تعتمد جودة الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد على المسحوق
كمواد خام، تُحدد جودة مسحوق المعدن جودة المنتج النهائي إلى حد كبير. وبشكل عام، تُعدّ نظافة المسحوق وشكله وتوزيع حجم جسيماته من العوامل الرئيسية التي تُعيق أداء تشكيل القطع.
يؤثر شكل المسحوق بشكل مباشر على الكثافة الظاهرية والسيولة، مما يؤثر بدوره على عملية تغذية المسحوق ونشره والأداء النهائي للقطع. في التصنيع الإضافي بدمج طبقة المسحوق، تُوزّع آلية نشر المسحوق جسيمات المسحوق بالتساوي في منطقة التشكيل، وتُعدّ السيولة الجيدة مفتاح الحصول على طبقة مسحوق متجانسة ومسطحة. تتميز المساحيق الكروية وشبه الكروية بسيولة جيدة وكثافة ظاهرية عالية وبنية موحدة، وهي مساحيق المواد الخام المُفضّلة للتصنيع الإضافي بدمج طبقة المسحوق.
ومع ذلك، في حال وجود مسحوق مجوف ومسحوق تابع في المساحيق الكروية وشبه الكروية، سينخفض الأداء النهائي للقطع. يشكل المسحوق المجوف نسبة أعلى في المساحيق التي يزيد حجم جسيماتها عن 70 ميكرومتر، مما يُسبب عيوبًا مثل المسام في الأجزاء المُشكّلة والتي يصعب إزالتها؛ كما يُقلل المسحوق المُضاف من سيولة المسحوق ويُعيق تراكمه المُنتظم أثناء نشر طبقات المسحوق المُستمرة، مما يُسبب عيوبًا في الأجزاء. لذلك، ينبغي أن تُقلل مساحيق المعادن المُستخدمة في التصنيع الإضافي المُدمج لطبقة المسحوق من نسبة المسحوق المجوف والمسحوق المُضاف في المواد الخام المسحوقية.
يُستخدم توزيع حجم جسيمات المسحوق لتوصيف تركيب وتغيرات الجسيمات ذات الأحجام المُختلفة في نظام جسيمات المسحوق، وهو مُعامل مُهم يُستخدم لوصف خصائص جسيمات المسحوق.
يؤثر حجم جسيمات المسحوق بشكل مُباشر على جودة نشر المسحوق، وسرعة التشكيل، ودقة التشكيل، والاتساق التنظيمي لعملية التصنيع الإضافي. يختلف حجم جسيمات المسحوق المُختار باختلاف العمليات. بشكل عام، تختار تقنية الصهر الانتقائي بالليزر (SLM) مساحيقًا يتراوح حجم جسيماتها بين 15 و45 ميكرومتر، بينما تختار تقنية الصهر الانتقائي بشعاع الإلكترون (SEBM) مساحيقًا يتراوح حجم جسيماتها بين 45 و106 ميكرومتر.
من منظور الديناميكا الحرارية والحركية، كلما صغر حجم جسيمات المسحوق، زادت مساحة سطحها النوعية وزادت قوة التلبيد، أي أن جسيمات المسحوق الصغيرة تُسهّل تشكيل القطع. مع ذلك، فإن استخدام مساحيق ذات جسيمات دقيقة جدًا يُقلل من سيولتها وكثافتها الرخوة وموصليتها الكهربائية، كما يُضعف قابليتها للتشكيل، ويُصبح التكور أكثر عرضة للظهور أثناء عملية الطباعة. كما أن حجم جسيمات المسحوق الخشن جدًا يُقلل من نشاط التلبيد، وتجانس توزيعه، ودقة تشكيله.
لذلك، ووفقًا لمتطلبات أداء الأجزاء النهائية، يتم مطابقة المساحيق الخشنة والناعمة بشكل صحيح لتحسين الكثافة الظاهرية وسيولة المساحيق، مما يُسهّل التصنيع الإضافي لدمج فراش المسحوق. ويعتقد الباحثون أنه في ظل النطاق العام لحجم الجسيمات لعملية التصنيع الإضافي لدمج فراش المسحوق بالليزر، فإن استخدام توزيع أوسع لحجم الجسيمات يمكن أن يزيد من ملء الجسيمات الصغيرة في الفجوات بين الجسيمات الكبيرة، ويحسن كثافة فراش المسحوق أثناء عملية وضع المسحوق.
من واقع البحث الحالي حول تأثير التغيرات في خصائص المسحوق على جودة التشكيل، تؤثر التغيرات في حجم المسحوق وشكله وحالة سطحه على انتشار المسحوق وجودة تشكيله. من حيث كثافة التشكيل، يمكن أن يؤدي التوزيع المعقول لحجم الجسيمات، وزيادة الكروية، وانخفاض التماسك بين الجسيمات إلى تحسين الكثافة السائبة وجودة انتشار المسحوق، وتقليل عدد المسام والعيوب غير المندمجة في عينة التشكيل، وتحسين كثافة التشكيل.
التعديل - جعل الألومينا النانوية أكثر مثالية
النانو ألومينا نوع جديد من المواد غير العضوية الدقيقة عالية الأداء. منذ إنتاج مسحوق النانو ألومينا في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، تعمق فهم الناس لهذه المادة عالية التقنية، واكتشفوا العديد من خصائصها، مثل الصلابة العالية، والقوة العالية، ومقاومة الحرارة، ومقاومة التآكل، وغيرها من الخصائص الممتازة. لذلك، تُستخدم على نطاق واسع في صناعات الفضاء، والدفاع الوطني، والصناعات الكيميائية، والإلكترونيات الدقيقة، وغيرها من المجالات.
في التطبيقات العملية للنانو ألومينا، لطالما كان تعديل المسحوق عملاً بالغ الأهمية.
لماذا يتم تعديله؟
أولاً، نظرًا لخصائص النانو ألومينا المتعددة، يسهل تكتلها نظرًا لصغر حجم جسيماتها وطاقتها السطحية العالية. إذا كانت ظاهرة التكتل خطيرة بشكل خاص، فسيكون لها تأثير كبير على خصائص الألومينا النانوية.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الألومينا النانوية كغشاء حيوي في الأبحاث الطبية المتعلقة بالأدوية البيولوجية، إلا أن الشحنة السطحية للبلورة ذات الشحنة السطحية المتوازنة تكون غير موزعة بالتساوي بسبب وجود عيوب شبكية. يؤدي تراكم عيوب الشحنة السطحية ومساحات الشحنة الفراغية على مستوى الميكرون إلى عزم ثنائي القطب يشبه الشبكة. عند ملامسة المواد البيولوجية لسطح هذه المساحيق، يحدث تخصيب، مما يؤدي إلى انسداد المسام وتلوث الأغشية.
علاوة على ذلك، تُستخدم خاصية العزل والمتانة العالية للألومينا كحشوات في مواد مثل الطلاء والمطاط لتحسين صلابتها وعزلها ومرونتها ومقاومتها للتآكل. ومع ذلك، فإن الألومينا مادة قطبية وتوافقها ضعيف مع المواد البوليمرية غير القطبية.
