктун дисперсиясын жана анын колдонуу системасы менен шайкештигин жакшыртат. III. Колдонмолордун чакырыгы: бөлүкчөлөрдүн өлчөмү кантип "философтун ташына" айланат?
Эмне үчүн бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн көзөмөлдөө үчүн мынчалык көп күч жумшоо керек? Практикалык колдонмолорду карап көрсөк, муну айкын көрөбүз. Так майдалоо жана жылтыратуу жаатында, мисалы, сапфир экрандарын жана кремний пластиналарын жылтыратууда, жашыл кремний карбидинин микро-порошогунун бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнүн бөлүштүрүлүшү "жашоо сызыгы" болуп саналат. Ал өтө тар жана бирдей бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнүн бөлүштүрүлүшүн талап кылат, "чоң өлчөмдөгү бөлүкчөлөрдөн" (ошондой эле "абразивдүү бөлүкчөлөр" же "өлтүргүч бөлүкчөлөр" деп аталат) таптакыр таза, болбосо бир терең чийүү бүтүндөй кымбат баалуу даяр бөлүктү бузуп коюшу мүмкүн. Ошол эле учурда, порошокто катуу агломераттар болбошу керек, болбосо жылтыратуу натыйжалуулугу төмөн болот жана бетинин жасалгасы канааттандырарлык болбойт. Бул жерде бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн көзөмөлдөө нано масштабда катуу сакталат.
Керамикалык меш эмеректери жана жогорку температурадагы мештин каптамалары сыяктуу өнүккөн отко чыдамдуу материалдарда бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн көзөмөлдөө "бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнүн бөлүштүрүлүшүнө" багытталган. Кесек жана майда бөлүкчөлөр белгилүү бир пропорцияда аралаштырылат; ири бөлүкчөлөр каркас түзүп, майда бөлүкчөлөр боштуктарды толтурат. Бул жогорку температурада тыгыз жана күчтүү бышыруу жүргүзүүгө мүмкүндүк берет, натыйжада жылуулук соккусуна жакшы туруктуулук пайда болот. Эгерде бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнүн бөлүштүрүлүшү акылга сыйбаган болсо, материал же тешиктүү жана бышык эмес, же өтө морт жана жарака кетүүгө жакын болот. Ок өткөрбөгөн керамика жана эскирүүгө туруктуу пломбалоочу шакекчелер сыяктуу атайын керамика тармагында порошок бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү бышыруудан кийинки микроструктурага жана акыркы көрсөткүчтөргө түздөн-түз таасир этет. Өтө майда жана бирдей порошоктор жогорку бышыруу активдүүлүгүнө ээ, бул төмөнкү температурада жогорку тыгыздыкка жана майда дандуу керамикага мүмкүндүк берет, ошону менен алардын бекемдигин жана бышыктыгын бир топ жакшыртат. Бул жерде бөлүкчөлөрдүн өлчөмү керамикалык материалды "бекемдөөнүн" ички сыры болуп саналат.