Tsirkooniumoksiidi pulbri kasutamise uuringud tipptasemel täppispoleerimisel
Kõrgtehnoloogiliste tööstusharude, näiteks elektroonika ja infotehnoloogia, optilise tootmise, pooljuhtide ja täiustatud keraamika kiire arenguga seatakse materjalide pinnatöötluse kvaliteedile kõrgemaid nõudeid. Eelkõige võtmekomponentide, näiteks safiirpindade, optilise klaasi ja kõvaketta plaatide ülitäpse töötlemise puhul määrab poleerimismaterjali jõudlus otseselt töötlemise efektiivsuse ja lõpliku pinnakvaliteedi.Tsirkooniumpulber (ZrO₂), suure jõudlusega anorgaaniline materjal, on oma suurepärase kõvaduse, termilise stabiilsuse, kulumiskindluse ja poleerimisomaduste tõttu järk-järgult esile kerkimas tipptasemel täppispoleerimise valdkonnas, saades tseeriumoksiidi ja alumiiniumoksiidi järel järgmise põlvkonna poleerimismaterjalide esindajaks.
I. Materjali omadusedTsirkooniumpulber
Tsirkooniumoksiid on valge pulber, millel on kõrge sulamistemperatuur (umbes 2700 °C) ja mitmesugused kristallstruktuurid, sealhulgas monokliinsed, tetragonaalsed ja kuubilised faasid. Stabiliseeritud või osaliselt stabiliseeritud tsirkooniumoksiidi pulbrit saab saada sobiva koguse stabilisaatorite (näiteks ütriumoksiidi ja kaltsiumoksiidi) lisamisega, mis võimaldab säilitada suurepärase faasi stabiilsuse ja mehaanilised omadused isegi kõrgetel temperatuuridel.
Tsirkooniumpulbersilmapaistvad eelised kajastuvad peamiselt järgmistes aspektides:
Suur kõvadus ja suurepärane poleerimisvõime: Mohsi kõvadusega 8,5 või rohkem sobib see mitmesuguste suure kõvadusega materjalide lõplikuks poleerimiseks.
Tugev keemiline stabiilsus: See püsib stabiilsena happelises või kergelt aluselises keskkonnas ega ole vastuvõtlik keemilistele reaktsioonidele.
Suurepärane dispergeeruvus: modifitseeritud nano- või submikronisuurusedtsirkooniumoksiidi pulbridomavad suurepärast suspensiooni ja voolavust, hõlbustades ühtlast poleerimist.
Madal soojusjuhtivus ja väikesed hõõrdekahjustused: poleerimisel tekkiv soojus on minimaalne, mis vähendab tõhusalt termilist pinget ja mikropragude tekkimise ohtu töödeldud pinnal.
II. Tsirkooniumoksiidi pulbri tüüpilised rakendused täppispoleerimisel
1. Safiirpinna poleerimine
Safiirkristalle kasutatakse oma kõrge kõvaduse ja suurepäraste optiliste omaduste tõttu laialdaselt LED-kiipides, kellaläätsedes ja optoelektroonikaseadmetes. Tsirkooniumpulber on oma sarnase kõvaduse ja madala kahjustuskiirusega ideaalne materjal safiiri keemiliseks mehaaniliseks poleerimiseks (CMP). Võrreldes traditsiooniliste...alumiiniumoksiidi poleerimispulbridtsirkooniumoksiid parandab oluliselt pinna tasasust ja peegelpinda, säilitades samal ajal materjali eemaldamise kiiruse, vähendades kriimustusi ja mikropragusid.
2. Optilise klaasi poleerimine
Optiliste komponentide, näiteks ülitäpsete läätsede, prismade ja optiliste kiudude otsapindade töötlemisel peavad poleerimismaterjalid vastama äärmiselt kõrgetele puhtus- ja peenusnõuetele. Kasutades ülipuhast materjalitsirkooniumoksiidi pulbermille kontrollitud osakeste suurus on 0,3–0,8 μm lõpliku poleerimisainena, saavutab see äärmiselt madala pinnakareduse (Ra ≤ 1 nm), vastates optiliste seadmete rangetele „veatu“ nõuetele.