لذلك، حظي تعديل سطح الألومينا باهتمام كبير.
يشير تعديل السطح إلى المعالجة السطحية للجسيمات الصلبة بالطرق الفيزيائية أو الكيميائية، أي عملية تغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية ومورفولوجيا سطح الجسيم بشكل مقصود وفقًا لاحتياجات التطبيق. في الوقت الحاضر، هناك طريقتان عمليتان للتعديل. تُسمى الطريقة الأولى بالتعديل العضوي السطحي لأنها تستخدم بشكل رئيسي مُعدّلات عضوية، أما الطريقة الثانية فهي تعديل الطلاء غير العضوي أو تعديل طلاء السطح.
التعديل العضوي السطحي
يهدف التعديل العضوي السطحي لجزيئات المسحوق فائقة الدقة إلى جعل سطح الجسيمات كارهًا للماء من خلال ربط المجموعات العضوية المقابلة، مما يُحسّن أداء التشتت والتوافق السطحي في المواد العضوية مثل الراتنجات والمطاط والدهانات، وبالتالي يُحسّن عملية معالجة المنتج والخصائص الشاملة لميكانيكا المواد المركبة. تُصنف المُعدّلات، وفقًا لنوع التركيب الكيميائي، إلى أحماض دهنية عالية أو أملاحها، وأحماض دهنية منخفضة، وعوامل اقتران.
(1) تعديل الطلاء الفيزيائي
تعديل الطلاء الفيزيائي أو تعديل معالجة الطلاء هو طريقة استخدام المواد العضوية (سواء كانت بوليمرًا، أو راتنجًا، أو مادة خافضة للتوتر السطحي، أو مركبًا بوليمريًا قابلًا للذوبان في الماء أو الزيت، أو صابونًا حمضيًا دهنيًا، إلخ) لتغطية سطح الجسيمات لتحقيق الغرض من التعديل. إنها عملية تهدف ببساطة إلى تعديل سطح الجسيمات.
(٢) التعديل الكيميائي للسطح
يُجرى التعديل الكيميائي للسطح عن طريق التفاعل الكيميائي أو الامتزاز الكيميائي بين مُعدّل السطح وسطح الجسيم. وهو أكثر طرق التعديل استخدامًا في الإنتاج.
(٣) التعديل بالتطعيم
التعديل بالتطعيم هو عملية تعديل تُدخل فيها أوليفينات أحادية أو بولي أوليفينات إلى سطح المسحوق تحت ظروف إثارة خارجية معينة. في بعض الأحيان، يلزم إثارة أوليفين أحادي بعد الإدخال لبلمرة أوليفين أحادي المونمر الملتصق بالسطح.
تعديل طلاء السطح
يشير تعديل طلاء السطح إلى تقنية التعديل التي تعتمد على طلاء سطح جسيمات مسحوق الألومينا فائقة الدقة بشكل موحد بجسيمات صلبة أصغر أو أغشية صلبة، مما يُغير تركيب السطح وبنيته ومظهره ووظيفته الأصلية.
وفقًا لبيئة وشكل تفاعل الطلاء، وطبيعة وطريقة الطلاء المُعدّل بين الجسيمات، تُقسّم طرق تعديل طلاء السطح إلى: الترسيب الكيميائي، وطلاء التحلل المائي، والسول-جيل، وتبخير المذيب، والميكانيكا الكيميائية، والطور الغازي. الطرق الثلاث الأولى هي تفاعلات محلولية، أي ترسيب محلول الملح الذائب بعوامل الترسيب والتحلل المائي، ثم طلاؤه على سطح مسحوق الجسيمات المراد تعديله.
ما هي مميزات استخدام كبريتات الباريوم الحشوية الممتازة في تعديل النايلون؟
كبريتات الباريوم، المعروفة أيضًا باسم الباريت، مركب غير عضوي عديم اللون والرائحة وغير سام، صيغته الكيميائية BaSO4. يتميز بكثافته العالية وبياضه العالي وثباته الكيميائي الجيد ومقاومته للأحماض والقلويات، كما أنه غير قابل للذوبان في الماء ومعظم الأحماض. هذه الخصائص تجعل كبريتات الباريوم مستخدمة على نطاق واسع في العديد من المجالات الصناعية، وخاصةً في مجال تعديل البلاستيك، وخاصةً في تعديل النايلون (PA)، حيث تتميز كبريتات الباريوم بمزايا فريدة.
يُستخدم النايلون، باعتباره مادة بوليمرية تتميز بخواص ميكانيكية ممتازة، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للأحماض والقلويات، وقدرته على التشحيم الذاتي، على نطاق واسع في العديد من المجالات الصناعية. ومع ذلك، فإن عيوب النايلون، مثل امتصاصه العالي للماء وضعف ثباته البعدي، تحد من نطاق تطبيقاته. لذلك، من المهم جدًا تعديل النايلون لتحسين أدائه. بصفته حشوًا محايدًا، تلعب كبريتات الباريوم أدوارًا متعددة في تعديل النايلون، مثل التقوية والصلابة وتحسين اللمعان.
تأثير التعزيز
باعتبارها مادة مالئة غير عضوية، يُمكن لإضافة كبريتات الباريوم أن تُحسّن بشكل ملحوظ من صلابة (معامل) وصلابة النايلون، وهي مناسبة للأجزاء الصناعية التي تتطلب معامل مرونة عاليًا (مثل التروس والمحامل). تُظهر النتائج التجريبية ذات الصلة أنه مع زيادة محتوى كبريتات الباريوم النانوية، يتحسن معامل الانحناء ومعامل الشد للنايلون. وبشكل خاص، عندما تصل نسبة كتلة كبريتات الباريوم النانوية إلى قيمة معينة (مثل 3%)، تصل الخواص الميكانيكية للنايلون إلى أفضل حالاتها. ويعود هذا التأثير التعزيزي بشكل رئيسي إلى صلابة كبريتات الباريوم وتماسكها الجيد مع مصفوفة النايلون.
ثبات الأبعاد: يُقلل من انكماش وتشوه النايلون أثناء المعالجة أو الاستخدام، ويُحسّن من دقة الأبعاد.
درجة حرارة التشوه الحراري (HDT): عن طريق الحد من حركة سلاسل البوليمر، يُحسّن الاستقرار الحراري للمواد، ويُوسّع نطاق استخدام النايلون في بيئات ذات درجات حرارة عالية (مثل أجزاء محركات السيارات).
تأثير التقوية
بالإضافة إلى تأثير التقوية، يُمكن لكبريتات الباريوم أن تُعزز صلابة النايلون. يُشكل التفاعل بين جزيئات كبريتات الباريوم النانوية ومصفوفة النايلون طبقة انتقالية مرنة، تُنقل وتُخفف الضغط على السطح البيني بفعالية، مما يُمتص ويُشتت طاقة التأثير الخارجية، ويُحسّن متانة المادة. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه عند زيادة محتوى كبريتات الباريوم إلى حد معين، ينخفض أداء المادة بسبب حدوث التكتل.
