Цахиурын карбидын нунтаг нь нунтаг металлургид хэрэглэгддэг түүхий эд юм; Ялангуяа хар цахиурын карбидыг цутгамал төмөр, өнгөт металл гэх мэт суналтын бат бөх чанар багатай материал, түүнчлэн чулуу, арьс шир зэрэг металл бус материалыг боловсруулахад ашигладаг. Үүний эсрэгээр өндөр цэвэршилттэй ногоон цахиурын карбидыг цементжүүлсэн карбид (волфрамын карбид), оптик шил, өндөр чанартай керамик зэрэг хатуу, хэврэг материалыг нарийн нунтаглахад илүү их ашигладаг.
Цахиурын карбидын түүх бол хүн төрөлхтний ур чадварын гэрч юм. Энэ нь байгальд нэн ховор эрдсийн моиссанит хэлбэрээр оршдог боловч солируудад л олддог боловч аж үйлдвэрийн ертөнц бүхэлдээ синтетик үйлдвэрлэлд тулгуурладаг. Ачесон процесс нь эрчим хүчний хэмнэлт, бүтээгдэхүүний цэвэр байдлыг сайжруулахын тулд хэдэн арван жилийн турш боловсронгуй болсон ч үйлдвэрлэлийн алтан стандарт хэвээр байна. Үүссэн "түүхий" цахиурын карбидыг дараа нь буталж, угааж, янз бүрийн хэмжээгээр нарийн ангилж, өнөөгийн бидний хэрэглэж буй цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг үүсгэдэг.
Эдгээр нунтагуудын зэрэглэлийг FEPA (Европын зүлгүүр үйлдвэрлэгчдийн холбоо), ANSI (Америкийн үндэсний стандартын хүрээлэн), JIS (Японы аж үйлдвэрийн стандарт) зэрэг олон улсын стандартаар зохицуулдаг. Эдгээр стандартууд нь тоосонцрын хэмжээг жигд хуваарилахыг баталгаажуулдаг бөгөөд энэ нь үелэх, өнгөлөх, нунтаглах үйл ажиллагаанд урьдчилан таамаглах боломжтой гадаргуугийн өнгөлгөөнд хүрэхэд чухал ач холбогдолтой юм. Үр тарианы өргөн тархалттай нунтаг нь нарийн ширхэгтэй ажлын хэсэгт гүн зураас үүсгэдэг бол хатуу хяналттай нунтаг нь жигд, өндөр чанартай өнгөлгөөг баталгаажуулдаг.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг химийн цэвэр байдал нь түүний физик шинж чанар, зориулалтын хэрэглээг тодорхойлдог. Өндөр чанартай зүлгүүрийн нунтагыг SiC агууламжаар нь ангилдаг бөгөөд өндөр хувь нь ихэвчлэн илүү хатуулаг, зүсэх үр ашгийг илтгэдэг. Хар ба ногоон цахиурын карбидын ердийн химийн найрлагын дэлгэрэнгүй задаргааг доор харуулав.
| Бүрэлдэхүүн хэсэг | Хар цахиурын карбид (%) | Ногоон цахиурын карбид (%) |
|---|---|---|
| Цахиурын карбид (SiC) | 98.00 - 98.80 | 99.00 - 99.50 |
| Чөлөөт нүүрстөрөгч (C) | ≤ 0.20 | ≤ 0.15 |
| Төмрийн исэл (Fe2O3) | ≤ 0.30 | ≤ 0.10 |
| Соронзон материал | ≤ 0.005 | ≤ 0.003 |
| Бусад хольц | Мөр | Мөр |
Ногоон цахиурын карбидын өндөр цэвэршилтийг (ихэвчлэн 99% SiC-аас дээш) түүхий эдийг илүү хатуу сонгох, зуухны уур амьсгалыг илүү нарийн хянах замаар олж авдаг. Энэхүү цэвэршилт нь илүү хурц ширхэгтэй бүтэцтэй болж, өндөр нарийвчлалтай нунтаглах хэрэглээнд илүү сайн гүйцэтгэлтэй байдаг.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг механик ажиллагаа нь хөнгөн цагаан исэл, анар зэрэг уламжлалт зүлгүүрээс ялгарах зүйл юм. Түүний хатуулаг, дулааны тогтвортой байдал нь синтетик материалын хувьд хамгийн өндөр үзүүлэлт юм. Доорх хүснэгтэд түүний үйлдвэрлэлийн хэрэглээг тодорхойлдог үндсэн механик болон физик шинж чанаруудыг тоймлон харуулав.
