Výskum aplikácie prášku zirkónia pri vysoko presnom leštení
S rýchlym rozvojom high-tech odvetví, ako je elektronika a informačné technológie, optická výroba, polovodiče a pokročilá keramika, sa kladú vyššie požiadavky na kvalitu spracovania povrchu materiálov. Najmä pri ultrapresnom obrábaní kľúčových komponentov, ako sú zafírové substráty, optické sklo a platne pevných diskov, výkon leštiaceho materiálu priamo určuje účinnosť obrábania a konečnú kvalitu povrchu.Prášok zirkónia (ZrO₂), vysokovýkonný anorganický materiál, sa vďaka svojej vynikajúcej tvrdosti, tepelnej stabilite, odolnosti voči opotrebovaniu a leštiacim vlastnostiam postupne objavuje v oblasti vysoko presného leštenia a stáva sa predstaviteľom leštiacich materiálov novej generácie po oxide céru a oxide hlinitom.
I. Materiálové vlastnostiZirkónový prášok
Zirkónia je biely prášok s vysokým bodom topenia (približne 2700 °C) a rôznymi kryštálovými štruktúrami vrátane monoklinických, tetragonálnych a kubických fáz. Stabilizovaný alebo čiastočne stabilizovaný zirkóniový prášok sa dá získať pridaním vhodného množstva stabilizátorov (ako je oxid ytritý a oxid vápenatý), čo mu umožňuje udržať si vynikajúcu fázovú stabilitu a mechanické vlastnosti aj pri vysokých teplotách.
Zirkónový prášokJeho vynikajúce výhody sa prejavujú predovšetkým v nasledujúcich aspektoch:
Vysoká tvrdosť a vynikajúca leštiaca schopnosť: S Mohsovou tvrdosťou 8,5 alebo vyššou je vhodný na konečné leštenie rôznych vysoko tvrdých materiálov.
Silná chemická stabilita: Zostáva stabilný v kyslom alebo mierne zásaditom prostredí a nie je náchylný na chemické reakcie.
Vynikajúca dispergovateľnosť: Modifikované nano- alebo submikrónové časticezirkónové práškyvykazujú vynikajúcu suspenziu a tekutosť, čo umožňuje rovnomerné leštenie.
Nízka tepelná vodivosť a nízke trecie poškodenie: Teplo generované počas leštenia je minimálne, čo účinne znižuje tepelné namáhanie a riziko mikrotrhlín na opracovanom povrchu.
II. Typické aplikácie zirkónového prášku pri presnom leštení
1. Leštenie zafírového substrátu
Zafírové kryštály sa vďaka svojej vysokej tvrdosti a vynikajúcim optickým vlastnostiam široko používajú v LED čipoch, šošovkách hodiniek a optoelektronických zariadeniach. Prášok zirkónia je s podobnou tvrdosťou a nízkou mierou poškodenia ideálnym materiálom na chemicko-mechanické leštenie (CMP) zafíru. V porovnaní s tradičnými...leštiace prášky z oxidu hlinitého, zirkónia výrazne zlepšuje rovinnosť a zrkadlový lesk povrchu pri zachovaní rýchlosti úberu materiálu, čím sa znižuje počet škrabancov a mikrotrhlín.
2. Leštenie optického skla
Pri spracovaní optických komponentov, ako sú vysoko presné šošovky, hranoly a čelné plochy optických vlákien, musia leštiace materiály spĺňať extrémne vysoké požiadavky na čistotu a jemnosť. Použitie vysoko čistých materiálovprášok oxidu zirkoničitéhos kontrolovanou veľkosťou častíc 0,3 – 0,8 μm ako finálnym leštiacim prostriedkom dosahuje extrémne nízku drsnosť povrchu (Ra ≤ 1 nm), čím spĺňa prísne požiadavky na „bezchybnosť“ optických zariadení.
3. Spracovanie dosiek pevného disku a kremíkových doštičiek
S neustálym zvyšovaním hustoty ukladania dát sú požiadavky na rovinnosť povrchu platní pevných diskov čoraz prísnejšie.Zirkónový prášok, používaný vo fáze jemného leštenia povrchov platní pevných diskov, účinne kontroluje chyby spracovania, čím zlepšuje účinnosť zápisu na disk a životnosť. Okrem toho pri ultra presnom leštení kremíkových doštičiek vykazuje oxid zirkoničitý vynikajúcu povrchovú kompatibilitu a nízke straty, čo z neho robí rastúcu alternatívu k céru.
Ⅲ. Vplyv veľkosti častíc a kontroly disperzie na výsledky leštenia
Leštiaci výkon práškového oxidu zirkoničitého úzko súvisí nielen s jeho fyzikálnou tvrdosťou a kryštálovou štruktúrou, ale je tiež významne ovplyvnený distribúciou veľkosti častíc a disperziou.
Kontrola veľkosti častíc: Príliš veľké veľkosti častíc môžu ľahko spôsobiť poškriabanie povrchu, zatiaľ čo príliš malé častice môžu znížiť rýchlosť odoberania materiálu. Preto sa na splnenie rôznych požiadaviek na spracovanie často používajú mikroprášky alebo nanoprášky s rozsahom D50 od 0,2 do 1,0 μm.
Disperzné vlastnosti: Dobrá dispergovateľnosť zabraňuje aglomerácii častíc, zaisťuje stabilitu leštiaceho roztoku a zlepšuje účinnosť spracovania. Niektoré vysoko kvalitné prášky zirkónia po modifikácii povrchu vykazujú vynikajúce suspenzné vlastnosti vo vodných alebo slabo kyslých roztokoch a udržiavajú stabilnú prevádzku viac ako desiatky hodín.
IV. Trendy vývoja a výhľad do budúcnosti
S neustálym pokrokom v technológii nanofabrikácie,zirkónové práškysa modernizujú smerom k vyššej čistote, užšiemu rozloženiu veľkosti častíc a zlepšenej dispergovateľnosti. V budúcnosti si pozornosť zaslúžia tieto oblasti:
1. Hromadná výroba a optimalizácia nákladov v nanorozmerochZirkónové prášky
Riešenie problému vysokých nákladov a zložitého procesu prípravy vysoko čistých práškov je kľúčom k podpore ich širšieho použitia.
2. Vývoj kompozitných leštiacich materiálov
Kombinácia zirkónia s materiálmi, ako je oxid hlinitý a oxid kremičitý, zlepšuje rýchlosť odoberania a schopnosť kontroly povrchu.
3. Zelený a ekologický systém leštiacich kvapalín
Vyvíjať netoxické, biologicky odbúrateľné disperzné médiá a prísady na zvýšenie environmentálnej šetrnosti.
V. Záver
Prášok oxidu zirkoničitého, s vynikajúcimi materiálovými vlastnosťami, zohráva čoraz dôležitejšiu úlohu vo vysoko presnom leštení. S neustálym pokrokom vo výrobných technológiách a rastúcim dopytom v priemysle, aplikáciaprášok oxidu zirkoničitéhosa rozšíri a očakáva sa, že sa stane základnou oporou pre ďalšiu generáciu vysokovýkonných leštiacich materiálov. Pre príslušné spoločnosti bude kľúčovou cestou k dosiahnutiu diferenciácie produktov a technologického líderstva držať krok s trendmi v oblasti modernizácie materiálov a rozširovať špičkové aplikácie v oblasti leštenia.