لمعان مُحسّن
تتميز كبريتات الباريوم بقدرة انعكاسية قوية للضوء في نطاقات الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء، مما يُمكّنها من إظهار سطوع عالٍ في تركيبات تلوين البلاستيك. عند اختيار كبريتات الباريوم ذات حجم جسيمات مناسب لملء النايلون، يُمكن تحسين لمعان سطح المنتجات المُعالجة بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، يُشبه معامل انكسار كبريتات الباريوم معامل انكسار البوليمرات مثل النايلون، مما يُمكّنها من الحفاظ على سطوع ولون صبغة التلوين.
التطبيق العملي
في التطبيقات العملية، عادةً ما تُوزّع كبريتات الباريوم بالتساوي في مصفوفة النايلون على شكل نانومترات عن طريق المزج بالصهر. تستفيد هذه الطريقة من تأثير الحجم، ومساحة السطح النوعية الكبيرة، وقوة التداخل القوية لكبريتات الباريوم النانوية، وتجمع بشكل مثالي بين صلابة كبريتات الباريوم وثباتها البعدي وثباتها الحراري، ومتانة النايلون وقابليته للمعالجة وخواصه العازلة، مما يُحقق أداءً شاملاً ممتازًا.
أظهرت كبريتات الباريوم تحسنًا ملحوظًا في تحسين صلابة ولمعان النايلون. من خلال التحكم الرشيد في محتوى وتوزيع حجم جسيمات كبريتات الباريوم، يُمكن تحسين الخصائص الميكانيكية للنايلون، وتحسين متانة المنتج وجمالياته، وموازنة الأداء والتكلفة، وتحسين تصميم التركيبة لحالات محددة، وبالتالي توسيع نطاق استخدام النايلون.
ما الذي يجب أن ننتبه إليه عند تحضير بلورات كربيد السيليكون المفردة عالية الجودة؟
تشمل الطرق الحالية لتحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية بشكل رئيسي: النقل الفيزيائي للبخار (PVT)، ونمو محلول البذور العليا (TSSG)، والترسيب الكيميائي للبخار في درجات حرارة عالية (HT-CVD).
تتميز طريقة النقل الفيزيائي للبخار (PVT) بمزايا بساطة المعدات، وسهولة التحكم في التشغيل، وانخفاض سعر المعدات وتكلفة التشغيل، وأصبحت الطريقة الرئيسية المستخدمة في الإنتاج الصناعي.
1. تقنية التطعيم بمسحوق كربيد السيليكون
يمكن لتطعيم كمية مناسبة من عنصر Ce في مسحوق كربيد السيليكون تحقيق نمو مستقر لبلورة 4H-SiC الأحادية. وقد أثبتت التجربة أن تطعيم عنصر Ce في المسحوق يزيد من معدل نمو بلورات كربيد السيليكون ويسرع نموها؛ كما يمكنه التحكم في اتجاه كربيد السيليكون، مما يجعل اتجاه نمو البلورة أكثر تفردًا وانتظامًا؛ ويمنع تكون الشوائب في البلورة، ويقلل من تكون العيوب، ويسهل الحصول على بلورات أحادية وبلورات عالية الجودة. يمكنه تثبيط تآكل الجزء الخلفي من البلورة وزيادة معدل البلورة المفردة.
2. تقنية التحكم في تدرج درجة الحرارة المحوري والقطري
يؤثر تدرج درجة الحرارة المحوري بشكل رئيسي على شكل البلورة وكفاءتها. يؤدي انخفاض تدرج درجة الحرارة إلى ظهور شوائب أثناء عملية نمو البلورة، كما يؤثر على معدل نقل المواد في الطور الغازي، مما يؤدي إلى انخفاض معدل نمو البلورة. تساعد التدرجات الحرارية المحورية والقطرية المناسبة على النمو السريع لبلورات كربيد السيليكون (SiC) والحفاظ على استقرار جودة البلورة.
3. تقنية التحكم في خلع المستوى القاعدي (BPD)
السبب الرئيسي لتكوين عيوب خلع المستوى القاعدي هو أن إجهاد القص في البلورة يتجاوز إجهاد القص الحرج لبلورة كربيد السيليكون، مما يؤدي إلى تنشيط نظام الانزلاق. ونظرًا لأن خلع المستوى القاعدي عمودي على اتجاه نمو البلورة، فإنه يتولد بشكل رئيسي أثناء عملية نمو البلورة وعملية تبريد البلورة اللاحقة.
٤. تقنية التحكم في ضبط نسبة مكونات الطور الغازي
في عملية نمو البلورات، تُعدّ زيادة نسبة الكربون إلى السيليكون في بيئة النمو إجراءً فعالاً لتحقيق نمو مستقر للبلورة المفردة. ولأن ارتفاع نسبة الكربون إلى السيليكون يُقلل من تراكم الخطوات الكبيرة ويحافظ على توارث معلومات النمو على سطح بلورة البذرة، فإنه يُثبّط تكوّن الأشكال المتعددة.
٥. تقنية التحكم في الإجهاد المنخفض
أثناء عملية نمو البلورات، يُؤدي وجود الإجهاد إلى انحناء المستوى البلوري الداخلي لبلورة كربيد السيليكون، مما يُؤدي إلى ضعف جودة البلورة أو حتى تشققها، كما يُؤدي الإجهاد الكبير إلى زيادة خلع المستوى القاعدي للرقاقة. تنتقل هذه العيوب إلى الطبقة الفوقية أثناء عملية الفوقية، مما يُؤثر بشكل خطير على أداء الجهاز.
بالنظر إلى المستقبل، ستتطور تقنية تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية عالية الجودة في عدة اتجاهات:
الحجم الكبير
يمكن أن يُحسّن تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية كبيرة الحجم كفاءة الإنتاج ويخفض التكاليف، مع تلبية احتياجات الأجهزة عالية الطاقة.
جودة عالية
تُعدّ بلورات كربيد السيليكون الأحادية عالية الجودة مفتاحًا لتحقيق أجهزة عالية الأداء. في الوقت الحالي، على الرغم من التحسن الكبير في جودة بلورات كربيد السيليكون الأحادية، لا تزال هناك بعض العيوب، مثل الأنابيب الدقيقة، والانخلاعات، والشوائب. ستؤثر هذه العيوب على أداء الجهاز وموثوقيته.
تكلفة منخفضة
تكلفة تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية مرتفعة، مما يحد من استخدامها في بعض المجالات. يمكن تقليل تكلفة تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية من خلال تحسين عملية النمو، وتحسين كفاءة الإنتاج، وخفض تكاليف المواد الخام.
ذكية
مع تطور تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة، ستصبح تقنية تحضير بلورات كربيد السيليكون ذكية تدريجيًا. يمكن مراقبة عملية النمو والتحكم فيها آنيًا من خلال أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم الآلي وغيرها من المعدات، مما يعزز استقرارها وإمكانية التحكم فيها. وفي الوقت نفسه، يمكن استخدام تحليل البيانات الضخمة وتقنيات أخرى لتحليل بيانات النمو وتحسينها، مما يرفع جودة وكفاءة إنتاج البلورات.
