Les pols de poliment d'ultra-precisió són materials funcionals fonamentals clau per a la fabricació de-alta precisió. Durant molt de temps, les empreses estrangeres han monopolitzat la tecnologia bàsica per a pols d'alúmina polida d'alta-precisió i baix-dany-dany alt-, convertint-se en un coll d'ampolla crític que limita el desenvolupament independent i controlable de la cadena de subministrament de fabricació de precisió de la Xina. Les pols de poliment d'alúmina de producció nacional tradicional són majoritàriament partícules-esfèriques o en forma de bloc-de propòsit general. O bé pateixen una baixa eficiència, no compleixen els requisits de producció en massa, o bé produeixen micro-esgarrapades, boira, picadures i altres defectes a la superfície de la peça de treball, cosa que els fa inadequats per als estàndards de processament de substrats ultra-suaus, com ara hòsties, lents de safir i vidre tàctil-de gamma alta.
En aquest context, les pols de poliment d'alúmina en forma de-escama amb una micromorfologia única de placa hexagonal-han superat les limitacions de rendiment dels abrasius convencionals. Amb el seu distintiu mecanisme de poliment lliscant pla, les característiques de distribució uniforme de la tensió i els avantatges de poliment de baix-dany, han emergit com una classe important de materials en pols funcionals en el camp del polit d'ultra-precisió. A partir de les característiques microestructurals de l'alúmina en forma de-escama, aquest article analitza sistemàticament el seu mecanisme de poliment, els avantatges bàsics de rendiment i els escenaris d'aplicació generalitzats.
Avantatges únics de les pols de poliment d'alúmina en forma de-escama
Les pols de poliment d'alúmina en forma de-escama presenten -Al₂O₃ d'alta-puresa -Al₂O₃ com a fase cristal·lina del nucli, presentant una estructura d'escates-com a placa hexagonal regular amb una gran relació d'aspecte, que els distingeix dels abrasius tradicionals d'alúmina esfèrica o irregular-en forma de bloc. El seu mecanisme de poliment es basa en un micro-motllat lliscant uniforme pla, més que en el tall rígid de rodament dels abrasius convencionals. A partir d'aquest mecanisme, l'alúmina en forma de-escama ofereix els següents avantatges únics en el poliment:
01 Baix-Processament de danys
Durant el procés de polit, les característiques geomètriques planes de les partícules de floc permeten que s'alinein espontàniament paral·lelament a la superfície de la peça, formant un contacte extens cara-a- amb el substrat. En lloc del tall concentrat per vores i cantonades afilades, les partícules eliminen les protuberàncies microscòpiques, les capes d'òxid i els defectes de rebava mitjançant una eliminació de material suau, uniforme i mínima. Després del poliment, la superfície de la peça no presenta boira, no hi ha micro-esquerdes ocultes i una superfície extremadament plana.
02 Rendiment de mòlta estable
Durant el poliment, la pressió aplicada es distribueix uniformement per tota la superfície plana de les partícules de floc, la qual cosa no només evita la concentració d'estrès localitzada que pot provocar rascades aleatòries, micro-esquerdes i altres defectes de mecanitzat, sinó que també redueix significativament la probabilitat de fractura de partícules. La morfologia abrasiva es conserva millor durant tot el procés, assegurant un rendiment de micro-molt constantment estable.
03 Propietats fisicoquímiques estables i bona resistència al desgast
L'alúmina en forma de-escama manté una duresa Mohs de 9,0, la qual cosa la fa adequada per al polit fi de diversos materials durs i trencadissos com ara safir, carbur de silici, hòsties de silici i vidre òptic. També presenta resistència a altes temperatures, resistència a la corrosió àcid/àlcali i inercia química, sense provocar cap reacció química amb el substrat durant el poliment i sense contaminació secundària, cosa que el fa compatible amb diverses condicions de poliment complexes.
Preparació de pols de poliment d'alúmina en forma de-escama
En el sistema de procés de poliment d'ultra-precisió, la micromorfologia i l'estat estructural de la pols de poliment són factors clau que determinen el rendiment del poliment. Una pols de poliment ideal ha de tenir una estructura regular-com una placa hexagonal, lliure de partícules d'impureses irregulars, agulles- o fragmentades. Les superfícies de les partícules han de ser planes, les vores llises i lliures de rebaves afilades o defectes d'estella. Al mateix temps, la relació d'aspecte, com a paràmetre crític, s'ha de controlar dins d'un rang raonable-massa prima condueix a una duresa insuficient i una susceptibilitat a la flexió/fractura, mentre que massa gruixuda compromet l'avantatge del contacte pla. Això imposa requisits estrictes a la tecnologia de preparació de pols controlable.
