คุณภาพของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติขึ้นอยู่กับผง
ในฐานะวัตถุดิบ คุณภาพของผงโลหะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเป็นส่วนใหญ่ โดยทั่วไปแล้ว ความสะอาด สัณฐานวิทยา และการกระจายตัวของขนาดอนุภาคของผงโลหะเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพการขึ้นรูปของชิ้นส่วน
สัณฐานวิทยาของผงโลหะส่งผลโดยตรงต่อความหนาแน่นรวมและความลื่นไหล ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการป้อนและกระจายผงโลหะ รวมถึงประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วน ในการผลิตผงโลหะแบบฟิวชันด้วยวัสดุผสม กลไกการกระจายตัวของผงโลหะจะกระจายอนุภาคผงโลหะอย่างสม่ำเสมอในพื้นที่ขึ้นรูป และคุณสมบัติการไหลที่ดีเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้ผงโลหะมีรูปร่างแบนราบและสม่ำเสมอ ผงโลหะทรงกลมและเกือบทรงกลมมีคุณสมบัติการไหลที่ดี มีความหนาแน่นรวมสูง ความหนาแน่นสูง และโครงสร้างที่สม่ำเสมอ และเป็นผงโลหะวัตถุดิบที่นิยมใช้ในการผลิตผงโลหะแบบฟิวชันด้วยวัสดุผสม
อย่างไรก็ตาม หากมีผงกลวงและผงโลหะขนาดเล็กในผงโลหะทรงกลมและเกือบทรงกลม ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วนจะลดลง ผงกลวงมีสัดส่วนสูงกว่าในผงที่มีขนาดอนุภาคใหญ่กว่า 70 ไมโครเมตร ซึ่งจะทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รูพรุนในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปแล้ว ซึ่งกำจัดได้ยาก ผงทรายจะลดความลื่นไหลของผงและขัดขวางการสะสมของผงอย่างสม่ำเสมอระหว่างการกระจายตัวของชั้นผงที่ต่อเนื่องกัน ทำให้เกิดข้อบกพร่องของชิ้นส่วน ดังนั้น ผงโลหะสำหรับการผลิตแบบเติมแต่งด้วยผงผสมแบบฟิวชั่น (Powder Bed Fusion) ควรลดสัดส่วนของผงกลวงและผงทรายในวัตถุดิบผงให้น้อยที่สุด
การกระจายขนาดอนุภาคของผงใช้เพื่อจำแนกองค์ประกอบและการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคที่มีขนาดอนุภาคต่างกันในระบบอนุภาคผง และเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้อธิบายลักษณะของอนุภาคผง
ขนาดอนุภาคของผงส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการกระจายตัวของผง ความเร็วในการขึ้นรูป ความแม่นยำในการขึ้นรูป และความสม่ำเสมอของกระบวนการผลิตแบบเติมแต่ง สำหรับกระบวนการที่แตกต่างกัน ขนาดอนุภาคของผงที่เลือกจะแตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว เทคโนโลยีการหลอมแบบเลือกเฉพาะด้วยเลเซอร์ (SLM) จะคัดเลือกผงที่มีขนาดอนุภาค 15-45 ไมโครเมตร และเทคโนโลยีการหลอมแบบเลือกเฉพาะด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (SEBM) จะคัดเลือกผงที่มีขนาดอนุภาค 45-106 ไมโครเมตร
จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์และจลนพลศาสตร์ ยิ่งอนุภาคผงมีขนาดเล็กเท่าใด พื้นที่ผิวจำเพาะก็จะยิ่งมากขึ้น และแรงขับเคลื่อนการเผาผนึกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ อนุภาคผงขนาดเล็กจะเอื้อต่อการขึ้นรูปชิ้นส่วน อย่างไรก็ตาม ผงที่มีอนุภาคละเอียดเกินไปจะทำให้ความลื่นไหลลดลง ความหนาแน่นหลวม และการนำไฟฟ้าของผงลดลง ความสามารถในการขึ้นรูปของผงจะลดลง และมีแนวโน้มที่จะเกิดการขึ้นรูปเป็นทรงกลมในระหว่างกระบวนการพิมพ์ ขนาดอนุภาคผงที่หยาบเกินไปจะลดกิจกรรมการเผาผนึกของผง ความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของผง และความแม่นยำในการขึ้นรูป
ดังนั้น ผงหยาบและผงละเอียดจึงถูกจับคู่อย่างเหมาะสมตามข้อกำหนดด้านสมรรถนะของชิ้นงานขั้นสุดท้าย เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นรวมและความลื่นไหลของผง ซึ่งเอื้อต่อการผลิตสารเติมแต่งแบบหลอมรวมผง นักวิจัยเชื่อว่าภายใต้ช่วงขนาดอนุภาคทั่วไปของกระบวนการผลิตสารเติมแต่งแบบหลอมรวมผงด้วยเลเซอร์ การใช้การกระจายขนาดอนุภาคที่กว้างขึ้นจะช่วยเพิ่มการเติมอนุภาคขนาดเล็กลงในช่องว่างระหว่างอนุภาคขนาดใหญ่ และปรับปรุงความหนาแน่นของผงในระหว่างกระบวนการวางผง
จากสถานะการวิจัยในปัจจุบันเกี่ยวกับอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงลักษณะของผงที่มีต่อคุณภาพการขึ้นรูป การเปลี่ยนแปลงขนาด สัณฐานวิทยา และสภาพพื้นผิวของผงส่งผลต่อการกระจายตัวของผงและคุณภาพการขึ้นรูปของผง ในแง่ของความหนาแน่นในการขึ้นรูป การกระจายตัวของขนาดอนุภาคที่เหมาะสม ความกลมที่สูงขึ้น และการลดแรงยึดเกาะระหว่างอนุภาค สามารถปรับปรุงความหนาแน่นแบบหลวมและคุณภาพการกระจายตัวของผง ลดจำนวนรูพรุนและข้อบกพร่องที่ไม่ถูกหลอมรวมในชิ้นงานขึ้นรูป และปรับปรุงความหนาแน่นในการขึ้นรูป
Modificación: haciendo que la nanoalúmina sea más perfecta
La nanoalúmina es un nuevo tipo de material inorgánico fino de alta funcionalidad. Desde la producción del polvo de nanoalúmina a mediados de la década de 1980, se ha profundizado en el conocimiento de este material de alta tecnología y se han descubierto muchas de sus características, como alta dureza, alta resistencia, resistencia al calor, resistencia a la corrosión y otras excelentes características. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial, la defensa nacional, la industria química, la microelectrónica y otros campos.
En la aplicación práctica de la nanoalúmina, la modificación del polvo siempre ha sido un trabajo muy importante.
¿Por qué se modifica?
En primer lugar, al ser un nanomaterial con múltiples características, la nanoalúmina es muy fácil de aglomerar debido a su tamaño de partícula extremadamente pequeño y su gran energía superficial. Si el fenómeno de aglomeración es particularmente grave, tendrá un gran impacto en las características de la nanoalúmina.
Además, la nanoalúmina puede utilizarse como biopelícula para la investigación médica de fármacos biológicos, pero la carga superficial del cristal, con carga superficial equilibrada, se distribuye de forma desigual debido a la presencia de defectos reticulares. La acumulación de defectos de carga superficial y áreas de carga espacial a nivel micrométrico genera un momento dipolar reticular. Cuando los materiales biológicos entran en contacto con la superficie de estos polvos, se produce un enriquecimiento, lo que provoca el bloqueo de los poros y la contaminación de la membrana.
Además, el aislamiento y la alta resistencia de la alúmina se utilizan como relleno en materiales como recubrimientos y caucho para mejorar la dureza, el aislamiento, la ductilidad y la resistencia al desgaste de los materiales. Sin embargo, la alúmina es una sustancia polar y presenta poca compatibilidad con materiales poliméricos apolares.