تُعد تقنية تحضير بلورات كربيد السيليكون الأحادية عالية الجودة من أبرز التطورات في أبحاث مواد أشباه الموصلات الحالية. ومع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، ستواصل تقنية نمو بلورات كربيد السيليكون تطورها وتحسينها، مما يوفر أساسًا أكثر متانة لتطبيق كربيد السيليكون في درجات الحرارة العالية والترددات العالية والطاقة العالية وغيرها من المجالات.
كيفية تحقيق التوازن بين قوة وتكلفة التلك في تعديل البلاستيك؟
في صناعة البلاستيك اليوم، استقطبت المواد البلاستيكية المُعدَّلة اهتمامًا كبيرًا بفضل أدائها الممتاز ومجالات تطبيقها الواسعة. ويلعب التلك، باعتباره مادة مالئة معدنية غير عضوية مهمة، دورًا حيويًا في تعديل البلاستيك.
لا يقتصر دور التلك على تحسين الخصائص الفيزيائية للمنتجات البلاستيكية بفعالية فحسب، بل يُخفِّض أيضًا تكاليف إنتاجها إلى حدٍّ ما. ومع ذلك، أصبحت كيفية التحكم في التكاليف بشكل معقول مع ضمان المتانة مسألةً بالغة الأهمية في تعديل البلاستيك. عند استخدام بودرة التلك في تعديل البلاستيك، كيف يُمكن موازنة العلاقة بين معامل الانثناء ومقاومة الصدمات، وما إلى ذلك، والتكلفة من خلال تعديل كمية بودرة التلك المضافة وخصائصها؟
التلك معدن سيليكات مغنيسيوم طبيعي ذو بنية قشرية. في تعديل البلاستيك، يُمكن للتلك أن يُحسِّن بشكل كبير من صلابة المنتجات البلاستيكية، وصلابتها السطحية، ومقاومتها للزحف الحراري، وعزلها الكهربائي، وثبات أبعادها. وفي الوقت نفسه، يُمكنه أيضًا زيادة مقاومة البلاستيك للصدمات، وتحسين سيولته وخصائص معالجته. يأتي هذا التأثير المُقوّي بشكل رئيسي من البنية الدقيقة للتلك، والتي تُشكّل نقاط ربط فيزيائية فعّالة في مصفوفة البلاستيك، مما يُحسّن الأداء العام للبلاستيك.
يُعدّ معامل الانحناء مؤشرًا مهمًا لقياس قدرة البلاستيك على مقاومة تشوّه الانحناء. يُمكن لإضافة بودرة التلك إلى البلاستيك أن تُحسّن معامل الانحناء بشكل ملحوظ. وذلك لأن البنية الصلبة لبودرة التلك تُعزز قدرة البلاستيك على دعم الهيكل، مما يُقلّل من احتمالية انحناءه وتشوّهه عند تعريضه لقوى خارجية. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه مع زيادة كمية بودرة التلك المُضافة، ستزداد لزوجة النظام أيضًا، مما قد يؤثر على أداء معالجة البلاستيك. لذلك، في التطبيقات العملية، من الضروري دراسة تحسين معامل الانحناء وتوازن أداء المعالجة بشكل شامل.
تُعد قوة التأثير مؤشرًا مهمًا لقياس قدرة البلاستيك على مقاومة أحمال الانحناء. يُمكن لإضافة كمية مناسبة من بودرة التلك إلى البلاستيك أن تُحسّن قوة التأثير إلى حد ما. ومع ذلك، عند إضافة كمية كبيرة جدًا من بودرة التلك، قد تنخفض قوة الارتباط التجاذبية بين جزيئات البلاستيك، مما يؤثر على قوة تحمل الصدمات. لذلك، عند السعي لتحقيق قوة تحمل عالية، من الضروري التحكم في كمية بودرة التلك المضافة بشكل معقول لتجنب أي تأثير سلبي على قوة تحمل الصدمات.
في تعديل البلاستيك، يكمن سر الموازنة بين القوة والتكلفة في الاختيار المناسب لأنواع التلك وحجم الجسيمات وكمية الإضافات. إليك بعض الاستراتيجيات المحددة:
1. اختيار بودرة التلك عالية الجودة
تتميز بودرة التلك عالية الجودة بنقاء أعلى وبنية رقائق أكثر اكتمالًا، مما يُحسّن أداء البلاستيك بشكل أكثر فعالية. على الرغم من أن سعر بودرة التلك عالية الجودة مرتفع نسبيًا، إلا أن تحسين الأداء الذي تُحدثه غالبًا ما يُعوّض زيادة التكلفة، بل ويُحقق قيمة مضافة أعلى.
2. تحسين توزيع حجم جسيمات بودرة التلك
يُحسّن التوزيع المناسب لحجم الجسيمات من تجانس انتشار بودرة التلك في مصفوفة البلاستيك، مما يُعززها بشكل أكثر فعالية. في الوقت نفسه، يُسهم التوزيع المعقول لحجم الجسيمات في تقليل لزوجة النظام وتحسين أداء المعالجة.
3. التحكم الدقيق في كمية الإضافة
من خلال التحكم الدقيق في كمية إضافة التلك، يُمكن ضمان المتانة مع تجنب التأثيرات السلبية على خصائص مثل مقاومة الصدمات. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن أن تُقلل كمية الإضافة المعقولة تكاليف الإنتاج وتُحسّن المنافع الاقتصادية.
4. استخدام التلك المُعدّل
يتميز التلك المُعدّل بتقارب سطحي أقوى وقابلية تشتت أفضل، مما يُحسّن أداء البلاستيك بشكل أكثر فعالية. على الرغم من ارتفاع سعر التلك المُعدّل نسبيًا، إلا أن تحسين الأداء وتحسين أداء المعالجة الذي يُحققه غالبًا ما يُعوّضان زيادة التكلفة.
14 طريقة لطلاء سطح المسحوق فائق الدقة
عادةً ما تُشير المساحيق فائقة الدقة إلى جسيمات بحجم ميكرومتر أو نانومتر. بالمقارنة مع المواد التقليدية السائبة، تتميز هذه المساحيق بمساحة سطح نوعية أكبر، ونشاط سطحي، وطاقة سطحية أعلى، مما يُظهر خصائص بصرية وحرارية وكهربائية ومغناطيسية وتحفيزية ممتازة، وغيرها. وقد خضعت المساحيق فائقة الدقة لدراسات واسعة النطاق كمواد وظيفية في السنوات الأخيرة، وتزايد استخدامها على نطاق واسع في مختلف مجالات التنمية الاقتصادية الوطنية.
ومع ذلك، وبسبب مشاكل التكتل والتشتت الفريدة التي تُعاني منها، فقدت هذه المساحيق العديد من خصائصها الممتازة، مما يُقيد بشدة استخدامها في الصناعة.
