Ultra-täpse poleerimispulbrid on tipptasemel-täpse tootmise peamised funktsionaalsed materjalid. Pikka aega on välismaised ettevõtted monopoliseerinud ülitäpsete ja vähese kahjustusega kõrgkvaliteetsete-poleeritud alumiiniumoksiidi pulbrite põhitehnoloogiat, mis on muutunud kriitiliseks kitsaskohaks, mis piirab Hiina täppistootmise tarneahela sõltumatut ja kontrollitavat arengut. Traditsioonilised kodumaised alumiiniumoksiidi poleerimispulbrid on enamasti üldotstarbelised sfäärilised või plokk{8}kujulised osakesed. Need on kas madala efektiivsusega, ei vasta masstootmise nõuetele või tekitavad töödeldava detaili pinnale kergesti mikro{10}}kriimustusi, udusust, auke ja muid defekte, mistõttu need ei sobi ülisiledate substraatide, nagu vahvlid, safiirläätsed ja{12}}puutetundlik klaas, töötlemise standarditele.
Selle taustal on helbekujulised alumiiniumoksiidi poleerimispulbrid, millel on unikaalne kuusnurkne plaat,-mikromorfoloogia, ületanud tavaliste abrasiivide jõudluspiiranguid. Oma eripärase tasapinnalise libiseva poleerimismehhanismi, ühtlase pingejaotuse omaduste ja väikeste-kahjustustega lihvimise eelistega on need ülitäpse poleerimise valdkonnas muutunud oluliseks funktsionaalsete pulbermaterjalide klassiks. Lähtudes helbekujulise alumiiniumoksiidi mikrostruktuuri omadustest, analüüsib see artikkel süstemaatiliselt selle poleerimismehhanismi, põhilisi jõudluse eeliseid ja peamisi rakendusstsenaariume.
Helveste{0}}kujuliste alumiiniumoksiidi poleerimispulbrite ainulaadsed eelised
Helbekujulistel-poleerimispulbritel on kõrge -puhtusastmega -Al₂O3 südamiku kristallilise faasina, millel on korrapärane kuusnurkse plaadi-sarnane helvestruktuur suure kuvasuhtega, mis eristab neid traditsioonilisest sfäärilisest või ebakorrapärasest plokk{4}-abrasiiv alumiiniumoksiidist. Nende poleerimismehhanism põhineb tasapinnalisel ühtlasel libiseval mikro{6}}lihvimisel, mitte tavaliste abrasiivide jäigal rullimisel. Selle mehhanismi alusel pakub helbekujuline{8}}alumiiniumoksiid poleerimisel järgmisi ainulaadseid eeliseid:
01 Madal-Kahjude töötlemine
Poleerimisprotsessi ajal võimaldavad helveste osakeste tasased geomeetrilised omadused neil spontaanselt joonduda paralleelselt töödeldava detaili pinnaga, moodustades aluspinnaga ulatusliku kontakti. Teravate servade ja nurkadega kontsentreeritud lõikamise asemel eemaldavad osakesed mikroskoopilised väljaulatuvad osad, oksiidikihid ja jämedefektid sujuva, ühtlase ja minimaalse materjali eemaldamise kaudu. Pärast poleerimist ei esine tooriku pinnal udusust, varjatud mikro-pragusid ja pinna ülimalt tasasust.
02 Stabiilne lihvimisjõudlus
Poleerimise ajal jaotub rakendatav rõhk ühtlaselt kogu helveste osakeste tasasele pinnale, mis mitte ainult ei välista lokaalset pingekontsentratsiooni, mis võib põhjustada juhuslikke kriimustusi, mikro{0}}pragusid ja muid töötlusdefekte, vaid vähendab oluliselt ka osakeste purunemise tõenäosust. Abrasiivne morfoloogia säilib paremini kogu protsessi vältel, tagades ühtlaselt stabiilse mikro{2}}lihvimise.
03 Stabiilsed füüsikalis-keemilised omadused ja hea kulumiskindlus
Helbekujuline alumiiniumoksiid säilitab Mohsi kõvaduse 9,0, mistõttu sobib see erinevate kõvade ja rabedate materjalide, nagu safiir, ränikarbiid, räniplaadid ja optiline klaas, peeneks poleerimiseks. Sellel on ka kõrge temperatuuritaluvus, happe/leelise korrosioonikindlus ja keemiline inertsus, mis ei põhjusta poleerimise ajal aluspinnaga keemilist reaktsiooni ega sekundaarset saastumist, muutes selle ühilduvaks erinevate keeruliste poleerimistingimustega.
Helveste{0}}kujuliste alumiiniumoksiidi poleerimispulbrite valmistamine
Ultra{0}}täpse poleerimisprotsessi süsteemis on poleerimispulbri mikromorfoloogia ja struktuurne olek poleerimistulemust määravad võtmetegurid. Ideaalsel poleerimispulbril peab olema korrapärane kuusnurkne plaaditaoline struktuur, mis ei sisalda ebakorrapäraseid plokk-, nõela- või killustatud lisandiosakesi. Osakeste pinnad peavad olema tasased, servad siledad ning ilma teravate rästide või mõranemisvigadeta. Samal ajal tuleb kuvasuhet kui kriitilist parameetrit reguleerida mõistlikus vahemikus-liiga õhuke põhjustab ebapiisava tugevuse ja vastuvõtlikkuse painde/murdumise suhtes, samas kui liiga paks kahjustab tasapinnalise kontakti eeliseid. See seab kontrollitavale pulbri valmistamise tehnoloogiale ranged nõuded.