| Өмч | Ердийн үнэ цэнэ | Хэмжих нэгж |
|---|---|---|
| Кристал бүтэц | Зургаан өнцөгт/Альфа | - |
| Mohs хатуулаг | 9.2 - 9.5 | 1-10 масштаб |
| Бариулын хатуулаг (K100) | 2400 - 2800 | кг/мм² |
| Нягт | 3.15 - 3.25 | г/см³ |
| Хайлах цэг | 2,730 (Салах) | °C |
| Дулаан дамжуулалт | 60 - 150 | W/m·K |
| Шахалтын хүч | 3.9 - 4.5 | GPA |
Эдгээр механик шинж чанаруудын улмаас цахиурын карбид нь зөвхөн маш сайн зүлгүүрээс гадна галд тэсвэртэй материал юм. 1000 ° C-аас дээш температурт бүтцийн бүрэн бүтэн байдал, хатуулгийг хадгалах чадвар нь өндөр температурт зуухны тавилга, дулаан солилцогчдод тохиромжтой.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг нь өвөрмөц давуу талуудыг санал болгодог бөгөөд энэ нь үйлдвэрлэлийн хүнд хэцүү ажлуудыг илүүд үздэг. Эдгээр шинж чанарууд нь материал нь өндөр даралт, хэт температурт үр дүнтэй ажиллах боломжийг олгодог.
Эдгээр давуу талууд нь багаж хэрэгслийн элэгдлийг бууруулж, үйлдвэрлэлийн мөчлөгийн хурдыг нэмэгдүүлснээр үйлдвэрлэгчдэд шууд зардал хэмнэнэ. Өндөр хурдтай нунтаглах үйл ажиллагаанд цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг нь "хазах"-аа хадгалах чадвар нь цөөн тооны дамжуулалт хийх, гадаргуугийн дээд зэргийн өнгөлгөөг бий болгодог.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтагны олон талт байдал нь түүнийг өргөн хүрээний салбарт ашиглах боломжийг олгодог. Уламжлалт үйлдвэрлэлээс эхлээд хамгийн сүүлийн үеийн технологи хүртэлх хэрэглээ нь бараг хязгааргүй юм.
Сүүлийн жилүүдэд нарны эрчим хүчний салбарыг хамарсан томоохон кейс судалгаа юм. Дэлхий дахин сэргээгдэх эрчим хүч рүү чиглэж байгаа энэ үед нарны зай хураагуурт зориулсан өндөр цэвэршилттэй цахиур үйлдвэрлэх нь цахиурын ембүүг нимгэн ялтас болгон зүсэх зориулалттай цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг дээр ихээхэн тулгуурласан. Алмазан утас түгээмэл болсон ч SiC зутан нь энэ салбарт өндөр нарийвчлалтай тусгай хэрэглээнд чухал арга хэвээр байна.
Хоёр сорт хоёулаа ижил үндсэн химийн найрлагатай боловч хар ба ногоон цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг хоорондын нарийн ялгаа нь үйлдвэрлэлийн тодорхой үр дүнд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хар цахиурын карбидыг цахиур, нүүрстөрөгчийг бага хэмжээний давс, үртэстэй урвалд оруулснаар гаргаж авдаг. Эдгээр нэмэлтүүд байгаа нь цэвэршилтийг бага зэрэг бууруулдаг боловч чулуу, цутгамал төмөр зэрэг материалыг хүнд даацын нунтаглахад маш сайн хатуу ширхэгтэй ширхэгийг үүсгэдэг.
Ногоон цахиурын карбидыг илүү өндөр зэрэглэлийн түүхий эд, тодорхой нэмэлтгүйгээр үйлдвэрлэдэг бөгөөд ингэснээр илүү цэвэр, тунгалаг ногоон болор болдог. Энэ нь хар SiC-ээс илүү сэвсгэр (илүү амархан эвдэрдэг) бөгөөд энэ нь сул тал мэт сонсогддог боловч үнэн хэрэгтээ энэ нь нарийн даалгавруудын давуу тал юм. Өндөр сэвсгэр чанар нь зүлгүүр нь амьдралынхаа туршид хурц хэвээр байх бөгөөд энэ нь вольфрамын карбидын багаж хэрэгсэл, өндөр нарийвчлалтай электрон эд ангиудыг нунтаглах шилдэг сонголт болгодог.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтгийн үр нөлөө нь түүний нунтаглалтын хэмжээнээс ихээхэн хамаардаг. Үр тариаг ерөнхийдөө макро нунтаг (F8-аас F220) болон бичил нунтаг (F230-аас F2000) гэж ангилдаг. FEPA стандарт нь эдгээр хэмжээсийн хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг дэлхийн жишиг юм.