طرق طلاء سطح المساحيق فائقة الدقة
1. طريقة الخلط الميكانيكي. تُستخدم قوى ميكانيكية مثل البثق، والصدم، والقص، والاحتكاك لتوزيع المُعدّل بالتساوي على السطح الخارجي لجزيئات المسحوق، بحيث تخترق المكونات المختلفة بعضها البعض وتنتشر في بعضها البعض لتكوين طبقة. الطرق الرئيسية المستخدمة حاليًا هي الطحن بالكرات، والطحن بالتحريك، والصدم بتدفق الهواء عالي السرعة.
2. طريقة تفاعل الطور الصلب. يُخلط ويُطحن عدد من أملاح المعادن أو أكاسيدها المعدنية وفقًا للصيغة، ثم يُكلس للحصول مباشرةً على مساحيق مغلفة فائقة الدقة من خلال تفاعل الطور الصلب.
3. الطريقة الحرارية المائية. في نظام مغلق ذي درجة حرارة وضغط مرتفعين، يُستخدم الماء كوسيط للحصول على بيئة فيزيائية وكيميائية خاصة لا يمكن الحصول عليها في ظروف الضغط العادية، بحيث يذوب مُسبق التفاعل تمامًا ويصل إلى درجة معينة من التشبع الفائق، مما يُشكل وحدة نمو، ثم يتم التبلور والتبلور للحصول على مسحوق مُركب.
4. طريقة السول-جل. أولًا، يُذاب مُسبق المُعدل في الماء (أو مُذيب عضوي) لتكوين محلول مُتجانس، ويُحلل المُذاب والمُذيب بالماء أو الكحول للحصول على مُعدل (أو مُسبق) سول. بعد ذلك، تُخلط الجسيمات المطلية المُعالجة مُسبقًا مع المحلول بالتساوي لجعل الجسيمات موزعة بالتساوي في المحلول، ويُعالج المحلول لتحويله إلى هلام، ويُكلس عند درجة حرارة عالية للحصول على مسحوق مطلي بمُعدِّل على السطح، مما يُحقق تعديلًا سطحيًا للمسحوق.
5. طريقة الترسيب. يُضاف مُرسِّب إلى محلول يحتوي على جسيمات مسحوق، أو تُضاف مادة تُحفز تكوين مُرسِّب في نظام التفاعل، بحيث تخضع الأيونات المُعدلة لتفاعل ترسيب وترسب على سطح الجسيمات، مما يُغطيها.
6. طريقة التخثر غير المتجانس (تُعرف أيضًا باسم "طريقة التكوُّن غير المتجانس"). طريقة مُقترحة تقوم على مبدأ أن الجسيمات ذات الشحنات المُتضادة على السطح يُمكن أن تجذب بعضها البعض وتتخثر.
7. طريقة طلاء المستحلب الدقيق. أولاً، يُحضّر المسحوق فائق الدقة المراد طلاؤه باستخدام نواة مائية دقيقة تُوفّرها مستحلبات دقيقة من نوع W/O (الماء في الزيت)، ثم يُطلى المسحوق ويُعدّل بواسطة بلمرة مستحلب دقيق.
8. طريقة التنوي غير المنتظم. وفقًا لنظرية عملية تبلور LAMER، تتشكل طبقة الطلاء من خلال التنوي غير المنتظم ونمو جسيمات التعديل على مصفوفة الجسيمات المطلية.
9. طريقة الطلاء الكيميائي. تشير إلى عملية ترسيب المعادن بطريقة كيميائية دون تطبيق تيار خارجي. هناك ثلاث طرق: طريقة الاستبدال، وطريقة الطلاء بالتلامس، وطريقة الاختزال.
10. طريقة السوائل فوق الحرجة. وهي تقنية جديدة لا تزال قيد البحث. في الظروف فوق الحرجة، يمكن أن يؤدي خفض الضغط إلى فرط التشبع، ويمكن تحقيق معدل تشبع عالٍ، بحيث يتبلور المذاب الصلب من المحلول فوق الحرج.
11. الترسيب الكيميائي للبخار. عند درجة حرارة عالية نسبيًا، يتفاعل الغاز المختلط مع سطح الركيزة، مما يؤدي إلى تحلل بعض مكوناته وتكوين طبقة معدنية أو مركّبة على الركيزة.
12. طريقة الطاقة العالية. تُعرف طريقة طلاء الجسيمات النانوية باستخدام الأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية، وأشعة جاما، والتفريغ الإكليلي، والبلازما، وغيرها، مجتمعةً باسم طريقة الطاقة العالية. غالبًا ما تستخدم طريقة الطاقة العالية بعض المواد ذات المجموعات الوظيفية النشطة لتحقيق طلاء سطح الجسيمات النانوية تحت تأثير الجسيمات عالية الطاقة.
13. طريقة التحلل الحراري بالرش. يعتمد مبدأ العملية على رش محلول مختلط من عدة أملاح تحتوي على الأيونات الموجبة المطلوبة في رذاذ، وإرساله إلى حجرة تفاعل مُسخّنة إلى درجة حرارة مُحددة، لتوليد جزيئات مسحوق مُركّب دقيقة من خلال التفاعل.
14. طريقة التغليف الدقيق. طريقة تعديل السطح تُغطي طبقة موحدة بسماكة مُحددة على سطح المسحوق. يبلغ حجم جسيمات الكبسولات الدقيقة التي يتم تحضيرها عادةً من 2 إلى 1000 ميكرومتر، ويبلغ سمك مادة الجدار من 0.2 إلى 10 ميكرومتر.
مسحوق النيكل فائق الدقة: حجم صغير، تأثير كبير!
مسحوق النيكل فائق الدقة هو مسحوق نيكل بحجم جسيمات أقل من ميكرومتر واحد. يُصنف مسحوق النيكل فائق الدقة، بناءً على حجم الجسيمات، إلى مسحوق نيكل ميكروني (بحجم جسيمات متوسط ≥ 1ميكرومتر)، ومسحوق نيكل دون الميكرون (بحجم جسيمات متوسط 0.1-1.0ميكرومتر)، ومسحوق نيكل نانوي (بحجم جسيمات متوسط 0.001-0.100ميكرومتر). يتميز مسحوق النيكل فائق الدقة بصغر حجمه، ونشاط سطحه العالي، وموصليته الجيدة، وموصليته المغناطيسية الممتازة. يُستخدم على نطاق واسع في كربيد الأسمنت، ومكثفات السيراميك متعددة الطبقات، والمواد المغناطيسية، والمحفزات عالية الكفاءة، والرواسب الموصلة، ومواد الامتصاص، ومواد التدريع الكهرومغناطيسي، وغيرها من المجالات. تتطلب العديد من المجالات متطلبات عالية لنقاء مسحوق النيكل وقابليته للتشتت وكرويته، لذا أصبح تحضير مسحوق نيكل كروي فائق الدقة يتميز بكروية جيدة ونقاء عالٍ وقابلية تشتت عالية محور البحث الحالي في تحضير مسحوق النيكل.