Por lo tanto, la modificación superficial de la alúmina ha atraído mucha atención.
La modificación superficial se refiere al tratamiento superficial de partículas sólidas mediante métodos físicos o químicos, es decir, al proceso de modificar deliberadamente las propiedades físicas y químicas y la morfología superficial de la partícula según las necesidades de la aplicación. Actualmente, existen dos métodos de modificación más prácticos. El primer método se denomina modificación orgánica superficial, ya que utiliza principalmente modificadores orgánicos. El segundo método es la modificación del recubrimiento inorgánico o modificación del recubrimiento superficial.
Modificación orgánica superficial
El objetivo de la modificación orgánica superficial de partículas de polvo ultrafino es hidrofobicizar su superficie mediante la unión de los grupos orgánicos correspondientes, mejorando así su rendimiento de dispersión y la compatibilidad interfacial en matrices orgánicas como resinas, cauchos y pinturas, optimizando así el proceso de procesamiento del producto y las propiedades mecánicas integrales de los materiales compuestos. Según su estructura química, los modificadores se dividen en ácidos grasos superiores o sus sales, ácidos grasos inferiores y agentes de acoplamiento.
(1) Modificación física del recubrimiento
La modificación física del recubrimiento o modificación del tratamiento de recubrimiento es un método que utiliza materia orgánica (siempre que se trate de un polímero, resina, surfactante, compuesto polimérico soluble en agua o aceite, jabón de ácido graso, etc.) para recubrir la superficie de las partículas y lograr el objetivo de la modificación. Se trata de un proceso para modificar simplemente la superficie de las partículas.
(2) Modificación química de la superficie
La modificación química de la superficie se logra mediante una reacción química o adsorción química entre el modificador de superficie y la superficie de la partícula. Es el método de modificación más utilizado en la producción.
(3) Modificación por injerto
La modificación por injerto es un proceso de modificación en el que se introducen olefinas monoméricas o poliolefinas en la superficie del polvo bajo ciertas condiciones de excitación externa. En ocasiones, es necesario excitar la olefina monomérica después de la introducción para polimerizarla.
Modificación del recubrimiento de la superficie
La modificación del recubrimiento de la superficie se refiere a la tecnología de modificación que consiste en recubrir uniformemente la superficie de partículas ultrafinas de polvo de alúmina con partículas sólidas más pequeñas o películas sólidas, modificando así la composición, estructura, apariencia y función original de la superficie.
Según el entorno y la forma de la reacción de recubrimiento, la naturaleza y el método del recubrimiento modificado entre partículas, los métodos de modificación del recubrimiento de la superficie se pueden dividir en método de precipitación química, método de recubrimiento por hidrólisis, método sol-gel, método de evaporación del disolvente, método mecanoquímico y método en fase gaseosa. Entre ellos, los tres primeros métodos son todos métodos de reacción en solución, es decir, la solución de sal soluble se precipita mediante agentes precipitantes e hidrólisis y luego se recubre sobre la superficie del polvo de partículas que se va a modificar.
การใช้แบเรียมซัลเฟตซึ่งเป็นสารตัวเติมคุณภาพเยี่ยมในการดัดแปลงไนลอนมีข้อดีอะไรบ้าง?
แบริอุมซัลเฟตหรือที่เรียกอีกอย่างว่าแบริต์เป็นสารประกอบอนินทรีย์ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีพิษ มีสูตรเคมีคือ BaSO4 แบริอุมซัลเฟตเป็นสารประกอบที่มีความหนาแน่นสูง มีความขาวสูง มีความเสถียรทางเคมีดี ทนต่อกรดและด่างได้ดี ไม่ละลายน้ำและกรดส่วนใหญ่ ลักษณะเหล่านี้ทำให้แบริอุมซัลเฟตถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขาอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาการดัดแปลงพลาสติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการดัดแปลงไนลอน (PA) ซึ่งแบริอุมซัลเฟตแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร
ไนลอนเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติทางกลดีเยี่ยม ทนทานต่อการสึกหรอ ทนต่อกรดและด่าง และหล่อลื่นได้เอง ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขาอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของไนลอน เช่น การดูดซับน้ำสูงและความเสถียรของมิติที่ไม่ดี ทำให้ขอบเขตการใช้งานจำกัด ดังนั้น การดัดแปลงไนลอนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ แบริอุมซัลเฟตเป็นสารตัวเติมที่เป็นกลาง มีบทบาทหลายประการในการดัดแปลงไนลอน เช่น การเสริมความแข็งแรง การทำให้เหนียวขึ้น และปรับปรุงความเงางาม
ผลการเสริมแรง
เนื่องจากเป็นสารตัวเติมอนินทรีย์ การเติมแบเรียมซัลเฟตสามารถปรับปรุงความแข็ง (โมดูลัส) และความแข็งของไนลอนได้อย่างมีนัยสำคัญ และเหมาะสำหรับชิ้นส่วนอุตสาหกรรมที่ต้องการโมดูลัสสูง (เช่น เฟืองและตลับลูกปืน) ผลการทดลองที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณแบเรียมซัลเฟตในนาโนเพิ่มขึ้น โมดูลัสการดัดและโมดูลัสแรงดึงของไนลอนก็จะดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อเศษส่วนมวลของแบเรียมซัลเฟตในนาโนมีค่าที่แน่นอน (เช่น 3%) คุณสมบัติทางกลของไนลอนจะถึงระดับสูงสุด ผลการเสริมแรงนี้ส่วนใหญ่เกิดจากความแข็งของแบเรียมซัลเฟตและการยึดเกาะที่ดีกับเมทริกซ์ไนลอน
เสถียรภาพของมิติ: ลดการหดตัวและการบิดตัวของไนลอนระหว่างการแปรรูปหรือการใช้งาน และปรับปรุงความแม่นยำของมิติ
อุณหภูมิการเสียรูปจากความร้อน (HDT): โดยจำกัดการเคลื่อนที่ของโซ่พอลิเมอร์ ปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุ และขยายการใช้งานไนลอนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (เช่น ชิ้นส่วนเครื่องยนต์รถยนต์)
เอฟเฟกต์เสริมความแข็งแกร่ง
นอกจากเอฟเฟกต์เสริมความแข็งแกร่งแล้ว แบเรียมซัลเฟตยังสามารถทำให้ไนลอนแข็งแกร่งขึ้นได้อีกด้วย ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคนาโนแบเรียมซัลเฟตและเมทริกซ์ไนลอนจะสร้างชั้นทรานสิชั่นยืดหยุ่น ซึ่งสามารถส่งผ่านและคลายความเครียดบนอินเทอร์เฟซได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงดูดซับและกระจายพลังงานจากแรงกระแทกภายนอก และปรับปรุงความเหนียวของวัสดุ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเมื่อปริมาณแบเรียมซัลเฟตเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่ง ประสิทธิภาพของวัสดุจะลดลงเนื่องจากการเกิดการเกาะกลุ่ม
ความเงาที่ดีขึ้น
แบเรียมซัลเฟตมีความสามารถในการสะท้อนแสงที่แข็งแกร่งในช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด ซึ่งทำให้สามารถแสดงความสว่างสูงในสูตรสีพลาสติกได้ เมื่อเลือกแบเรียมซัลเฟตที่มีขนาดอนุภาคที่เหมาะสมเพื่อเติมในไนลอน ความเงาของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการแปรรูปก็จะดีขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ ดัชนีการหักเหของแบเรียมซัลเฟตยังใกล้เคียงกับของพอลิเมอร์ เช่น ไนลอน จึงสามารถรักษาความสว่างและเฉดสีของเม็ดสีได้
การใช้งานจริง
ในการใช้งานจริง แบเรียมซัลเฟตมักจะกระจายอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์ไนลอนในรูปแบบนาโนเมตรโดยการผสมแบบหลอมละลาย วิธีนี้ใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ขนาด พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ และแรงต่อส่วนต่อประสานที่แข็งแกร่งของนาโนแบเรียมซัลเฟต และผสมผสานความแข็งแกร่ง ความเสถียรของมิติ และความเสถียรทางความร้อนของแบเรียมซัลเฟตเข้ากับความเหนียว ความสามารถในการแปรรูป และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของไนลอนได้อย่างลงตัว จึงทำให้ได้รับประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม
แบเรียมซัลเฟตแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่สำคัญ ความเหนียว และความเงาในการปรับเปลี่ยนไนลอน ด้วยการควบคุมเนื้อหาและการกระจายขนาดอนุภาคของแบเรียมซัลเฟตอย่างสมเหตุสมผล ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติเชิงกลของไนลอน ปรับปรุงความทนทานและความสวยงามของผลิตภัณฑ์ สร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบสูตรสำหรับสถานการณ์เฉพาะ และขยายขอบเขตการใช้งานของไนลอน
เมื่อเตรียมซิลิคอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยวคุณภาพสูง เราควรใส่ใจอะไรบ้าง?
วิธีการปัจจุบันในการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ประกอบด้วย: การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT), การเจริญเติบโตของสารละลายเมล็ดบน (TSSG) และการสะสมไอเคมีที่อุณหภูมิสูง (HT-CVD)
ในจำนวนนั้น วิธี PVT มีข้อดีคือมีอุปกรณ์ที่เรียบง่าย ควบคุมการทำงานได้ง่าย ราคาอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานต่ำ และได้กลายเป็นวิธีการหลักที่ใช้ในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม
1. เทคโนโลยีการเจือปนผงซิลิกอนคาร์ไบด์
การเจือปนธาตุ Ce ในปริมาณที่เหมาะสมในผงซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถบรรลุผลในการเจริญเติบโตที่เสถียรของผลึกเดี่ยว 4H-SiC การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าการเจือปนธาตุ Ce ในผงสามารถเพิ่มอัตราการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์และทำให้ผลึกเติบโตเร็วขึ้น สามารถควบคุมการวางแนวของซิลิกอนคาร์ไบด์ ทำให้ทิศทางการเจริญเติบโตของผลึกเป็นแบบเดี่ยวและสม่ำเสมอมากขึ้น ยับยั้งการสร้างสิ่งเจือปนในผลึก ลดการสร้างข้อบกพร่อง และทำให้ได้ผลึกผลึกเดี่ยวและผลึกคุณภาพสูงได้ง่ายขึ้น สามารถยับยั้งการกัดกร่อนที่ด้านหลังของผลึกและเพิ่มอัตราการเกิดผลึกเดี่ยวของผลึก
2. เทคโนโลยีควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมี
การไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนส่งผลต่อรูปแบบการเติบโตของผลึกและประสิทธิภาพการเติบโตของผลึกเป็นหลัก การไล่ระดับอุณหภูมิที่น้อยเกินไปจะนำไปสู่การปรากฏของสิ่งเจือปนในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึก และยังส่งผลต่ออัตราการขนส่งของสารในเฟสก๊าซ ส่งผลให้อัตราการเติบโตของผลึกลดลง การไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมีที่เหมาะสมช่วยให้ผลึก SiC เติบโตอย่างรวดเร็วและรักษาเสถียรภาพของคุณภาพผลึก
3. เทคโนโลยีควบคุมการเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD)
เหตุผลหลักในการเกิดข้อบกพร่อง BPD คือแรงเฉือนในผลึกเกินกว่าแรงเฉือนวิกฤตของผลึก SiC ส่งผลให้ระบบสลิปทำงาน เนื่องจาก BPD ตั้งฉากกับทิศทางการเติบโตของผลึก จึงเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึกและกระบวนการทำความเย็นผลึกในภายหลัง
4. เทคโนโลยีควบคุมการปรับอัตราส่วนส่วนประกอบในเฟสก๊าซ
ในกระบวนการเติบโตของผลึก การเพิ่มอัตราส่วนส่วนประกอบในเฟสก๊าซของคาร์บอน-ซิลิกอนในสภาพแวดล้อมการเติบโตเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการบรรลุการเติบโตที่มั่นคงของผลึกเดี่ยว เนื่องจากอัตราส่วนคาร์บอน-ซิลิกอนสูงสามารถลดการรวมตัวของขั้นตอนขนาดใหญ่และรักษาการสืบทอดข้อมูลการเจริญเติบโตบนพื้นผิวของผลึกเมล็ดพืช จึงสามารถยับยั้งการสร้างโพลีมอร์ฟได้
5. เทคโนโลยีการควบคุมความเครียดต่ำ
ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก การมีความเครียดจะทำให้ระนาบผลึกภายในของผลึก SiC โค้งงอ ส่งผลให้คุณภาพของผลึกต่ำหรืออาจถึงขั้นผลึกแตก และความเครียดที่มากจะนำไปสู่การเคลื่อนตัวของระนาบฐานของเวเฟอร์เพิ่มขึ้น ข้อบกพร่องเหล่านี้จะเข้าสู่ชั้นเอพิแทกเซียลระหว่างกระบวนการเอพิแทกเซียลและส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในภายหลัง
เมื่อมองไปข้างหน้า เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยว SiC คุณภาพสูงจะพัฒนาไปในหลายทิศทาง:
ขนาดใหญ่
การเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนได้ ขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ที่มีกำลังสูง
คุณภาพสูง
ผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง ในปัจจุบัน แม้ว่าคุณภาพของผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์จะได้รับการปรับปรุงอย่างมาก แต่ยังคงมีข้อบกพร่องบางประการ เช่น ไมโครไพพ์ การเคลื่อนตัว และสิ่งเจือปน ข้อบกพร่องเหล่านี้จะส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์
ต้นทุนต่ำ
ต้นทุนการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์สูง ซึ่งจำกัดการใช้งานในบางสาขา ต้นทุนการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถลดลงได้โดยการปรับกระบวนการเติบโตให้เหมาะสม ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และลดต้นทุนวัตถุดิบ
อัจฉริยะ
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี เช่น ปัญญาประดิษฐ์และข้อมูลขนาดใหญ่ เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จะค่อยๆ กลายเป็นอัจฉริยะ กระบวนการเติบโตสามารถตรวจสอบและควบคุมได้แบบเรียลไทม์ผ่านเซ็นเซอร์ ระบบควบคุมอัตโนมัติ และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพและการควบคุมของกระบวนการเติบโต ในเวลาเดียวกัน การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และเทคโนโลยีอื่นๆ สามารถใช้ในการวิเคราะห์และปรับข้อมูลการเจริญเติบโตให้เหมาะสม เพื่อปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพการผลิตของผลึก
เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงเป็นหนึ่งในจุดสำคัญในการวิจัยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จะพัฒนาและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง โดยสร้างรากฐานที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับการประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ในอุณหภูมิสูง ความถี่สูง พลังงานสูง และสาขาอื่นๆ
จะสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรงและต้นทุนของทัลคัมในการดัดแปลงพลาสติกได้อย่างไร?
