Täppiskeraamilised komponendid pooljuht- ja metroloogiaseadmetele: alumiiniumoksiid, ränidioksiid ja räninitriidi rakendused

Graniit pälvib enim tähelepanu ülitäpsete masinate projekteerimisel, kuid üha suurem osa kaasaegsete pooljuht- ja metroloogiaseadmete jõudlusest pärineb insenerkeraamikast. Kui disain vajab elektriisolatsiooni, äärmist kulumiskindlust, suurt jäikust väikese kaalu juures või stabiilsust termilise šoki korral, ületab täiustatud keraamika metallide ja sageli graniidi oma spetsiifilise rolli. Seadmete valmistajad, kes juba ehitavad graniidist alustele, määravad nende peale üha enam keraamilisi sisetükke, juhikuid ja laagreid. Selles artiklis võrreldakse kolme töömaterjali, alumiiniumoksiidi, ränikarbiidi ja räninitriidi, näidatakse, kus igaüks neist oma koha teenib, ja kirjeldatakse tüüpilisi neist valmistatud täppiskeraamilisi komponente koos praktiliste juhistega kohandatud osade tellimiseks joonistamiseks.

Kolm materjali, kolm erinevat tugevust

Ükski keraamika pole kõige parem ja esimene inseneriotsus on materjali sobitamine tööülesandega. Alljärgnev võrdlus võtab kokku, kuidas kolm levinud struktuurkeraamikat praktikas erinevad. Väärtused sõltuvad klassist ja tootjast, seega käsitlege tabelit pigem valikujuhise kui andmelehena.

Alumiiniumoksiid on vaikimisi valik ja see hõlmab kõige laiemat valikut rakendusi. See on suurepärane elektriisolaator, talub libiseva kontakti ja abrasiivsete osakeste kulumist, hoiab peent lapitud pinda ja maksab oluliselt vähem kui ülejäänud kaks keraamikat. Vahetükkide, kulumispatjade, mõõtepindade ja üldiste konstruktsiooniosade isoleerimiseks on alumiiniumoksiid tavaliselt õige esimene vastus. Selle soojuspaisumine on mõõdukalt kõrgem kui SiC, nii et segamaterjalist koostudes tuleks liides kujundada seda erinevust silmas pidades.

Ränikarbiid määratakse kindlaks, kui domineerivad jäikus ja termiline käitumine. Selle elastsusmoodul on kõigist tehnilistest materjalidest üks kõrgemaid, mis tähendab, et SiC osa paindub sama koormuse korral vähem või saavutab sama jäikuse väiksema kaalu korral. Selle soojusjuhtivus on keraamika puhul kõrge, samas kui selle paisumine on väga väike, nii et ränikarbiidi komponendid säilitavad geomeetria läbi võimsustsüklite ja on loomulikud partnerid graniitkonstruktsioonidele, mille laienemisele nad lähenevad. Kompromissideks on alumiiniumoksiidist kõrgem tihedus, räninitriidist madalam purunemiskindlus ning paagutamise ja lihvimise raskustest tingitud kõrgem hind. Peegelkonstruktsioonid, suure kiirenduse etappide õhkkandvad komponendid ja täppiskonstruktsiooniosad on klassikalised ränikarbiidi rakendused.

Räninitriid on sitkuse spetsialist. See talub termilist šokki ja löögikoormust, mis purustaks ülejäänud kaks keraamikat, mis sobib sellega küttega seotud riistvara jaoks, osade käsitsemiseks, mis näevad kiireid temperatuurimuutusi, ja komponente, mille purunemine oleks pigem katastroofiline kui lihtsalt ebamugav. Si3N4-st valmistatud veerepallid on tööpinkide spindlite ja täppisastmete hübriidlaagrite standardvarustuses. Kui töötsükkel sisaldab kontakti, lööke või järske termilisi gradiente, õigustab SiN oma lisatasu.

Tüüpilised täppiskeraamilised komponendid

Samad kolm materjali esinevad pooljuht- ja metroloogiaseadmetes äratuntavas osade perekonnas.

Keraamilised õhklaagrid ja õhklaagripadjad on üks nõudlikumaid rakendusi. Keraamiline õhklaager ühendab õhukile hõõrdumiseta liikumise keraamilise korpuse stabiilsusega ning keraamika lisab kaks konkreetset eelist: liikuvate ja fikseeritud osade vaheline elektriisolatsioon ning korrosioonikindlus puhtas ruumis. SiC ja poorse alumiiniumoksiidi klasse kasutatakse seal, kus laager ise reguleerib õhujaotust. Vahvlite käsitsemise ja kontrollimisetappide puhul väldivad keraamilised õhukomponendid osakeste teket ja määrdeainete saastumist, mida metalllaagrid ei suuda täielikult kõrvaldada.

CMM-i ja mõõtemasinate keraamilised juhikud on teine ​​​​suur perekond. Lapitud keraamilised juhtsiinid ja võrdluspinnad ühendavad kulumiskindluse väikese massiga, mis vähendab kelgu liikumisinertsust ja võimaldab kiiremaid mõõtmistsükleid võrdse veojõu juures. Täppiskeraamiline juhik töötab ka vaikselt ja säilitab oma pinnakarakteri aastaid, sest pole midagi roostetada ja vähe kuluda.