Actualment, les principals tècniques de preparació de l'alúmina en forma de-escama inclouen el mètode de la sal fosa, el mètode de síntesi hidrotermal, el mètode de calcinació a alta-temperatura d'estat sòlid-i el mètode de sol-gel. Aquests quatre processos principals difereixen significativament en els mecanismes de creixement del cristall, les capacitats de control de la morfologia i el rendiment del producte, determinant directament la integritat de l'escamot, la uniformitat de la relació d'aspecte i el grau de puresa de la pols de poliment.
01 Mètode de sal fosa
El mètode de la sal fosa és el procés principal per a la producció a-escala industrial de pols de poliment d'alúmina-molt regulars en forma de flocs. Normalment, les sals d'alumini solubles (com el sulfat d'alumini) es barregen amb sals de baix punt de fusió-- (com el sulfat de sodi o el sulfat de potassi) i s'escalfen per formar una sal fosa, en la qual la font d'alumini es dissol, es difon i cristal·litza. Mitjançant el control de paràmetres com la temperatura, el temps i els additius, s'afavoreix el creixement de l'alúmina al llarg de plans de cristall específics per formar una estructura de flocs.
Aquest mètode inclou un procés senzill, una morfologia controlable-permet un control precís de la mida, el gruix i la relació d'aspecte-i una bona dispersibilitat, el que el fa adequat per a camps com el polit i els pigments nacarats que exigeixen un alt rendiment en pols. Actualment, l'alemanya Merck & Co. és un productor representatiu. Tanmateix, algunes sals foses (p. ex., sals que contenen fluor-) poden ser tòxiques i les substàncies volàtils poden corroir els equips del forn o contaminar el medi ambient. A més, calen passos posteriors a la-calcinació, com ara el rentat i la filtració d'aigua, per eliminar la sal fosa, generant aigües residuals i augmentant els costos ambientals.
Actualment, les empreses representatives que produeixen alúmina en forma de-escama utilitzant aquesta tecnologia inclouen l'alemanya Merck, tot i que com a fabricant de pigments nacarats-líder mundial, l'utilitzen principalment com a substrat per a pigments nacarats en cosmètics, recobriments d'automòbils i aplicacions similars. A la Xina, la Universitat de Minjiang també ha produït substrats de pigments perlats d'alúmina en forma de escama amb paràmetres de rendiment comparables als productes de Merck que utilitzen aquesta tecnologia i ha completat la preparació a escala de centenars de -quilos- i la validació del procés de producció en massa.
02 Mètode de sinterització-sòlid
A altes temperatures, les taxes de creixement dels diferents plans de cristalls de cristalls d'alúmina varien. El mètode de sinterització d'estat sòlid implica la sinterització d'alta-temperatura de precursors d'alúmina (com l'hidròxid d'alumini o la pols d'alúmina) amb l'addició d'additius per regular les taxes de creixement de diferents plans cristal·lins, produint així alúmina en forma de{{3}escama. Normalment, els additius que contenen fluor-reaccionen amb el precursor d'alúmina per formar compostos intermedis gasosos. Aquests compostos s'adsorbeixen menys al pla cristal·lí (0001), provocant un creixement més lent al llarg de l'eix c-, mentre que el pla cristal·lí (1010) creix relativament més ràpid, afavorint l'expansió plana del cristall i, finalment, formant una morfologia d'escama.
Aquest mètode ofereix un baix cost i una alta eficiència, el que el fa adequat per a la producció a gran-escala. Actualment, la sèrie PWA de -Al₂O₃ calcinada de la japonesa Fujimi Corporation, la sèrie WCA d'escates -Al₂O₃ de la Micro Abrasives Corporation dels Estats Units i la placa CeramNex™ AP10 de la japonesa DIC Corporation-com tots es produeixen utilitzant aquest mètode d'{{6}₃Al₃. Tanmateix, com que la sinterització tendeix a provocar aglomeracions i els additius poden introduir impureses, els productes d'aquest mètode s'utilitzen principalment com a materials de poliment d'ús general-.