ในอุตสาหกรรมพลาสติกในปัจจุบัน พลาสติกที่ดัดแปลงได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมและขอบเขตการใช้งานที่กว้างขวาง ทัลคัมซึ่งเป็นสารตัวเติมแร่ธาตุอนินทรีย์ที่สำคัญมีบทบาทสำคัญในการดัดแปลงพลาสติก
ไม่เพียงแต่ทัลคัมจะปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของผลิตภัณฑ์พลาสติกได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังลดต้นทุนการผลิตได้ในระดับหนึ่งอีกด้วย อย่างไรก็ตาม การควบคุมต้นทุนอย่างสมเหตุสมผลในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแรงได้กลายมาเป็นประเด็นสำคัญในการดัดแปลงพลาสติก เมื่อใช้แป้งทัลคัมในการดัดแปลงพลาสติก ความสัมพันธ์ระหว่างโมดูลัสการดัดงอ ความแข็งแรงในการรับแรงกระแทก ฯลฯ และต้นทุนจะสมดุลกันได้อย่างไรโดยการปรับปริมาณแป้งทัลคัมที่เติมลงไปและลักษณะของแป้ง
ทัลคัมเป็นแร่ธาตุแมกนีเซียมซิลิเกตตามธรรมชาติที่มีโครงสร้างเป็นแผ่น ในการดัดแปลงพลาสติก ทัลคัมสามารถปรับปรุงความแข็ง ความแข็งของพื้นผิว ความต้านทานการคืบคลานจากความร้อน ฉนวนไฟฟ้า และความเสถียรของมิติของผลิตภัณฑ์พลาสติกได้อย่างมีนัยสำคัญ ในเวลาเดียวกัน ยังสามารถเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงกระแทกของพลาสติก และปรับปรุงความลื่นไหลและคุณสมบัติในการแปรรูปของพลาสติกได้อีกด้วย ผลการเสริมความแข็งแรงนี้ส่วนใหญ่มาจากโครงสร้างไมโครเฟลกกี้ของทัลคัม ซึ่งสามารถสร้างจุดเชื่อมขวางทางกายภาพที่มีประสิทธิภาพในเมทริกซ์พลาสติก จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของพลาสติกได้
โมดูลัสการดัดเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการวัดความสามารถของพลาสติกในการต้านทานการเสียรูปจากการดัด การเติมแป้งทัลคัมลงในพลาสติกสามารถปรับปรุงโมดูลัสการดัดได้อย่างมาก เนื่องจากโครงสร้างที่แข็งของแป้งทัลคัมสามารถเพิ่มความสามารถในการรองรับโครงกระดูกของพลาสติก ทำให้มีโอกาสดัดและเสียรูปน้อยลงเมื่อได้รับแรงภายนอก อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเมื่อปริมาณแป้งทัลคัมที่เติมเพิ่มขึ้น ความหนืดของระบบจะเพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการประมวลผลของพลาสติก ดังนั้น ในการใช้งานจริง จำเป็นต้องพิจารณาการปรับปรุงโมดูลัสการดัดและความสมดุลของประสิทธิภาพการประมวลผลอย่างครอบคลุม
ความแข็งแรงในการรับแรงกระแทกเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการวัดความสามารถของพลาสติกในการต้านทานแรงกระแทก การเติมแป้งทัลคัมในปริมาณที่เหมาะสมลงในพลาสติกสามารถปรับปรุงความแข็งแรงในการรับแรงกระแทกได้ในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณแป้งทัลคัมที่เติมลงไปสูงเกินไป อาจทำให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลพลาสติกลดลง ส่งผลให้ความแข็งแรงของแรงกระแทกลดลง ดังนั้น ในขณะที่พยายามเพิ่มความแข็งแรง จำเป็นต้องควบคุมปริมาณแป้งทัลคัมที่เติมลงไปอย่างเหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบเชิงลบต่อความแข็งแรงของแรงกระแทก
ในการดัดแปลงพลาสติก กุญแจสำคัญในการรักษาสมดุลระหว่างความแข็งแรงและต้นทุนอยู่ที่การเลือกประเภทของทัลคัม ขนาดอนุภาค และปริมาณการเติมที่เหมาะสม ต่อไปนี้คือกลยุทธ์เฉพาะบางประการ:
1. เลือกทัลคัมคุณภาพสูง
ทัลคัมคุณภาพสูงมีความบริสุทธิ์สูงกว่าและโครงสร้างเกล็ดที่สมบูรณ์กว่า ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของพลาสติกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น แม้ว่าราคาของทัลคัมคุณภาพสูงจะค่อนข้างสูง แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพที่เกิดขึ้นมักจะชดเชยการเพิ่มขึ้นของต้นทุนได้ และยังเพิ่มมูลค่าเพิ่มให้สูงขึ้นอีกด้วย
2. ปรับการกระจายขนาดอนุภาคของทัลคัมให้เหมาะสม
การกระจายขนาดอนุภาคที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของทัลคัมในเมทริกซ์พลาสติก จึงมีบทบาทเสริมแรงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในเวลาเดียวกัน การกระจายขนาดอนุภาคที่เหมาะสมยังสามารถลดความหนืดของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลได้อีกด้วย
3. ควบคุมปริมาณการเติมอย่างแม่นยำ
การควบคุมปริมาณการเติมทัลก์อย่างแม่นยำทำให้สามารถรับรองความแข็งแรงได้ในขณะที่หลีกเลี่ยงผลกระทบเชิงลบต่อคุณสมบัติ เช่น ความแข็งแรงในการรับแรงกระแทก นอกจากนี้ ปริมาณการเติมที่เหมาะสมยังสามารถลดต้นทุนการผลิตและปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจได้อีกด้วย
4. ใช้ทัลก์ดัดแปลง
ทัลก์ดัดแปลงมีความสัมพันธ์ของอินเทอร์เฟซที่แข็งแกร่งกว่าและการกระจายตัวที่ดีขึ้น ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของพลาสติกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น แม้ว่าราคาของทัลก์ดัดแปลงจะค่อนข้างสูง แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพและการปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลที่เกิดขึ้นมักจะชดเชยการเพิ่มขึ้นของต้นทุนได้
14 วิธีในการเคลือบผิวด้วยผงละเอียดพิเศษ