Жишээлбэл, F60 нунтаг нунтаг нь харьцангуй том ширхэгтэй бөгөөд барзгар цутгамал материалыг нунтаглах гэх мэт хүнд материалыг зайлуулахад ашигладаг. Нөгөөтэйгүүр, F1200 нунтаг нь дурангийн толин тусгалыг эцсийн өнгөлгөө эсвэл хагас дамжуулагч өргүүрийг сийрэгжүүлэхэд ашигладаг маш нарийн гурилтай төстэй бодис юм. "Төгс өнгөлөгч"-д хүрэхийн тулд техникч нь бүдүүн ширхэгтэй цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтагаар эхэлж, өмнөх алхамаас үлдсэн зураасыг арилгахын тулд аажмаар нарийн ширхэгтэй нунтагладаг олон үе шаттай процессыг шаарддаг.
Цахим эд ангиудыг жижигрүүлж, сансар огторгуйн салбарт өндөр нарийвчлалтай өнгөлгөөний хэрэгцээ нэмэгдэж байгаатай холбоотойгоор бичил хэмжээтэй нунтагны эрэлт макро нунтагаас илүү хурдацтай өсч байгааг зах зээлийн статистик харуулж байна. Сүүлийн үеийн салбарын мэдээлснээр, бичил нунтаг SiC зах зээл 2030 он хүртэл CAGR (нийлмэл жилийн өсөлтийн хувь) 5.5%-иас дээш байх төлөвтэй байна.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг орчин үеийн хамгийн гайхалтай хэрэглээний нэг бол зүлгүүр биш харин цахилгаан эрчим хүчний электроникийн салбарт ашигладаг SiC өрлөгийн урьдал материал юм. Гэсэн хэдий ч зүлгүүрийн нунтаг өөрөө энд давхар үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээр ялтсуудыг үйлдвэрлэхэд SiC нунтаг нь нэг талст SiC булийг ургуулах физик уурын тээвэрлэлтийн (PVT) системд түүхий эд болгон ашигладаг. Цаашилбал, булцууг ургуулсаны дараа чип үйлдвэрлэхэд шаардагдах "эпи-бэлэн" гадаргууг олж авахын тулд цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг ашиглан зүсэж, өнгөлсөн байх ёстой.
Цахиурын карбидын хагас дамжуулагч нь илүү өндөр хүчдэл, өндөр температур, илүү хурдан шилжих хурдтай байдаг тул уламжлалт цахиураас давуу юм. Энэ нь тэдгээрийг Tesla болон бусад цахилгаан тээврийн хэрэгслийн цахилгаан инвертерүүдэд зайлшгүй шаардлагатай болгодог. EV-ийн зах зээл өргөжихийн хэрээр түүхий цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтагаас эхлээд бэлэн тэжээлийн модуль хүртэлх нийлүүлэлтийн сүлжээнд урьд өмнө байгаагүй хөрөнгө оруулалт, технологийн дэвшил гарч байна.
Аливаа үйлдвэрлэлийн үйл явцын нэгэн адил цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг үйлдвэрлэх, ашиглах нь байгаль орчинд сөрөг нөлөө үзүүлдэг. Ачесон процесс нь эрчим хүч их шаарддаг бөгөөд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг нэмэлт бүтээгдэхүүн болгон үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн үйлдвэрлэгчид нүүрстөрөгчийг шингээх технологийг хэрэгжүүлж, зуухаа тэжээхийн тулд сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрт шилжиж байна. Цаашилбал, зүлгүүрийн хувьд SiC-ийн удаан эдэлгээ, үр ашиг нь зөөлөн зүлгүүртэй харьцуулахад тодорхой ажлыг гүйцэтгэхэд бага материал шаардагдах бөгөөд нийт хог хаягдлын урсгалыг бууруулдаг.