Praegu hõlmavad helbekujulise alumiiniumoksiidi peamised valmistamismeetodid sulasoola meetodit, hüdrotermilise sünteesi meetodit, tahke faasi kõrgel temperatuuril{2} kaltsineerimise meetodit ja sool{3} geeli meetodit. Need neli peamist protsessi erinevad oluliselt kristallide kasvumehhanismide, morfoloogia juhtimisvõimaluste ja toote jõudluse poolest, mis määravad otseselt poleerimispulbri helveste terviklikkuse, kuvasuhte ühtluse ja puhtuse.
01 Sulasoola meetod
Sulasoola meetod on põhiprotsess väga korrapärase helbekujuliste{1}}alumiiniumoksiidi poleerimispulbrite tööstuslikuks tootmiseks. Tavaliselt segatakse lahustuvad alumiiniumsoolad (nt alumiiniumsulfaat) madala -sulamistemperatuuriga- sooladega (nagu naatriumsulfaat või kaaliumsulfaat) ja kuumutatakse, et moodustuks sulasoola sulam, milles alumiiniumiallikas lahustub, hajub ja kristalliseerub. Reguleerides selliseid parameetreid nagu temperatuur, aeg ja lisandid, soodustatakse alumiiniumoksiidi kasvu mööda kindlaid kristallitasandeid, et moodustada helvestruktuur.
Sellel meetodil on lihtne protsess, juhitav morfoloogia-, mis võimaldab täpselt kontrollida osakeste suurust, paksust ja kuvasuhet-ja hea hajutatavusega, mistõttu sobib see selliste valdkondade jaoks nagu poleerimine ja pärlmutterpigmendid, mis nõuavad kõrget pulbri jõudlust. Praegu on Saksamaa Merck & Co esinduslik tootja. Siiski võivad mõned sulasoolad (nt fluoriidi -sisaldavad soolad) olla mürgised ja lenduvad ained võivad ahju seadmeid korrodeerida või keskkonda saastada. Lisaks on sulasoola eemaldamiseks vaja -kaltsineerimisjärgseid etappe, nagu veega pesemine ja filtreerimine, mis tekitab reovee ja suurendab keskkonnakulusid.
Praegu on seda tehnoloogiat kasutades helbekujulist alumiiniumoksiidi tootvate esindusettevõtete hulgas Saksamaa Merck, kuigi maailma juhtiva pärlmutterpigmendi tootjana kasutavad nad seda peamiselt pärlmutterpigmentide substraadina kosmeetikas, autode pinnakatetes ja sarnastes rakendustes. Hiinas on Minjiangi ülikool tootnud ka helbekujulisi alumiiniumoksiidi pärlmutterpigmendi substraate, mille jõudlusparameetrid on võrreldavad seda tehnoloogiat kasutavate Mercki toodetega, ning on lõpetanud saja-kilose-kilogrammise ettevalmistuse ja masstootmisprotsessi valideerimise.
02 Tahkis{1}}paagutamise meetod
Kõrgetel temperatuuridel on alumiiniumoksiidi kristallide erinevate kristalltasandite kasvukiirused erinevad. Tahkis{1}}paagutamise meetod hõlmab alumiiniumoksiidi lähteainete (nagu alumiiniumhüdroksiid või alumiiniumoksiidi pulber) kõrgel temperatuuril paagutamist, lisades lisandeid, mis reguleerivad erinevate kristallitasandite kasvukiirust, tekitades seeläbi helbekujulist alumiiniumoksiidi. Tavaliselt reageerivad fluori{5}}sisaldavad lisandid alumiiniumoksiidi prekursoriga, moodustades gaasilisi vaheühendeid. Need ühendid adsorbeeruvad vähem kristallitasandil (0001), põhjustades aeglasema kasvu piki c- telge, samas kui (1010) kristallitasand kasvab suhteliselt kiiremini, soodustades kristalli tasapinnalist paisumist ja moodustades lõpuks helveste morfoloogia.
See meetod pakub madalaid kulusid ja kõrget efektiivsust, mistõttu sobib see suuremahuliseks{0}}tootmiseks. Praegu on Jaapani Fujimi Corporationi PWA-seeria helvestega kaltsineeritud -Al₂O₃, USA Micro Abrasives Corporationi WCA-seeria helveste -Al₂O₃ ja Jaapani DIC Corporationi CeramNex™ AP10 plaat-Al₃ sarnasel meetodil. Kuna aga paagutamine kipub põhjustama aglomeerumist ja lisandid võivad lisada lisandeid, kasutatakse selle meetodi tooteid peamiselt üldotstarbeliste poleerimismaterjalidena.