ผงละเอียดพิเศษมักหมายถึงอนุภาคที่มีขนาดอนุภาคเป็นไมโครเมตรหรือนาโนเมตร เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุทั่วไปจำนวนมาก ผงละเอียดพิเศษจะมีพื้นที่ผิวเฉพาะที่ใหญ่กว่า มีกิจกรรมพื้นผิว และพลังงานพื้นผิวที่สูงกว่า จึงแสดงคุณสมบัติทางแสง ความร้อน ไฟฟ้า แม่เหล็ก ตัวเร่งปฏิกิริยา และคุณสมบัติอื่น ๆ ที่ยอดเยี่ยม ผงละเอียดพิเศษได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในฐานะวัสดุที่ใช้งานได้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในสาขาต่าง ๆ ของการพัฒนาเศรษฐกิจระดับชาติ
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาการเกาะกลุ่มและการกระจายตัวที่ไม่เหมือนใครของผงละเอียดพิเศษ ทำให้สูญเสียคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ ซึ่งจำกัดการใช้งานผงละเอียดพิเศษในอุตสาหกรรมอย่างจริงจัง
วิธีการเคลือบผิวผงละเอียดพิเศษ
1. วิธีการผสมเชิงกล ใช้แรงทางกล เช่น การอัดขึ้นรูป แรงกระแทก การเฉือน และแรงเสียดทาน เพื่อกระจายตัวปรับเปลี่ยนบนพื้นผิวด้านนอกของอนุภาคผงอย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้ส่วนประกอบต่าง ๆ สามารถแทรกซึมและแพร่กระจายเข้าหากันเพื่อสร้างการเคลือบ วิธีการหลักที่ใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ การบดด้วยลูกกลิ้ง การบดด้วยการกวน และการกระแทกด้วยกระแสลมความเร็วสูง
2. วิธีการปฏิกิริยาเฟสของแข็ง ผสมและบดเกลือโลหะหรือออกไซด์ของโลหะหลายชนิดตามสูตร จากนั้นเผาเพื่อให้ได้ผงเคลือบละเอียดมากโดยตรงผ่านปฏิกิริยาเฟสของแข็ง
3. วิธีไฮโดรเทอร์มอล ในระบบปิดที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง น้ำจะถูกใช้เป็นตัวกลางเพื่อให้ได้สภาพแวดล้อมทางกายภาพและเคมีพิเศษที่ไม่สามารถหาได้ภายใต้สภาวะความดันปกติ เพื่อให้สารตั้งต้นของปฏิกิริยาละลายหมดและไปถึงระดับความอิ่มตัวสูงสุดที่กำหนด จึงเกิดหน่วยการเจริญเติบโต จากนั้นจึงเกิดนิวเคลียสและตกผลึกเพื่อให้ได้ผงคอมโพสิต
4. วิธีโซล-เจล ขั้นแรก สารตั้งต้นของตัวดัดแปลงจะถูกละลายในน้ำ (หรือตัวทำละลายอินทรีย์) เพื่อสร้างสารละลายที่สม่ำเสมอ จากนั้นสารละลายและตัวทำละลายจะถูกไฮโดรไลซ์หรือทำให้เป็นแอลกอฮอล์เพื่อให้ได้ตัวดัดแปลง (หรือสารตั้งต้น) โซล จากนั้นอนุภาคเคลือบที่ผ่านการบำบัดเบื้องต้นจะถูกผสมอย่างสม่ำเสมอกับโซลเพื่อให้อนุภาคกระจายตัวสม่ำเสมอในโซล จากนั้นโซลจะถูกบำบัดให้เปลี่ยนเป็นเจล และเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้ผงที่เคลือบด้วยสารปรับเปลี่ยนบนพื้นผิว ซึ่งจะทำให้พื้นผิวของผงปรับเปลี่ยนได้
5. วิธีการตกตะกอน เติมสารปรับเปลี่ยนลงในสารละลายที่มีอนุภาคผง หรือเติมสารที่สามารถกระตุ้นการสร้างสารปรับเปลี่ยนในระบบปฏิกิริยา เพื่อให้ไอออนที่ปรับเปลี่ยนแล้วเกิดปฏิกิริยาตกตะกอนและตกตะกอนบนพื้นผิวของอนุภาค จึงทำให้อนุภาคเคลือบได้
6. วิธีการตกตะกอนแบบไม่สม่ำเสมอ (เรียกอีกอย่างว่า "วิธีการตกตะกอนแบบไม่สม่ำเสมอ") วิธีการที่เสนอขึ้นโดยอาศัยหลักการที่ว่าอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามบนพื้นผิวสามารถดึงดูดกันและจับตัวกัน
7. วิธีการเคลือบไมโครอิมัลชัน ขั้นแรก ผงละเอียดพิเศษที่จะเคลือบจะถูกเตรียมโดยแกนน้ำขนาดเล็กที่จัดทำโดยไมโครอิมัลชันประเภท W/O (น้ำในน้ำมัน) จากนั้นผงจะถูกเคลือบและดัดแปลงด้วยโพลีเมอไรเซชันไมโครอิมัลชัน
8. วิธีการสร้างนิวเคลียสที่ไม่สม่ำเสมอ ตามทฤษฎีกระบวนการตกผลึกของ LAMER ชั้นเคลือบจะเกิดขึ้นจากการสร้างนิวเคลียสที่ไม่สม่ำเสมอและการเติบโตของอนุภาคปรับเปลี่ยนบนเมทริกซ์ของอนุภาคที่เคลือบ
9. วิธีการชุบด้วยเคมี หมายถึงกระบวนการตกตะกอนโลหะด้วยวิธีเคมีโดยไม่ใช้กระแสไฟฟ้าภายนอก มีสามวิธี ได้แก่ วิธีการแทนที่ วิธีการชุบด้วยการสัมผัส และวิธีการลด
10. วิธีการของไหลเหนือวิกฤต เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ยังอยู่ในระหว่างการวิจัย ในสภาวะเหนือวิกฤต การลดความดันสามารถนำไปสู่การอิ่มตัวเหนือวิกฤต และสามารถบรรลุอัตราการอิ่มตัวเหนือวิกฤตที่สูง ทำให้สารละลายของแข็งตกผลึกจากสารละลายเหนือวิกฤต
11. การสะสมไอเคมี ที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง ก๊าซผสมจะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของสารตั้งต้น ทำให้ส่วนประกอบบางส่วนในก๊าซผสมสลายตัวและสร้างชั้นเคลือบโลหะหรือสารประกอบบนสารตั้งต้น
12. วิธีพลังงานสูง วิธีการเคลือบอนุภาคนาโนโดยใช้รังสีอินฟราเรด อัลตราไวโอเลต รังสีแกมมา การคายประจุโคโรนา พลาสมา ฯลฯ เรียกรวมกันว่าวิธีพลังงานสูง วิธีพลังงานสูงมักใช้สารบางชนิดที่มีหมู่ฟังก์ชันที่ใช้งานได้เพื่อให้เกิดการเคลือบพื้นผิวของอนุภาคนาโนภายใต้การกระทำของอนุภาคพลังงานสูง
13. วิธีการสลายตัวด้วยความร้อนแบบพ่น หลักการของกระบวนการคือการพ่นสารละลายผสมของเกลือหลายชนิดที่มีไอออนบวกที่จำเป็นลงในละออง ส่งเข้าไปในห้องปฏิกิริยาที่ได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด และสร้างอนุภาคผงคอมโพสิตละเอียดผ่านปฏิกิริยา
14. วิธีไมโครเอ็นแคปซูเลชั่น วิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวที่เคลือบฟิล์มสม่ำเสมอด้วยความหนาที่กำหนดบนพื้นผิวของผง ขนาดอนุภาคของไมโครแคปซูลที่เตรียมโดยทั่วไปคือ 2 ถึง 1,000 μm และความหนาของวัสดุผนังคือ 0.2 ถึง 10 μm
ผงนิกเกิลละเอียดพิเศษ ขนาดเล็ก แต่ให้ผลใหญ่!