Ажлын байрны аюулгүй байдлын хувьд цахиурын карбидыг "таагүй тоос" гэж үздэг. Хэдийгээр энэ нь хортой биш боловч бөөмсийн хурц шинж чанар нь тоосыг зохих ёсоор зайлуулах, хувийн хамгаалалтын хэрэгсэл (PPE) нь үйлдвэрлэлийн орчинд заавал байх ёстой гэсэн үг юм. Зөв зохистой харьцах нь энэ гайхалтай материалын ашиг тусыг ажиллах хүчний эрүүл мэндэд хор хөнөөл учруулахгүйгээр ашиглах боломжийг олгодог.
Сансар огторгуйн томоохон эд анги үйлдвэрлэгч саяхан уламжлалт хөнгөн цагааны исэл дугуйг ашиглахаас титан хайлшаар хийсэн турбины ирийг өнгөлгөөний зориулалттай цахиур карбидаар бүрсэн тууз, нунтаг болгон ашиглахад саяхан шилжсэн. Үр дүн нь мэдэгдэхүйц байв. Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтгийн дээд зэргийн хатуулаг, дулааны шинж чанарыг ашигласнаар нэг хутганы боловсруулалтын хугацаа 30%-иар буурч, зүлгүүрийн эдэлгээний хугацаа 20%-иар нэмэгдсэн байна.
SiC нунтагыг хурц зүсэх үйлдэл нь титаны гадаргууг "түрхэх"-ээс сэргийлдэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн гадаргуугийн согог, бүтцийн сул талуудад хүргэдэг зөөлөн зүлгүүрийн нийтлэг асуудал юм. Энэхүү кейсийн судалгаа нь өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбид руу шилжих нь аюулгүй байдлын чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн чанар, чанарт хэрхэн шууд нөлөөлж болохыг онцолж байна.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг худалдан авахдаа чанарын тууштай байдал нь хамгийн чухал хүчин зүйл юм. Аж үйлдвэрийн хэрэглэгчид иж бүрэн багцын шинжилгээний тайлан (BAR) эсвэл шинжилгээний гэрчилгээ (COA) өгдөг ханган нийлүүлэгчдийг хайх хэрэгтэй. Эдгээр баримт бичиг нь SiC агууламж, бөөмийн хэмжээ (PSD) болон хольцын түвшинг баталгаажуулах ёстой.
Цаашилбал, үр тарианы физик хэлбэр нь чухал юм. Зарим хэрэглээний хувьд бат бөх байхын тулд блоктой ширхэгийг илүүд үздэг бол заримд нь түрэмгий зүсэлт хийхэд хурц, зүү шиг үр тариа шаардлагатай байдаг. Мэргэжлийн ханган нийлүүлэгч нь хэрэглэгчийн тусгай машин, материалын шаардлагад нийцүүлэн нунтагыг оновчтой болгохын тулд төрөл бүрийн үр тарианы хэлбэр, гадаргуугийн боловсруулалтыг (дулааны боловсруулалт эсвэл химийн бүрэх гэх мэт) санал болгоно.
Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг ирээдүй нь "Гурван цахилгаанжуулалт" -аас үүдэлтэй гэрэл гэгээтэй харагдаж байна: тээврийн хэрэгслийг цахилгаанжуулах, сүлжээг цахилгаанжуулах, үйлдвэрлэлийн дулааныг цахилгаанжуулах. Дэлхийн үйлдвэрүүд илүү үр ашигтай, илүү хатуу материал руу шилжих тусам эдгээр материалыг хэлбэржүүлж, дуусгах SiC-ийн эрэлт хэрэгцээ улам бүр нэмэгдэх болно.
Инноваци нь нано хэмжигдэхүүнээр бас гарч байна. Нано цахиурын карбидын нунтагыг бэхжүүлсэн металл матрицын нийлмэл материал, дэвшилтэт керамик бүрээсэнд ашиглахаар судалж байна. Эдгээр материалууд нь ойрын хэдэн арван жилд бүтцийн инженерчлэлд хувьсгал хийж чадах урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй бат бөх жингийн харьцааг амлаж байна. Цахиурын карбид нь зөвхөн "нунтаглах тоос" байхаа больсон; энэ нь технологийн ирээдүйн суурь материал юм.
