Raziskava uporabe cirkonijevega prahu pri visokokakovostnem preciznem poliranju
Z naglim razvojem visokotehnoloških industrij, kot so elektronika in informacijska tehnologija, optična proizvodnja, polprevodniki in napredna keramika, se postavljajo višje zahteve glede kakovosti obdelave površin materialov. Zlasti pri ultra natančni obdelavi ključnih komponent, kot so safirne podlage, optično steklo in plošče trdih diskov, zmogljivost polirnega materiala neposredno določa učinkovitost obdelave in končno kakovost površine.Cirkonij v prahu (ZrO₂), visokozmogljiv anorganski material, se zaradi svoje odlične trdote, toplotne stabilnosti, odpornosti proti obrabi in polirnih lastnosti postopoma pojavlja na področju visokokakovostnega natančnega poliranja in postaja predstavnik naslednje generacije polirnih materialov po cerijevem oksidu in aluminijevem oksidu.
I. Lastnosti materialovCirkonij v prahu
Cirkonijev dioksid je bel prah z visokim tališčem (približno 2700 °C) in različnimi kristalnimi strukturami, vključno z monoklinskimi, tetragonalnimi in kubičnimi fazami. Stabiliziran ali delno stabiliziran cirkonijev prah je mogoče dobiti z dodajanjem ustreznih količin stabilizatorjev (kot sta itrijev oksid in kalcijev oksid), kar mu omogoča ohranjanje odlične fazne stabilnosti in mehanskih lastnosti tudi pri visokih temperaturah.
cirkonijev prahIzjemne prednosti se odražajo predvsem v naslednjih vidikih:
Visoka trdota in odlična sposobnost poliranja: Z Mohsovo trdoto 8,5 ali več je primeren za končno poliranje različnih visokotrdnih materialov.
Močna kemijska stabilnost: Ostane stabilen v kislem ali rahlo alkalnem okolju in ni dovzeten za kemične reakcije.
Odlična disperzibilnost: Modificirani nano- ali submikronskicirkonijev prahkažejo odlično suspenzijo in tekočnost, kar omogoča enakomerno poliranje.
Nizka toplotna prevodnost in nizka poškodba zaradi trenja: Toplota, ki nastane med poliranjem, je minimalna, kar učinkovito zmanjšuje toplotne obremenitve in tveganje za nastanek mikrorazpok na obdelani površini.
II. Tipična uporaba cirkonijevega prahu pri preciznem poliranju
1. Poliranje safirne podlage
Safirni kristali se zaradi svoje visoke trdote in odličnih optičnih lastnosti pogosto uporabljajo v LED čipih, lečah za ure in optoelektronskih napravah. Cirkonov prah je s podobno trdoto in nizko stopnjo poškodb idealen material za kemično mehansko poliranje (CMP) safirja. V primerjavi s tradicionalnimpraški za poliranje iz aluminijevega oksidaCirkonij znatno izboljša ravnost in zrcalni videz površine, hkrati pa ohranja hitrost odstranjevanja materiala, zmanjšuje praske in mikrorazpoke.
2. Poliranje optičnega stekla
Pri obdelavi optičnih komponent, kot so visoko natančne leče, prizme in čelne površine optičnih vlaken, morajo polirni materiali izpolnjevati izjemno visoke zahteve glede čistoče in finosti. Uporaba visoko čistih materialovcirkonijev oksid v prahuz nadzorovano velikostjo delcev 0,3–0,8 μm kot končnim polirnim sredstvom dosega izjemno nizko hrapavost površine (Ra ≤ 1 nm), kar izpolnjuje stroge zahteve glede »brezhibnosti« optičnih naprav.
3. Obdelava plošč trdega diska in silicijevih rezin
Z nenehnim povečevanjem gostote shranjevanja podatkov postajajo zahteve glede ravnosti površine plošč trdega diska vse strožje.cirkonijev prah, ki se uporablja v fazi finega poliranja površin plošč trdega diska, učinkovito nadzoruje napake pri obdelavi, s čimer izboljša učinkovitost zapisovanja na disk in življenjsko dobo. Poleg tega cirkonijev oksid pri ultra natančnem poliranju silicijevih rezin kaže odlično površinsko združljivost in lastnosti nizkih izgub, zaradi česar je vse bolj priljubljena alternativa ceriju.
Ⅲ. Vpliv velikosti delcev in nadzora disperzije na rezultate poliranja
Poliranje cirkonijevega oksida v prahu ni tesno povezano le z njegovo fizično trdoto in kristalno strukturo, temveč je pomembno odvisno tudi od porazdelitve velikosti delcev in disperzije.
Nadzor velikosti delcev: Preveliki delci lahko zlahka povzročijo površinske praske, premajhni delci pa lahko zmanjšajo hitrost odstranjevanja materiala. Zato se za izpolnjevanje različnih zahtev obdelave pogosto uporabljajo mikro- ali nano-prahovi z razponom D50 od 0,2 do 1,0 μm.
Disperzijska sposobnost: Dobra disperzibilnost preprečuje aglomeracijo delcev, zagotavlja stabilnost polirne raztopine in izboljšuje učinkovitost obdelave. Nekateri visokokakovostni cirkonijev prah po modifikaciji površine kažejo odlične suspenzijske lastnosti v vodnih ali šibko kislih raztopinah in ohranjajo stabilno delovanje več deset ur.
IV. Razvojni trendi in prihodnji obeti
Z nenehnim napredkom tehnologije nanofabrikacije,cirkonijev prahse nadgrajujejo v smeri večje čistosti, ožje porazdelitve velikosti delcev in izboljšane disperzibilnosti. Naslednja področja si zaslužijo pozornost v prihodnosti:
1. Masovna proizvodnja in optimizacija stroškov nano-skalecirkonijev prah
Reševanje problema visokih stroškov in zapletenega postopka priprave visoko čistih praškov je ključnega pomena za spodbujanje njihove širše uporabe.
2. Razvoj kompozitnih polirnih materialov
Kombinacija cirkonija z materiali, kot sta aluminijev oksid in silicijev dioksid, izboljša hitrost odstranjevanja in zmogljivosti nadzora površine.
3. Zelen in okolju prijazen sistem polirnih tekočin
Razviti nestrupene, biorazgradljive disperzijske medije in dodatke za izboljšanje okolju prijaznosti.
V. Zaključek
cirkonijev oksid v prahu, s svojimi odličnimi lastnostmi materiala, igra vse pomembnejšo vlogo pri visokokakovostnem natančnem poliranju. Z nenehnim napredkom v proizvodni tehnologiji in naraščajočim povpraševanjem v industriji se uporabacirkonijev oksid v prahubo postal bolj razširjen in pričakuje se, da bo postal osrednja podpora za naslednjo generacijo visokozmogljivih polirnih materialov. Za ustrezna podjetja bo sledenje trendom nadgradnje materialov in širjenje vrhunskih aplikacij na področju poliranja ključna pot do doseganja diferenciacije izdelkov in tehnološkega vodstva.