ผงนิกเกิลละเอียดโดยทั่วไปหมายถึงนิกเกิลที่มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1μm ตามขนาดอนุภาค ผงนิกเกิลละเอียดมักจะแบ่งออกเป็นผงนิกเกิลเกรดไมครอน (ขนาดอนุภาคเฉลี่ย ≥ 1μm) ผงนิกเกิลเกรดซับไมครอน (ขนาดอนุภาคเฉลี่ย 0.1-1.0μm) และผงนิกเกิลเกรดนาโน (ขนาดอนุภาคเฉลี่ย 0.001-0.100μm) ผงนิกเกิลละเอียดมีลักษณะขนาดเล็ก กิจกรรมพื้นผิวสูง การนำไฟฟ้าดี และการนำไฟฟ้าแม่เหล็กดีเยี่ยม ใช้กันอย่างแพร่หลายในคาร์ไบด์ซีเมนต์ ตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้นของชิป วัสดุแม่เหล็ก ตัวเร่งปฏิกิริยาประสิทธิภาพสูง สารละลายตัวนำ วัสดุดูดซับ วัสดุป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า และสาขาอื่นๆ หลายสาขามีข้อกำหนดสูงสำหรับความบริสุทธิ์ การกระจายตัว และความกลมของผงนิกเกิล ดังนั้นการเตรียมผงนิกเกิลละเอียดทรงกลมที่มีความกลมดี ความบริสุทธิ์สูง และการกระจายตัวสูง จึงกลายเป็นจุดเน้นในการวิจัยปัจจุบันในการเตรียมผงนิกเกิล
ผงนิกเกิลละเอียดพิเศษถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาเทคโนโลยีชั้นสูงและอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย เนื่องจากมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง มีสภาพนำไฟฟ้าที่ดี มีกิจกรรมเร่งปฏิกิริยา และมีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก
สาขาอิเล็กทรอนิกส์และเซมิคอนดักเตอร์
ตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น (MLCC): ผงนิกเกิลละเอียดพิเศษเป็นวัสดุหลักสำหรับอิเล็กโทรดภายในของ MLCC ซึ่งมาแทนที่โลหะผสมแพลเลเดียม/เงินอันมีค่าแบบเดิม ช่วยลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูงและขนาดเล็ก
สารเคลือบตัวนำไฟฟ้าและบรรจุภัณฑ์: เนื่องจากมีความนำไฟฟ้าและการกระจายตัวสูง จึงใช้ในสารเคลือบตัวนำไฟฟ้าของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าและการกระจายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
วัสดุเซมิคอนดักเตอร์: เนื่องจากเป็นสารตัวเติมตัวนำไฟฟ้าในบรรจุภัณฑ์ชิป จึงช่วยเพิ่มการนำความร้อนและเสถียรภาพเชิงกลของวัสดุ
การกักเก็บและการแปลงพลังงาน
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: เนื่องจากเป็นวัสดุอิเล็กโทรดบวก (เช่น LiNiO2) จึงช่วยปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่และอายุการใช้งานได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับยานยนต์พลังงานใหม่และระบบกักเก็บพลังงาน
เซลล์เชื้อเพลิง: ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาไฮโดรเจน-ออกซิเจน) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพปฏิกิริยา ลดการใช้โลหะมีค่าแพลตตินัม และลดต้นทุน
ซูเปอร์คาปาซิเตอร์: เพิ่มความจุในการจัดเก็บประจุของวัสดุอิเล็กโทรดผ่านการปรับโครงสร้างระดับนาโนให้เหมาะสม
การเร่งปฏิกิริยาและการปกป้องสิ่งแวดล้อม
ปิโตรเคมี: ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพในการไฮโดรจิเนชัน ดีไฮโดรจิเนชัน และปฏิกิริยาอื่นๆ เพื่อปรับปรุงผลผลิตและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ เช่น ไฮโดรจิเนชันโทลูอีนเพื่อผลิตเมทิลไซโคลเฮกเซน
การปกป้องสิ่งแวดล้อม: ใช้สำหรับการบำบัดก๊าซเสียและน้ำเสีย การย่อยสลายสารมลพิษด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา และการลดการปล่อยสารอันตราย
การเร่งปฏิกิริยาพลังงานใหม่: ในการผลิตพลังงานไฮโดรเจน การผลิตไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพผ่านปฏิกิริยาปฏิรูปไอน้ำ (SMR) ส่งเสริมการพัฒนาพลังงานสะอาด
วัสดุแม่เหล็กและเทคโนโลยีการดูดซับคลื่น
ของเหลวแม่เหล็กและตัวกลางจัดเก็บ: กระจายในของเหลวตัวพาเพื่อสร้างของเหลวแม่เหล็ก หรือใช้ในอุปกรณ์จัดเก็บแม่เหล็กความหนาแน่นสูง (เช่น ดิสก์ควอนตัม)
วัสดุป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและดูดซับคลื่น: ผงนิกเกิลละเอียดพิเศษมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม วัสดุป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเตรียมได้โดยการผสมผงนิกเกิลละเอียดพิเศษกับวัสดุเมทริกซ์โพลีเมอร์ วัสดุคอมโพสิตหลายส่วนประกอบ เช่น ทองแดงและนิกเกิลมีคุณสมบัติในการดูดซับคลื่นและป้องกันที่ดีในช่วงความถี่สูง และสามารถใช้เป็นวัสดุล่องหนในช่วงความถี่สูงได้ โดยอิงจากการเคลือบผงนิกเกิลละเอียดพิเศษที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีล่องหนทางทหารและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของพลเรือน
อุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการผลิตขั้นสูง
โลหะผสมที่ทนอุณหภูมิสูง: เป็นสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม เหมาะสำหรับชิ้นส่วนเครื่องยนต์เครื่องบิน
คาร์ไบด์ซีเมนต์: แทนที่โคบอลต์เป็นโลหะยึดติด ใช้ในเครื่องมือตัดและชิ้นส่วนที่ทนทานต่อการสึกหรอ ลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพ
ชีวการแพทย์และวัสดุใหม่
ตัวพายาและการวินิจฉัยและการรักษา: ใช้ประโยชน์จากการตอบสนองทางแม่เหล็กและความเข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับการส่งยาแบบกำหนดเป้าหมายและการตรวจจับเครื่องหมายแม่เหล็ก
การพิมพ์ 3 มิติและวัสดุผสม: เป็นตัวเติมสำหรับการฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM) ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและความแม่นยำในการขึ้นรูปชิ้นส่วนที่ซับซ้อน
ข้อดีของผงนิกเกิลละเอียดพิเศษคือสามารถแทนที่วัสดุโลหะมีค่าที่มีราคาแพงกว่าได้ ทำให้ลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม สาขาการใช้งานเหล่านี้ต้องการผงนิกเกิลระดับนาโนที่มีโครงสร้างทรงกลมสม่ำเสมอ ขนาดเล็กและการกระจายขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ การกระจายตัวที่ดี ความหนาแน่นของแทปสูง ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่แข็งแกร่ง และคุณสมบัติอื่นๆ ซึ่งยังเป็นความท้าทายต่อกระบวนการเตรียมผงนิกเกิลระดับนาโนอีกด้วย
ข้อดีของวัสดุคาร์บอนในด้านการนำความร้อนและการกระจายความร้อน
ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และผลิตภัณฑ์ของอุปกรณ์เหล่านี้พัฒนาไปสู่การผสานรวมและการคำนวณขั้นสูง พลังงานที่สูญเสียไปจึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า การกระจายความร้อนได้กลายมาเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ การค้นหาวัสดุจัดการความร้อนที่มีค่าการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวงจรรวมรุ่นต่อไปและการออกแบบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สามมิติ