يُستخدم مسحوق النيكل فائق الدقة على نطاق واسع في العديد من المجالات التقنية والصناعية المتقدمة نظرًا لمساحته السطحية النوعية العالية، وموصليته الممتازة، ونشاطه التحفيزي، وخواصه المغناطيسية.
مجالات الإلكترونيات وأشباه الموصلات
المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCC): يُعد مسحوق النيكل فائق الدقة مادة أساسية للأقطاب الداخلية للمكثفات الخزفية متعددة الطبقات، حيث يحل محل سبيكة البلاديوم/الفضة المعدنية الثمينة التقليدية، مما يُقلل بشكل كبير من تكاليف التصنيع، ويُلبي احتياجات المكونات الإلكترونية عالية التردد والمُصغّرة.
المعجون الموصل والتغليف: نظرًا لموصليته العالية وقابليته للتشتت، يُستخدم في المعاجين الإلكترونية والطلاءات الموصلة للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) لتحسين أداء التوصيل وتبديد الحرارة في الأجهزة الإلكترونية. مواد أشباه الموصلات: تُستخدم كمادة حشو موصلة في تغليف الرقائق، مما يعزز التوصيل الحراري والاستقرار الميكانيكي للمادة.
تخزين الطاقة وتحويلها
بطاريات أيونات الليثيوم: تُستخدم كمادة قطب موجب (مثل LiNiO2)، مما يحسن بشكل كبير من كثافة طاقة البطارية وعمر دورة حياتها، خاصةً في مركبات الطاقة الجديدة وأنظمة تخزين الطاقة.
خلايا الوقود: تُستخدم كمحفز (مثل محفز تفاعل الهيدروجين والأكسجين) لتحسين كفاءة التفاعل، وتقليل استخدام معدن البلاتين الثمين، وخفض التكاليف.
المكثفات الفائقة: تعزز سعة تخزين الشحنات لمواد الأقطاب من خلال تحسين البنية النانوية.
التحفيز وحماية البيئة
البتروكيماويات: تُستخدم كمحفز فعال في الهدرجة، ونزع الهيدروجين، وتفاعلات أخرى لتحسين العائد ونقاء المنتج، مثل هدرجة التولوين لإنتاج ميثيل حلقي الهكسان.
حماية البيئة: تُستخدم في معالجة غازات النفايات ومياه الصرف الصحي، والتحلل التحفيزي للملوثات، وتقليل انبعاثات المواد الضارة.
تحفيز الطاقة الجديدة: في إنتاج طاقة الهيدروجين، يُعزز إنتاج الهيدروجين بكفاءة من خلال تفاعل الإصلاح البخاري (SMR) تطوير الطاقة النظيفة.
المواد المغناطيسية وتكنولوجيا امتصاص الموجات
السوائل المغناطيسية ووسائط التخزين: تُشتت في السائل الحامل لتكوين سائل مغناطيسي، أو تُستخدم في أجهزة تخزين مغناطيسية عالية الكثافة (مثل الأقراص الكمومية).
مواد التدريع الكهرومغناطيسي وامتصاص الموجات: يتميز مسحوق النيكل فائق الدقة بخصائص كهربائية ومغناطيسية ممتازة. يمكن تحضير مواد التدريع الكهرومغناطيسي عن طريق خلط مسحوق النيكل فائق الدقة مع مواد مصفوفة بوليمرية. تتميز المواد المركبة متعددة المكونات، مثل النحاس والنيكل، بخصائص امتصاص وحجب جيدة للموجات في نطاق الترددات العالية، ويمكن استخدامها كمواد خفية في نطاق الترددات العالية. يُستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا التخفي العسكرية والمعدات الإلكترونية المدنية، وذلك بفضل طلاء مسحوق النيكل فائق الدقة الموصل.
صناعة الطيران والتصنيع عالي الجودة
سبائك درجات الحرارة العالية: تُستخدم كمضافات لتحسين مقاومة السبائك لدرجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل، وهي مناسبة لأجزاء محركات الطائرات.
كربيد الأسمنت: يحل محل الكوبالت كمعدن رابط، ويُستخدم في أدوات القطع والأجزاء المقاومة للتآكل، مما يقلل التكاليف ويحسن الأداء.
الطب الحيوي والمواد الجديدة
حاملات الأدوية والتشخيص والعلاج: الاستفادة من استجابتها المغناطيسية وتوافقها الحيوي لتوصيل الأدوية بشكل مستهدف والكشف عن العلامات المغناطيسية.
الطباعة ثلاثية الأبعاد والمواد المركبة: تُستخدم كحشوة لقولبة حقن المعادن (MIM)، مما يُحسّن الخواص الميكانيكية ودقة صب الأجزاء المعقدة.
تكمن ميزة مسحوق النيكل فائق الدقة في أنه يحل محل مواد المعادن الثمينة الأكثر تكلفة، مما يُقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج. ومع ذلك، تتطلب مجالات التطبيق هذه أن يكون مسحوق النيكل النانوي المستخدم ذو بنية كروية منتظمة، وحجم صغير وتوزيع موحد لحجم الجسيمات، وقابلية تشتت جيدة، وكثافة عالية للصنبور، وقدرة قوية على مقاومة الأكسدة وخصائص أخرى، مما يشكل أيضًا تحديًا لعملية تحضير مسحوق النيكل النانوي.
مزايا المواد الكربونية في التوصيل الحراري وتبديد الحرارة
في صناعتي الإلكترونيات والإلكترونيات الضوئية الحاليتين، ومع تطور الأجهزة الإلكترونية ومنتجاتها نحو التكامل العالي والحوسبة العالية، تضاعفت الطاقة المُبددة. وأصبح تبديد الحرارة تدريجيًا عاملًا رئيسيًا يُعيق التنمية المستدامة لصناعة الإلكترونيات. يُعدّ إيجاد مواد مُدارة للحرارة ذات موصلية حرارية ممتازة أمرًا بالغ الأهمية للجيل القادم من الدوائر المتكاملة وتصميمات المنتجات الإلكترونية ثلاثية الأبعاد.
لا تتجاوز الموصلية الحرارية للمواد الخزفية التقليدية (مثل نيتريد البورون ونيتريد الألومنيوم) والمواد المعدنية (مثل النحاس والألومنيوم) بضع مئات من واط/متر·كلفن كحد أقصى. وبالمقارنة، فإن الموصلية الحرارية للمواد الكربونية مثل الماس والجرافيت والجرافين وأنابيب الكربون النانوية وألياف الكربون أكثر إثارة للإعجاب. على سبيل المثال، يتمتع الجرافيت بموصلية حرارية نظرية تصل إلى 4180 واط/متر·كلفن في الاتجاه الموازي لطبقة البلورة، وهو ما يُقارب عشرة أضعاف الموصلية الحرارية للمواد المعدنية التقليدية مثل النحاس والفضة والألومنيوم. بالإضافة إلى ذلك، تتميز المواد الكربونية بخصائص ممتازة، مثل انخفاض الكثافة، وانخفاض معامل التمدد الحراري، وخصائص ميكانيكية جيدة في درجات الحرارة العالية.
