Нарийвчлалтай боловсруулах үйлдвэрт поликристалл алмазан компакт (PDC)-ийн хэрэглээний гүнзгий шинжилгээ

Хураангуй

Алмазан композит гэгддэг Поликристалл Алмазан Компакт (PDC) нь онцгой хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдал, дулааны тогтвортой байдлын ачаар нарийн боловсруулалтын салбарт хувьсгал хийсэн. Энэхүү өгүүлэлд PDC-ийн материалын шинж чанар, үйлдвэрлэлийн процесс, нарийн боловсруулалтын дэвшилтэт хэрэглээний талаар гүнзгий дүн шинжилгээ хийсэн болно. Хэлэлцүүлэгт өндөр хурдтай зүсэлт, хэт нарийвчлалтай нунтаглалт, бичил боловсруулалт, сансрын эд анги үйлдвэрлэхэд түүний үүргийг авч үзнэ. Нэмж дурдахад, үйлдвэрлэлийн өндөр өртөг, хэврэг байдал зэрэг бэрхшээлүүдийг PDC технологийн ирээдүйн чиг хандлагын хамт авч үзсэн болно.

1. Оршил

Нарийвчлалтай боловсруулалт нь микрон түвшний нарийвчлалд хүрэхийн тулд дээд зэргийн хатуулаг, бат бөх чанар, дулааны тогтвортой байдлыг шаарддаг. Вольфрамын карбид, өндөр хурдтай ган зэрэг уламжлалт багажны материалууд нь хэт хүнд нөхцөлд ихэвчлэн дутагдалтай байдаг тул Polycrystalline Diamond Compact (PDC) зэрэг дэвшилтэт материалыг нэвтрүүлэхэд хүргэдэг. Синтетик алмазан дээр суурилсан PDC нь керамик, нийлмэл, хатуурсан ган зэрэг хатуу, хэврэг материалыг боловсруулахад хосгүй гүйцэтгэлийг үзүүлдэг.

Энэхүү өгүүлэлд PDC-ийн үндсэн шинж чанарууд, үйлдвэрлэлийн техник, нарийн боловсруулалтад үзүүлэх өөрчлөлтийн нөлөөллийг судалсан болно. Цаашилбал, PDC технологийн өнөөгийн бэрхшээлүүд болон ирээдүйн дэвшлийг судалсан болно.

2. PDC-ийн материалын шинж чанарууд

PDC нь өндөр даралттай, өндөр температурын (HPHT) нөхцөлд вольфрамын карбидын суурьтай холбогдсон поликристал алмааз (PCD) давхаргаас бүрдэнэ. Гол шинж чанарууд нь:

2.1 Хэт хатуулаг ба элэгдэлд тэсвэртэй байдал

Алмаз бол хамгийн хатуу материал (Мохсын хатуулаг 10) тул PDC нь зүлгүүрийн материалыг боловсруулахад тохиромжтой.

Элэгдэлд тэсвэртэй чанар нь багажны ашиглалтын хугацааг уртасгаж, нарийн боловсруулалтын үед ажиллах хугацааг багасгадаг.

2.2 Өндөр дулаан дамжуулалт

Үр ашигтай дулаан ялгаруулалт нь өндөр хурдтай боловсруулалтын үед дулааны деформаци үүсэхээс сэргийлдэг.

Багажны элэгдлийг бууруулж, гадаргуугийн өнгөлгөөг сайжруулна.

2.3 Химийн тогтвортой байдал

Төмөр болон төмөрлөг бус материалуудтай химийн урвалд тэсвэртэй.

Зэврэлт ихтэй орчинд багаж хэрэгслийн эвдрэлийг багасгадаг.

2.4 Хугарлын бат бөх чанар

Вольфрамын карбидын суурь нь цохилтын эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж, хагарал, эвдрэлийг бууруулдаг.

3. PDC-ийн үйлдвэрлэлийн үйл явц

PDC үйлдвэрлэх нь хэд хэдэн чухал алхмуудыг агуулдаг:

3.1 Алмазан нунтаг нийлэгжилт

Синтетик алмазан хэсгүүдийг HPHT эсвэл химийн уурын тунадасжуулалт (CVD) аргаар гаргаж авдаг.

3.2 Шахмалжуулах үйл явц

Алмазан нунтагыг вольфрамын карбидын суурь дээр хэт өндөр даралт (5-7 ГПа) болон температур (1,400-1,600°C) дор хайлуулдаг.