ค่าการนำความร้อนของวัสดุเซรามิกแบบดั้งเดิม (เช่น โบรอนไนไตรด์ อะลูมิเนียมไนไตรด์) และวัสดุโลหะ (เช่น ทองแดง อะลูมิเนียม) อยู่ที่เพียงไม่กี่ร้อย W/(m·K) เท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบแล้ว ค่าการนำความร้อนของวัสดุคาร์บอน เช่น เพชร กราไฟท์ กราฟีน นาโนทิวบ์คาร์บอน และคาร์บอนไฟเบอร์นั้นน่าทึ่งยิ่งกว่า ตัวอย่างเช่น กราไฟท์มีค่าการนำความร้อนทางทฤษฎีสูงถึง 4180 W/mk ในทิศทางขนานกับชั้นผลึก ซึ่งเกือบ 10 เท่าของวัสดุโลหะแบบดั้งเดิม เช่น ทองแดง เงิน และอะลูมิเนียม นอกจากนี้ วัสดุคาร์บอนยังมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความหนาแน่นต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และคุณสมบัติเชิงกลที่อุณหภูมิสูงที่ดี
กราฟีน
กราฟีนเป็นวัสดุพื้นผิวอะตอมคาร์บอนชั้นเดียวที่ลอกออกจากกราไฟต์ มีโครงสร้างระนาบสองมิติรูปรังผึ้งที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนชั้นเดียวที่เรียงกันแน่นเป็นรูปหกเหลี่ยมปกติ โครงสร้างมีความเสถียรมาก การเชื่อมต่อระหว่างอะตอมคาร์บอนภายในกราฟีนมีความยืดหยุ่นมาก เมื่อแรงภายนอกกระทำกับกราฟีน พื้นผิวอะตอมคาร์บอนจะโค้งงอและเสียรูป ทำให้อะตอมคาร์บอนไม่ต้องเรียงตัวใหม่เพื่อปรับตัวให้เข้ากับแรงภายนอก จึงรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างไว้ได้ โครงสร้างโครงตาข่ายที่เสถียรนี้ทำให้กราฟีนมีการนำความร้อนได้ดีเยี่ยม
นาโนท่อคาร์บอน
นับตั้งแต่มีการค้นพบนาโนท่อคาร์บอนในปี 1991 นาโนท่อคาร์บอนก็กลายเป็นจุดสนใจ ทำให้มีนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากสนใจศึกษาการนำความร้อนของนาโนท่อคาร์บอน คาร์บอนนาโนทิวบ์ทำจากแผ่นกราไฟต์ชั้นเดียวหรือหลายชั้นที่ม้วนงอ และแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ ผนังเดียว ผนังคู่ และผนังหลายชั้น
โครงสร้างพิเศษทำให้คาร์บอนนาโนทิวบ์มีค่าการนำความร้อนสูงมาก นักวิจัยบางคนคำนวณได้ว่าคาร์บอนนาโนทิวบ์ผนังเดี่ยวมีค่าการนำความร้อนที่อุณหภูมิห้อง 3980 W/(m·K) ค่าการนำความร้อนของคาร์บอนนาโนทิวบ์ผนังคู่คือ 3580 W/(m·K) และค่าการนำความร้อนของคาร์บอนนาโนทิวบ์ผนังหลายชั้นคือ 2860 W/(m·K)
เพชร
โครงสร้างผลึกของเพชรประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนเรียงตัวกันอย่างแน่นหนาในรูปทรงสี่หน้า และอิเล็กตรอนทั้งหมดมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะ ดังนั้น ค่าการนำความร้อนที่อุณหภูมิห้องจึงสูงถึง 2000~2100 W/(m·K) ซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนที่ดีที่สุดในธรรมชาติ คุณลักษณะนี้ทำให้ไม่สามารถแทนที่ได้ในด้านการกระจายความร้อนระดับสูง
คาร์บอนไฟเบอร์
คาร์บอนไฟเบอร์ได้รับการบำบัดด้วยคาร์บอนไนเซชันอุณหภูมิสูงเพื่อสร้างโครงสร้างกราไฟต์เทอร์โบสตราติก หากโครงตาข่ายกราไฟต์แนวแกนมีการวางแนวสูง ก็สามารถบรรลุการนำความร้อนที่สูงมากได้ ตัวอย่างเช่น การนำความร้อนของคาร์บอนไฟเบอร์แบบเมโซเฟสพิทช์คือ 1100 W/(m·K) และการนำความร้อนของคาร์บอนไฟเบอร์ที่ปลูกด้วยไอสามารถถึง 1950 W/(m·K)
กราไฟต์
กราไฟต์มีโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยม ประกอบด้วยเหลี่ยม 6 เหลี่ยมและระนาบฐานที่อัดแน่น 2 ระนาบ ชั้นแรกของกริดหกเหลี่ยมของอะตอมคาร์บอนจะเหลื่อมซ้อนกัน 1/2 ของเส้นทแยงมุมหกเหลี่ยมและทับซ้อนกันขนานกับชั้นที่สอง ชั้นที่สามและชั้นแรกจะทำซ้ำในตำแหน่งที่สร้างลำดับ ABAB... ค่าการนำความร้อนของกราไฟต์ธรรมชาติตามระนาบผลึก (002) คือ 2200 W/(m·K) และค่าการนำความร้อนในระนาบของกราไฟต์ไพโรไลติกที่มีการวางแนวสูงสามารถไปถึง 2000 W/(m·K) ได้เช่นกัน
วัสดุคาร์บอนที่กล่าวมาข้างต้นทั้งหมดมีค่าการนำความร้อนสูงมาก จึงดึงดูดความสนใจอย่างมากในด้านความต้องการการกระจายความร้อนสูง ต่อไปนี้ มาดูวัสดุนำความร้อน/กระจายความร้อนที่ทำจากคาร์บอนแบบคลาสสิกหลายๆ ชนิดกัน
วัสดุคาร์บอนซึ่งมีโครงสร้างผลึกและคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ ได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ทดแทนไม่ได้ในด้านการนำความร้อนและการกระจายความร้อน ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเตรียมและการขยายสถานการณ์การใช้งาน คาดว่าวัสดุที่ทำจากคาร์บอน เช่น กราฟีนและเพชรจะส่งเสริมโซลูชันการกระจายความร้อนในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อิเล็กทรอนิกส์และอวกาศไปสู่อีกระดับหนึ่ง
การประยุกต์ใช้การเตรียมผงโดยใช้เทคโนโลยีพลาสมาความร้อนในวัสดุการจัดการความร้อน
การทำให้ขนาดเล็กลงและการผสานรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำให้มีข้อกำหนดการกระจายความร้อนที่สูงขึ้นสำหรับวัสดุการจัดการความร้อนที่ใช้โพลีเมอร์ การพัฒนาสารตัวเติมที่มีการนำความร้อนสูงใหม่เพื่อสร้างเส้นทางการนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุวัสดุการจัดการความร้อนประสิทธิภาพสูง
เทคโนโลยีพลาสม่าความร้อนมีข้อได้เปรียบมากมายในการเตรียมผงทรงกลมขนาดนาโนและไมครอน เช่น ผงซิลิกอนทรงกลมและผงอะลูมินา เนื่องจากมีอุณหภูมิสูง บรรยากาศปฏิกิริยาที่ควบคุมได้ ความหนาแน่นของพลังงานสูง และมลพิษต่ำ
เทคโนโลยีพลาสม่าความร้อน
พลาสม่าเป็นสถานะที่สี่ของสสาร นอกเหนือไปจากของแข็ง ของเหลว และก๊าซ โดยรวมแล้วเป็นมวลรวมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอน แคตไอออน และอนุภาคที่เป็นกลาง ตามอุณหภูมิของอนุภาคหนักในพลาสม่า พลาสม่าสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท ได้แก่ พลาสม่าร้อนและพลาสม่าเย็น
อุณหภูมิของไอออนหนักในพลาสม่าร้อนสามารถสูงถึง 3×103 ถึง 3×104K ซึ่งโดยทั่วไปจะถึงสถานะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในพื้นที่ ในสถานะนี้ พลาสมาความร้อนจะมีความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้: อุณหภูมิอิเล็กตรอน Te = อุณหภูมิพลาสมา Th = อุณหภูมิการกระตุ้น Tex = อุณหภูมิปฏิกิริยาไอออไนเซชัน Treac ดังนั้น พลาสมาความร้อนจึงมีอุณหภูมิเทอร์โมไดนามิกที่สม่ำเสมอ
การเตรียมพลาสมาของผงทรงกลม
โดยอาศัยลักษณะเฉพาะของอุณหภูมิสูงและอัตราการเย็นตัวที่รวดเร็วของพลาสมาความร้อนความถี่สูง เทคโนโลยีการสะสมไอทางกายภาพจึงถูกนำมาใช้ในการเตรียมผงนาโน
มีสองวิธีหลักในการเตรียมผงทรงกลมด้วยพลาสมา