الجرافين
الجرافين مادة سطحية أحادية الطبقة من ذرات الكربون، مُقشّرة من الجرافيت. يتميز ببنية مستوية ثنائية الأبعاد على شكل قرص العسل، تتكون من ذرات كربون أحادية الطبقة مُرتبة بإحكام في أشكال سداسية منتظمة. يتميز هذا الهيكل بثباته العالي، كما أن الارتباط بين ذرات الكربون داخل الجرافين مرن للغاية. عند تطبيق قوة خارجية على الجرافين، ينحني سطح ذرة الكربون ويتشوه، مما يمنع ذرات الكربون من إعادة ترتيب نفسها للتكيف مع القوة الخارجية، مما يحافظ على استقراره الهيكلي. يمنح هذا الهيكل الشبكي المستقر الجرافين موصلية حرارية ممتازة.
أنابيب الكربون النانوية
منذ اكتشاف أنابيب الكربون النانوية عام ١٩٩١، أصبحت محط اهتمام العديد من العلماء لدراسة الموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية. تُصنع أنابيب الكربون النانوية من صفائح جرافيت أحادية أو متعددة الطبقات ملتفة، وتنقسم إلى ثلاثة أنواع: أحادية الجدار، مزدوجة الجدار، ومتعددة الجدران.
يمنح هذا الهيكل الخاص أنابيب الكربون النانوية موصلية حرارية عالية للغاية. وقد قدر بعض الباحثين أن الموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار في درجة حرارة الغرفة تبلغ 3980 واط/م·ك، والموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية مزدوجة الجدار 3580 واط/م·ك، والموصلية الحرارية لأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران 2860 واط/م·ك.
الماس
يتكون التركيب البلوري للماس من ترتيب متقارب لذرات الكربون في رباعيات السطوح، حيث تشارك جميع الإلكترونات في الترابط. لذلك، تتراوح موصليته الحرارية في درجة حرارة الغرفة بين 2000 و2100 واط/م·ك، وهو من أفضل المواد في الطبيعة. هذه الميزة تجعله مادةً لا غنى عنها في مجال تبديد الحرارة عالي الجودة.
ألياف الكربون
تُعالَج ألياف الكربون بالكربنة عالية الحرارة لتشكيل بنية جرافيتية تربوستراتية. إذا كانت شبكة الجرافيت المحورية الخاصة بها عالية التوجيه، فيمكنها تحقيق موصلية حرارية فائقة. على سبيل المثال، تبلغ الموصلية الحرارية لألياف الكربون القائمة على درجة حرارة الطور المتوسط 1100 واط/متر·كلفن، ويمكن أن تصل الموصلية الحرارية لألياف الكربون المزروعة بالبخار إلى 1950 واط/متر·كلفن.
الجرافيت
يتميز الجرافيت ببنية بلورية سداسية، تتكون من ستة أوجه ومستويين قاعديين متراصين. تتداخل الطبقة الأولى من الشبكة السداسية لذرات الكربون بمقدار نصف الخط القطري السداسي، وتتداخل بالتوازي مع الطبقة الثانية. تتكرر الطبقة الثالثة والطبقة الأولى في مواقعهما، لتشكلا تسلسل ABAB... تبلغ الموصلية الحرارية للجرافيت الطبيعي على طول المستوى البلوري (002) 2200 واط/(م·ك)، ويمكن أن تصل الموصلية الحرارية داخل المستوى للجرافيت التحللي الحراري عالي التوجيه إلى 2000 واط/(م·ك).
تتميز جميع المواد الكربونية المذكورة أعلاه بموصلية حرارية عالية للغاية، مما جذب اهتمامًا كبيرًا في مجال متطلبات تبديد الحرارة العالية. لنلقِ نظرة على بعض المواد الكربونية الكلاسيكية الموصلة/المبددة للحرارة.
أثبتت المواد الكربونية، ببنيتها البلورية الفريدة وخصائصها الفيزيائية والكيميائية، مزايا لا غنى عنها في مجال التوصيل الحراري وتبديد الحرارة. ومع تطور تكنولوجيا التحضير وتوسع نطاق تطبيقاتها، من المتوقع أن ترتقي المواد الكربونية، مثل الجرافين والماس، بحلول تبديد الحرارة في صناعات مثل الإلكترونيات والفضاء إلى مستوى أعلى.
تطبيق تحضير المسحوق على أساس تقنية البلازما الحرارية في مواد الإدارة الحرارية
أدى تصغير الأجهزة الإلكترونية وتكاملها إلى زيادة متطلبات تبديد الحرارة لمواد الإدارة الحرارية القائمة على البوليمر. ويُعد تطوير حشوات جديدة عالية التوصيل الحراري لبناء مسارات توصيل حراري فعالة مفتاحًا لتحقيق مواد إدارة حرارية عالية الأداء.
تتميز تقنية البلازما الحرارية بمزايا كبيرة في تحضير مساحيق كروية نانوية وميكرونية، مثل مسحوق السيليكون الكروي ومسحوق الألومينا، نظرًا لارتفاع درجة حرارتها، وجو تفاعلها القابل للتحكم، وكثافة طاقتها العالية، وانخفاض تلوثها.
تقنية البلازما الحرارية
البلازما هي الحالة الرابعة للمادة بعد الصلب والسائل والغاز. وهي عبارة عن كتلة متعادلة كهربائيًا تتكون من إلكترونات وكاتيونات وجسيمات متعادلة. ووفقًا لدرجة حرارة الجسيمات الثقيلة في البلازما، يمكن تقسيم البلازما إلى فئتين: بلازما ساخنة وبلازما باردة.
يمكن أن تتراوح درجة حرارة الأيونات الثقيلة في البلازما الساخنة بين 3×10⁻ و3×10⁻ كلفن، مما يؤدي إلى حالة التوازن الديناميكي الحراري المحلي. في هذه الحالة، ترتبط البلازما الحرارية بالعلاقة التالية: درجة حرارة الإلكترون Te = درجة حرارة البلازما، Th = درجة حرارة الإثارة، Tex = درجة حرارة تفاعل التأين Treac، وبالتالي تتمتع البلازما الحرارية بدرجة حرارة ترموديناميكية موحدة.
تحضير المساحيق الكروية بالبلازما
استنادًا إلى خصائص درجة الحرارة العالية ومعدل التبريد السريع للبلازما الحرارية عالية التردد، تُستخدم تقنية الترسيب الفيزيائي للبخار لتحضير مساحيق نانوية.
هناك طريقتان رئيسيتان لتحضير المساحيق الكروية بالبلازما.
إحداهما هي تمرير مساحيق المواد الخام كبيرة الحجم وغير منتظمة الشكل في قوس درجة الحرارة العالية للبلازما الحرارية، واستخدام بيئة درجة الحرارة العالية التي تولدها البلازما الحرارية لتسخين جزيئات المواد الخام وإذابتها بسرعة (أو إذابة السطح). بفضل التوتر السطحي، يُشكل المسحوق المذاب كرة ويتصلب بمعدل تبريد مناسب للحصول على مسحوق كروي. أما الطريقة الثانية فهي استخدام مساحيق أو مواد أولية غير منتظمة كمواد خام والبلازما الحرارية كمصدر حرارة عالية. تتفاعل المواد الخام مع الجسيمات النشطة فيها، وتُبرَّد بسرعة وتُرسَّب لإنتاج مسحوق مثالي.