Дүгнэж хэлэхэд, цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг нь алмаазтай ойролцоо хатуулаг, онцгой дулаан дамжуулалт, химийн уян хатан чанараараа тодорхойлогддог үйлдвэрлэлийн ер бусын хэрэгсэл юм. Бид түүний химийн найрлагыг судалж, дээд түвшний гүйцэтгэлд шаардагдах өндөр цэвэршилтийн түвшинг тэмдэглэж, хэт өндөр температуртай орчинд гүйцэтгэх үүргийг онцолж буй механик гүйцэтгэлийг шалгасан. Хар SiC-тэй ширэмийг хүнд даацын нунтаглахаас эхлээд хагас дамжуулагчийг ногоон SiC-ээр нарийн өнгөлөх хүртэл энэ материалын олон талт байдал нь юутай ч зүйрлэшгүй юм. Хурц талст бүтэц, дулааны цохилтод тэсвэртэй гэх мэт давуу талууд нь үр ашиг, чанарын хувьд бодит үр өгөөжийг өгдөг. Аж үйлдвэрүүд, ялангуяа цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, сансар огторгуйн салбарт хөгжихийн хэрээр цахиурын карбид нь дэлхийн үйлдвэрлэлийн хэрэгслийн зайлшгүй хөрөнгө хэвээр байх болно.
1. Хар ба ногоон цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг хоёрын ялгаа юу вэ?
Хар цахиурын карбид нь бага зэрэг илүү хольц агуулдаг бөгөөд илүү хатуу тул цутгамал төмөр, чулуу зэрэг суналтын бат бөх материалд тохиромжтой. Ногоон цахиурын карбид нь өндөр цэвэршилттэй (ихэвчлэн >99%) бөгөөд илүү сэвсгэр байдаг тул вольфрамын карбид, оптик шил зэрэг хатуу материалыг нарийн нунтаглахад илүү тохиромжтой.
2. Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтагыг дахин ашиглаж болох уу?
Тийм ээ, элс цацах эсвэл тодорхой үелэх зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд SiC-ийг хэд хэдэн удаа сэргээж, дахин ашиглах боломжтой. Гэсэн хэдий ч энэ нь сэвсгэр байдаг тул тоосонцор нь хэрэглэх бүртээ бага хэмжээгээр задарч, эцэст нь анхны үзүүлэлтийнхээ үр нөлөөг алддаг.
3. Цахиурын карбид нь хөнгөн цагааны ислээс хатуу юу?
Тийм ээ, цахиурын карбид нь хөнгөн цагааны исэлээс хамаагүй хэцүү байдаг. Mohs масштабаар SiC 9.2-9.5, хөнгөн цагааны исэл 9.0 орчим байна. Энэ нь SiC нь илүү хатуу эсвэл илүү хэврэг материалыг огтлоход илүү сайн болгодог.
4. Цахиурын карбидын нунтаг аюултай юу?
SiC нь ерөнхийдөө хоргүй гэж тооцогддог бөгөөд хорт хавдар үүсгэгч гэж ангилдаггүй. Гэсэн хэдий ч ямар ч нарийн нунтагтай адил амьсгалах нь амьсгалын замын цочролыг үүсгэдэг. Хуурай нунтагтай харьцахдаа тогтмол агааржуулалтыг ашиглаж, тоосны маск эсвэл амьсгалын аппарат өмс.
5. Төсөлдөө зориулж нунтаглалтын зөв хэмжээг хэрхэн сонгох вэ?
Сонголт нь хүссэн өнгөлгөөнээс хамаарна. Доод ширхэгийн тоо (жишээ нь, F24, F36) нь бүдүүн бөгөөд материалыг хурдан арилгахад ашиглагддаг. Илүү өндөр тоосонцор (жишээ нь, F600, F1000) нь гөлгөр, толин тусгал мэт өнгөлгөө хийхэд ашиглагддаг. Ихэнхдээ төсөл нь том ширхэгээс нарийн ширхэгтэй үр тарианы дарааллыг шаарддаг.
6. Цахиурын карбидын зүлгүүрийн нунтаг хугацаа нь дуусдаг уу?
Үгүй ээ, цахиурын карбид нь химийн хувьд тогтвортой эрдэс бөгөөд хуурай, цэвэр орчинд хадгалвал хугацаа нь дуусахгүй, мууддаггүй. Хадгалах явцад анхаарах гол зүйл бол чийг шингээхээс сэргийлж, нунтаг бөөгнөрөхөд хүргэдэг.
.png)