3. Kõvaketta plaadi ja ränivahvli töötlemine
Andmete salvestustiheduse pideva suurenemisega muutuvad kõvaketta plaatide pinna tasasuse nõuded üha rangemaks.Tsirkooniumpulber, mida kasutatakse kõvaketta plaatide pindade peenpoleerimise etapis, kontrollib tõhusalt töötlemisdefekte, parandades ketta kirjutamise efektiivsust ja kasutusiga. Lisaks on tsirkooniumoksiidil räniplaatide ülitäpsel poleerimisel suurepärane pinna ühilduvus ja väikesed kadud, mistõttu on see üha populaarsem alternatiiv tseeriumoksiidile.
III. Osakeste suuruse ja dispersioonikontrolli mõju poleerimistulemustele
Tsirkooniumoksiidi pulbri poleerimisomadused on tihedalt seotud mitte ainult selle füüsikalise kõvaduse ja kristallstruktuuriga, vaid neid mõjutavad oluliselt ka osakeste suurusjaotus ja dispersioon.
Osakeste suuruse kontroll: Liiga suured osakeste suurused võivad kergesti põhjustada pinnakriimustusi, samas kui liiga väikesed võivad vähendada materjali eemaldamise kiirust. Seetõttu kasutatakse erinevate töötlemisnõuete täitmiseks sageli mikro- või nanopulbreid D50 vahemikus 0,2–1,0 μm.
Dispersioonivõime: Hea dispergeeruvus hoiab ära osakeste aglomeratsiooni, tagab poleerimislahuse stabiilsuse ja parandab töötlemise efektiivsust. Mõned tipptasemel tsirkooniumoksiidi pulbrid omavad pärast pinna modifitseerimist suurepäraseid suspensiooniomadusi vesilahustes või nõrgalt happelistes lahustes, säilitades stabiilse töö kümnete tundide jooksul.
IV. Arengusuunad ja tulevikuväljavaated
Nanotehnoloogia pideva arenguga kaasnebtsirkooniumoksiidi pulbridtäiustatakse suurema puhtusastme, kitsama osakeste suurusjaotuse ja parema dispergeeruvuse suunas. Järgmised valdkonnad väärivad tulevikus tähelepanu:
1. Nanotehnoloogia masstootmine ja kulude optimeerimineTsirkooniumoksiidi pulbrid
Kõrge puhtusastmega pulbrite valmistamise kõrge hinna ja keeruka protsessi käsitlemine on nende laiema kasutamise edendamise võtmeks.
2. Komposiitpoleerimismaterjalide väljatöötamine
Tsirkooniumoksiidi kombineerimine selliste materjalidega nagu alumiiniumoksiid ja ränidioksiid parandab eemaldamiskiirust ja pinna kontrollimise võimalusi.
3. Roheline ja keskkonnasõbralik poleerimisvedeliku süsteem
Töötada välja mittetoksilisi, biolagunevaid dispersioonikeskkondi ja lisandeid keskkonnasõbralikkuse parandamiseks.
V. Kokkuvõte
Tsirkooniumoksiidi pulber, oma suurepäraste materjaliomadustega, mängib üha olulisemat rolli tipptasemel täppispoleerimisel. Tootmistehnoloogia pideva arengu ja tööstuse kasvava nõudluse tõttu on ... rakendamine ...tsirkooniumoksiidi pulbermuutub laialdasemalt levinuks ja eeldatavasti saab sellest järgmise põlvkonna kõrgjõudlusega poleerimismaterjalide põhitoe. Asjaomaste ettevõtete jaoks on materjalide uuendamise trendidega sammu pidamine ja poleerimisvaldkonna tipptasemel rakenduste laiendamine toote eristamise ja tehnoloogilise juhtpositsiooni saavutamise võtmetegur.