بفضل خصائص درجة الحرارة العالية، والطاقة العالية، والجو المُتحكَّم فيه، وعدم تلوث البلازما الحرارية، يُمكن تحضير مساحيق كروية عالية النقاء، وعالية الكروية، ومختلفة الأحجام، وذلك من خلال التحكم في معايير عملية التحضير، مثل التغذية، ومعدل التبريد، وقوة البلازما. ولذلك، ازداد استخدام تقنية البلازما في تحضير المساحيق الكروية على نطاق واسع في صناعات الطاقة، والفضاء، والصناعات الكيميائية، وغيرها.
مجالات التطبيق الرئيسية وخصائص مسحوق السيليكون الدقيق
مسحوق السيليكا مادة غير عضوية غير معدنية، مكونها الرئيسي هو ثاني أكسيد السيليكون. يُصنع من الكوارتز البلوري، والكوارتز المنصهر، وغيرها من المواد الخام، ويُعالَج بالطحن، والتصنيف الدقيق، وإزالة الشوائب، وغيرها من العمليات. يتميز بخواص عازلة ممتازة، ومعامل تمدد حراري منخفض، وموصلية حرارية عالية. يُستخدم على نطاق واسع في صفائح النحاس المكسوة، ومركبات صب الإيبوكسي، والمواد العازلة، والمواد اللاصقة، والطلاءات، والسيراميك، وغيرها من المجالات.
1. صفائح النحاس المكسوة
تُعدّ صفائح النحاس المكسوة ركيزة أساسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، بتركيبة تتكون من "رقاقة نحاس + طبقة عازلة (راتنج ومادة تقوية) + رقاقة نحاس". وهي مادة أساسية أساسية لأنظمة الدوائر المختلفة.
تشمل خيارات حشو صفائح النحاس المكسوة مسحوق السيليكون الدقيق، وهيدروكسيد الألومنيوم، وهيدروكسيد المغنيسيوم، وبودرة التلك، ومسحوق الميكا، ومواد أخرى. من بينها، يتميز مسحوق السيليكون الدقيق بمزايا نسبية في مقاومة الحرارة، والخصائص الميكانيكية، والكهربائية، وقابلية التشتت في أنظمة الراتنج. ويمكن استخدامه لتحسين مقاومة الحرارة والرطوبة، وتحسين صلابة الصفائح الرقيقة المغطاة بالنحاس، وتقليل معامل التمدد الحراري، وتحسين الاستقرار البُعدي، وتحسين دقة تحديد موضع الحفر ونعومة الجدار الداخلي، وتحسين الالتصاق بين الطبقات أو بين الطبقات العازلة ورقائق النحاس، وما إلى ذلك، لذا فهو مفضل في حشوات الصفائح المغطاة بالنحاس.
يتميز مسحوق السيليكون الدقيق الكروي بأفضل أداء، ولكنه مرتفع التكلفة، ويُستخدم فقط في مجال الصفائح المغطاة بالنحاس عالية الجودة. يتميز مسحوق السيليكون الدقيق الكروي بأداء أفضل من حيث التوصيل الحراري، والحشو، والتمدد الحراري، والخصائص العازلة، ولكنه أقل سعرًا من حيث السعر. لذلك، ونظرًا للأداء الشامل والتكلفة المنخفضة، يُستخدم مسحوق السيليكون الكروي الدقيق حاليًا بشكل رئيسي في مجال الصفائح النحاسية عالية الجودة، مثل الصفائح النحاسية عالية التردد والسرعة، وحاملات الدوائر المتكاملة (IC)، وغيرها. وكلما زاد نطاق الاستخدام، زادت نسبة الإضافة.
2. مركب صب الإيبوكسي
مركب صب الإيبوكسي هو مركب صب مسحوق مصنوع من راتنج الإيبوكسي كراتنج أساسي، وراتنج فينولي عالي الأداء كعامل معالجة، ومسحوق السيليكون كمادة مالئة، ومجموعة متنوعة من المواد المضافة. وهو مادة أساسية في تغليف أشباه الموصلات، مثل الدوائر المتكاملة (أكثر من 97% من تغليف أشباه الموصلات يستخدم مركب صب الإيبوكسي).
٣. مواد العزل الكهربائي
يُمكن لمسحوق السيليكون المُستخدم في منتجات العزل الكهربائي أن يُقلل بفعالية من معامل التمدد الخطي للمنتج المُعالج ومعدل الانكماش أثناء عملية المعالجة، ويُخفف الإجهاد الداخلي، ويُحسّن القوة الميكانيكية للمادة العازلة، مما يُحسّن خصائصها الميكانيكية والكهربائية بشكل فعال. ولذلك، تتجلى المتطلبات الوظيفية لعملاء هذا المجال من مسحوق السيليكون الدقيق في انخفاض معامل التمدد الخطي، وارتفاع العزل، والقوة الميكانيكية العالية، بينما تُعتبر متطلباته لخواصه العازلة والتوصيل الحراري منخفضة نسبيًا.
في مجال مواد العزل الكهربائي، عادةً ما يتم اختيار منتجات مسحوق السيليكون الدقيق أحادية المواصفات، بمتوسط حجم جسيمات يتراوح بين 5 و25 ميكرومتر، وفقًا لخصائص منتجات العزل الكهربائي ومتطلبات عملية إنتاجها، وتُفرض متطلبات عالية على بياض المنتج، وتوزيع حجم الجسيمات، وما إلى ذلك.
4. المواد اللاصقة
يمكن لمسحوق السيليكون الدقيق المملوء براتنج اللاصق أن يقلل بفعالية من معامل التمدد الخطي للمنتج المُعالج ومعدل الانكماش أثناء المعالجة، ويحسن القوة الميكانيكية للمادة اللاصقة، ويحسن مقاومتها للحرارة، ونفاذيتها، وأداء تبديد الحرارة، مما يُحسّن من قوة الترابط والختم.
يؤثر توزيع حجم جسيمات مسحوق السيليكون الدقيق على لزوجة المادة اللاصقة وترسيبها، مما يؤثر على قابليتها للمعالجة ومعامل التمدد الخطي بعد المعالجة.
٥. سيراميك قرص العسل
تُصنع حاملات سيراميك قرص العسل لتنقية عوادم السيارات، ومرشحات جسيمات الديزل من مادة الكورديريت، من الألومينا ومسحوق السيليكون الدقيق ومواد أخرى، وذلك من خلال عمليات الخلط والقولبة بالبثق والتجفيف والتلبيد وغيرها. يُحسّن مسحوق السيليكون الدقيق الكروي من سرعة القولبة واستقرار منتجات سيراميك قرص العسل.