วิธีหนึ่งคือส่งผงวัตถุดิบที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอและขนาดใหญ่เข้าไปในส่วนโค้งอุณหภูมิสูงของพลาสมาความร้อน และใช้สภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงที่สร้างขึ้นโดยพลาสมาความร้อนเพื่อให้ความร้อนและหลอมละลายอนุภาควัตถุดิบอย่างรวดเร็ว (หรือหลอมละลายพื้นผิว) เนื่องจากแรงตึงผิว ผงที่หลอมละลายจึงสร้างทรงกลมและแข็งตัวด้วยอัตราการเย็นตัวที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ผงทรงกลม ประการที่สองคือการใช้ผงหรือสารตั้งต้นที่ไม่สม่ำเสมอเป็นวัตถุดิบและพลาสมาความร้อนเป็นแหล่งความร้อนอุณหภูมิสูง วัตถุดิบจะทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีฤทธิ์ภายในและจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วและสะสมเพื่อสร้างวัสดุผงที่เหมาะสม
การใช้ประโยชน์จากลักษณะเฉพาะของอุณหภูมิสูง พลังงานสูง บรรยากาศที่ควบคุมได้ และไม่มีมลพิษจากพลาสมาความร้อน ความบริสุทธิ์สูง ความเป็นทรงกลมสูง และผงทรงกลมขนาดต่างๆ สามารถเตรียมได้โดยการควบคุมพารามิเตอร์ในกระบวนการเตรียม เช่น การป้อน อัตราการทำความเย็น และพลังงานพลาสม่า ดังนั้น การใช้เทคโนโลยีพลาสม่าในการเตรียมผงทรงกลมจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในด้านพลังงาน อวกาศ อุตสาหกรรมเคมี และสาขาอื่นๆ
พื้นที่การใช้งานหลักและลักษณะเฉพาะของผงไมโครซิลิกอน
ผงซิลิกาเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะซึ่งมีซิลิกอนไดออกไซด์เป็นองค์ประกอบหลัก ทำจากควอตซ์ผลึก ควอตซ์หลอมรวม ฯลฯ เป็นวัตถุดิบ และผ่านการแปรรูปโดยการบด การคัดเกรดที่แม่นยำ การกำจัดสิ่งเจือปน และกระบวนการอื่นๆ ผงซิลิกามีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และการนำความร้อนสูง ผงซิลิกาใช้กันอย่างแพร่หลายในแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง สารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซี วัสดุฉนวน กาว สารเคลือบ เซรามิก และสาขาอื่นๆ
1. แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง
แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงเป็นวัสดุพื้นฐานที่สำคัญสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์ที่มีโครงสร้าง "แผ่นฟอยล์ทองแดง + ชั้นฉนวนไฟฟ้า (เรซินและวัสดุเสริมแรง) + แผ่นฟอยล์ทองแดง" เป็นวัสดุพื้นฐานต้นน้ำสำหรับระบบวงจรต่างๆ
ตัวเลือกของสารตัวเติมสำหรับแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง ได้แก่ ผงไมโครซิลิกอน อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ แป้งทัลคัม ผงไมกา และวัสดุอื่นๆ ผงไมโครซิลิกอนมีข้อได้เปรียบในด้านการทนความร้อน คุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางไฟฟ้า และการกระจายตัวในระบบเรซิน สามารถใช้เพื่อปรับปรุงความต้านทานความร้อนและความต้านทานความชื้น ปรับปรุงความแข็งของแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงบาง ลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ปรับปรุงเสถียรภาพของมิติ ปรับปรุงความแม่นยำในการวางตำแหน่งการเจาะและความเรียบของผนังด้านใน ปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างชั้นหรือระหว่างชั้นฉนวนและแผ่นทองแดง เป็นต้น จึงเป็นที่นิยมในสารตัวเติมแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง
ผงไมโครซิลิกอนทรงกลมมีประสิทธิภาพดีที่สุดแต่มีราคาสูง และใช้เฉพาะในด้านแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงระดับไฮเอนด์เท่านั้น ในแง่ของการนำความร้อน การเติม การขยายตัวเนื่องจากความร้อน และคุณสมบัติทางไฟฟ้า ประสิทธิภาพของผงไมโครซิลิกอนทรงกลมดีกว่า แต่ในแง่ของราคา ผงไมโครซิลิกอนเชิงมุมจะต่ำกว่า ดังนั้น เมื่อพิจารณาถึงประสิทธิภาพโดยรวมและต้นทุน ผงไมโครซิลิกอนทรงกลมจึงใช้เป็นหลักในสาขาของแผ่นลามิเนตหุ้มทองแดงระดับไฮเอนด์ เช่น แผ่นลามิเนตหุ้มทองแดงความถี่สูงและความเร็วสูง ตัวพา IC เป็นต้น และยิ่งสถานการณ์การใช้งานสูงขึ้น อัตราส่วนการเติมก็จะสูงขึ้น
2. สารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซี
สารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซีเป็นสารประกอบการขึ้นรูปผงที่ทำจากเรซินอีพอกซีเป็นเรซินพื้นฐาน เรซินฟีนอลิกประสิทธิภาพสูงเป็นตัวบ่ม ผงซิลิกอนเป็นตัวเติม และสารเติมแต่งหลากหลายชนิด เป็นวัสดุที่จำเป็นสำหรับบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ เช่น วงจรรวม (บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์มากกว่า 97% ใช้สารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซี)
3. วัสดุฉนวนไฟฟ้า
ผงซิลิกอนที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ฉนวนไฟฟ้าสามารถลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของผลิตภัณฑ์ที่บ่มแล้วและอัตราการหดตัวระหว่างกระบวนการบ่ม ลดความเครียดภายใน และปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุฉนวน จึงปรับปรุงและปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและทางไฟฟ้าของวัสดุฉนวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ความต้องการด้านการทำงานของลูกค้าในสาขานี้สำหรับผงไมโครซิลิกอนจึงสะท้อนให้เห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่ำ ความเป็นฉนวนสูง และความแข็งแรงเชิงกลสูง ในขณะที่ความต้องการคุณสมบัติทางไฟฟ้าและการนำความร้อนนั้นค่อนข้างต่ำ
ในสาขาของวัสดุฉนวนไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์ผงไมโครซิลิกอนที่มีข้อกำหนดเดียวที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 5-25µm มักจะถูกเลือกตามลักษณะของผลิตภัณฑ์ฉนวนไฟฟ้าและข้อกำหนดของกระบวนการผลิต และมีข้อกำหนดสูงสำหรับความขาวของผลิตภัณฑ์ การกระจายขนาดอนุภาค ฯลฯ
4. กาว
ผงไมโครซิลิกอนที่เติมในเรซินกาวสามารถลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของผลิตภัณฑ์ที่บ่มแล้วและอัตราการหดตัวระหว่างการบ่มได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลของกาว ปรับปรุงความต้านทานความร้อน ป้องกันการซึมผ่าน และประสิทธิภาพการกระจายความร้อน จึงปรับปรุงผลการยึดเกาะและการปิดผนึก
การกระจายขนาดอนุภาคของผงไมโครซิลิกอนจะส่งผลต่อความหนืดและการตกตะกอนของกาว จึงส่งผลต่อความสามารถในการแปรรูปของกาวและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นหลังจากการบ่ม
5. เซรามิกรังผึ้ง
เซรามิกรังผึ้งสำหรับฟอกไอเสียรถยนต์และวัสดุคอร์เดียไรต์สำหรับกรองไอเสียรถยนต์ DPF สำหรับฟอกไอเสียเครื่องยนต์ดีเซลทำจากอะลูมินา ผงไมโครซิลิกอน และวัสดุอื่นๆ ผ่านกระบวนการผสม การขึ้นรูปด้วยการอัดรีด การอบแห้ง การเผาผนึก และกระบวนการอื่นๆ ผงไมโครซิลิกอนทรงกลมสามารถปรับปรุงอัตราการขึ้นรูปและความเสถียรของผลิตภัณฑ์เซรามิกรังผึ้งได้