Ülejäänud ümbriku täidavad keraamilised konstruktsiooniosad: ruudukujulised torud ja talad kergete jäikade raamide jaoks, tööriistaplaadid ja kinnituselemendid, kuumade tsoonide ja täppiskonstruktsioonide vahelised isoleerivad eraldused ning kronsteinid, mis ei tohi mõõterada moonutada. Pooljuhtkambrites ja vahvlite töötlemise seadmetes on alumiiniumoksiidi konstruktsiooniosad standardsed kõikjal, kus plasma, kemikaalid või kõrgepinge rünnata metalli.

Keraamilised mõõtekomponendid täiendavad komplekti. Alumiiniumoksiidist või ränikarbiidist valmistatud ruudud, sirgjooned, gabariidiplokid ja võrdluspinnad teenindavad laboreid, mis vajavad isoleeritud, kulumisvabu viiteid, mille termiline käitumine on sobitatud graniitplaatidega, millel neid kasutatakse. Graniitpinnaplaadil kasutatav keraamiline ruut moodustab peaaegu paisumisega sobitatud paari, nii et kalibreerimine kehtib tavaliste toatemperatuuri kõikumiste korral.

Miks siduda keraamikat graniitkonstruktsioonidega

Paljud parimad masinakujundused kasutavad mõlemat materjali, kus kumbki on tugevaim. Graniidist alus tagab massiivse, summutatud ja mõõtmete poolest rahuliku aluse; keraamilised komponendid tagavad isoleeritud, kulumisvabad, kerged elemendid peal. Eelkõige paisub ränidioksiid graniidile lähedase kiirusega, nii et graniitstruktuuridesse liimitud või poltidega kinnitatud keraamilised sisetükid püsivad temperatuuri muutudes mehaanilises harmoonias. See hübriidne lähenemine on nüüd levinud CMM-arhitektuurides, vahvlikontrolli etappides ja lasersüsteemides ning on praktiline põhjus valida tarnija, kes toodab mõlemat materjali ühe katuse all, sest liideseid saab omavahel kokku lappida ja sobitada, mitte kahe müüja vahel kokku leppida.

Kohandatud keraamiliste osade tellimine joonistamiseks

Täppiskeraamilised osad on peaaegu alati kohandatud. tolerantsid, lapitud pinnad, augud ja vahetükid tuleb planeerida enne paagutamist ja lihvimist, sest keraamikat töödeldakse teemanttööriistaga ja ümbertöötamine on kulukas. Sujuv tellimisprotsess näeb välja järgmine: saadate joonise, ideaaljuhul kui STEP või IGES tahke mudeli jaoks, pluss DWG või PDF tolerantside, märkuste ja pinnaviimistluse viitetekstide jaoks; Tootja vaatab materjali valiku üle kohustuse suhtes, kinnitab paagutamise kokkutõmbumisvarusid ja jahvatatavaid omadusi ning tagastab hinnapakkumise, milles on märgitud kõik lubatud hälbed ja kontrollimeetod. Kaks praktilist nõuannet lühendavad silmust. Esiteks märkige, millised pinnad on funktsionaalsed ja millised kosmeetilised, sest iga näo lappimine, kui ainult kaks ainet korrutab, maksab. Teiseks märgistage selgesõnaliselt kõik elektri- või soojusnõuded, kuna materjaliklassi valik sõltub sageli nendest.

Ostjad küsivad mõnikord, kas keraamikat saab kombineerida metalldetailidega nii, nagu seda teevad graniidist osad. Jah, teatud piirides: keermestatud metallist sisetükke saab ühendada keraamiliste korpustega ja terasest või titaanist liitmikud kinnitatakse tavaliselt liimide või mehaanilise kinnitusega, mis on ette nähtud keraamika väiksema sitkuse jaoks. Projekti ülevaates märgitakse ära, kus metallist sisestus muudab kohalikku jäikust või termilist rada, seega tasub need nõuded saata koos esimese joonisega.

Kvaliteetsed tõendid, mida küsida

Keraamika on määratletud klasside kaupa ja sama nimega klassid võivad tarnijateti väga erineda. Enne tellimist küsige hinnapakkumise taga olevat materjali andmelehte, mis sisaldab tegeliku klassi tihedust, paindetugevust, elastsusmoodulit ja soojuspaisumist. Täppisosade puhul taotlege mõõtmete kontrollimise aruannet lapitud pindade tasasuse ja paralleelsuse väärtustega, mis on mõõdetud kindlaksmääratud temperatuuril, ning kinnitage, kuidas lihvimise ajal peeti tugipunkte. Tarnijad, kes mõõdavad tarnimist, esitavad need dokumendid tavapraktikana ja aruannetest saab teie sissetuleva kontrolli ja tulevaste kordustellimuste lähtepunkt.

Saatke oma joonis pakkumise saamiseks

Kui teie seade vajab alumiiniumoksiidist isoleerivaid ja kuluvaid osi, SiC konstruktsioonikomponente või SiN riistvara termošoki tööks, saatke meile oma joonised STEP, IGES või DWG formaadis koos töökirjeldusega: koormus, temperatuur, keskkond ja täpsus, mida detail peab hoidma. Valmistametäppiskeraamilised komponendidsealhulgas õhklaagrid, juhikud, konstruktsiooniosad ja mõõteviited ning toodame karänikarbiidi komponendidkõrgeima jäikusega rakenduste jaoks koos graniitkonstruktsioonidega, mille külge need kinnitatakse. Meie insenerid vaatavad joonised üle, soovitavad materjali klassi ja lubatud hälbeid ning tagastavad pakkumise koos tarneajaga, tavaliselt mõne tööpäeva jooksul. Teie joonise järgi valmistamine on meie tavapraktika ja joonise ülevaatus on tasuta.