Металл катализатор (жишээ нь, кобальт) нь алмаз-алмаз холбоог хөнгөвчилдөг.

3.3 Боловсруулалтын дараах үйл явц  

Лазер эсвэл цахилгаан цэнэг алдалтын боловсруулалт (EDM) нь PDC-г зүсэх хэрэгсэл болгон хэлбэржүүлэхэд ашиглагддаг.

Гадаргуугийн боловсруулалт нь наалдацыг сайжруулж, үлдэгдэл стрессийг бууруулдаг.

4. Нарийвчлалтай боловсруулахад хэрэглэх зүйлс

4.1 Төмөр бус материалыг өндөр хурдаар зүсэх

PDC хэрэгслүүд нь хөнгөн цагаан, зэс, нүүрстөрөгчийн шилэн композитуудыг боловсруулахад онцгой сайн.

Автомашины (поршений боловсруулалт) болон электроникийн (PCB тээрэмдэх) хэрэглээ.

4.2 Оптик эд ангиудыг хэт нарийвчлалтай нунтаглах

Лазер болон дурангийн линз, толь үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Микроноос бага гадаргуугийн барзгаржилтыг бий болгодог (Ra < 0.01 µm).

4.3 Эмнэлгийн хэрэгслийн бичил боловсруулалт

PDC бичил өрөм болон төгсгөлийн тээрэм нь мэс заслын багаж хэрэгсэл болон имплантад нарийн төвөгтэй шинж чанарыг бий болгодог.

4.4 Агаарын тээврийн эд ангийн машин механизм  

Титан хайлш болон CFRP (нүүрстөрөгчийн шилэн арматуртай полимер)-ийг багажны элэгдэл багатайгаар боловсруулах.

4.5 Дэвшилтэт керамик ба хатууруулсан ган боловсруулалт

PDC нь цахиурын карбид болон вольфрамын карбидыг боловсруулахад куб борын нитрид (CBN)-ээс илүү сайн ажилладаг.

5. Сорилт ба хязгаарлалтууд

5.1 Үйлдвэрлэлийн өндөр зардал

HPHT синтез болон алмазан материалын зардал нь өргөн хэрэглээг хязгаарладаг.

5.2 Тасалдсан зүсэлтийн хэврэг байдал

PDC багажнууд нь тасралтгүй гадаргууг боловсруулах үед хагарах хандлагатай байдаг.

5.3 Өндөр температурт дулааны доройтол

Графитжилт нь 700°C-аас дээш температурт явагддаг бөгөөд энэ нь төмрийн материалыг хуурай аргаар боловсруулахад ашиглахыг хязгаарладаг.

5.4 Хар металлтай хязгаарлагдмал нийцтэй байдал

Төмөртэй химийн урвал нь элэгдлийг хурдасгахад хүргэдэг.

6. Ирээдүйн чиг хандлага ба инноваци  

6.1 Нано бүтэцтэй PDC

Нано-алмазын үр тариаг оруулах нь бат бөх, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлдэг.

6.2 Холимог PDC-CBN хэрэгслүүд

Хар металл боловсруулахад PDC-г куб борын нитрид (CBN)-тэй хослуулах.

6.3 PDC багаж хэрэгслийн нэмэлт үйлдвэрлэл  

3D хэвлэх нь захиалгат боловсруулалтын шийдлүүдэд зориулсан нарийн төвөгтэй геометрийг бий болгодог.

6.4 Дэвшилтэт бүрхүүлүүд

Алмазан төст нүүрстөрөгчийн (DLC) бүрээс нь багажны ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.

7. Дүгнэлт

PDC нь өндөр хурдтай зүсэлт, хэт нарийвчлалтай нунтаглалт, бичил боловсруулалтад харьцуулшгүй гүйцэтгэлийг санал болгож, нарийн боловсруулалтад зайлшгүй шаардлагатай болсон. Өндөр өртөг, хэврэг байдал зэрэг бэрхшээлүүд байгаа хэдий ч материалын шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн технологийн тасралтгүй дэвшил нь түүний хэрэглээг цаашид өргөжүүлэх амлалт өгч байна. Нано бүтэцтэй PDC болон эрлийз багажны загвар зэрэг ирээдүйн инновациуд нь дараагийн үеийн боловсруулалтын технологид түүний үүргийг бататгах болно.