Precizne keramične komponente za polprevodniško in meroslovno opremo: aplikacije aluminijevega oksida, SiC in silicijevega nitrida

Granit pritegne največ pozornosti pri oblikovanju ultra preciznih strojev, vendar vse večji delež zmogljivosti v sodobni polprevodniški in meroslovni opremi prihaja iz inženirske keramike. Kjer zasnova potrebuje električno izolacijo, izjemno odpornost proti obrabi, visoko togost pri nizki teži ali stabilnost pri toplotnem šoku, napredna keramika prekaša kovine in pogosto prekaša granit v določeni vlogi. Proizvajalci opreme, ki že gradijo na granitnih podlagah, vse pogosteje na njih določajo keramične vložke, vodila in ležaje. Ta članek primerja tri glavne materiale, aluminijev oksid, silicijev karbid in silicijev nitrid, prikazuje, kje si vsak od njih zasluži svoje mesto, in opisuje tipične natančne keramične komponente, izdelane iz njih, s praktičnimi navodili za naročanje delov po meri za risanje.

Trije materiali, tri različne moči

Nobena keramika ni najboljša v vsem in prva inženirska odločitev je uskladitev materiala z dolžnostjo. Spodnja primerjava povzema, kako se tri običajne strukturne keramike v praksi razlikujejo. Vrednosti se razlikujejo glede na razred in proizvajalca, zato tabelo obravnavajte kot vodilo pri izbiri in ne kot podatkovni list.

Aluminijev oksid je privzeta izbira in pokriva najširši spekter uporabe. Je odličen električni izolator, upira se obrabi zaradi drsnega stika in abrazivnih delcev, ima fino prekrito površino in stane občutno manj kot drugi dve keramiki. Za izolacijske distančnike, obrabne blazinice, merilne površine in splošne strukturne dele je aluminijev oksid običajno prvi pravi odgovor. Njegova toplotna razteznost je zmerno višja kot pri SiC, zato je treba v mešanih materialih vmesnik oblikovati ob upoštevanju te razlike.

Silicijev karbid je določen, kadar prevladujeta togost in toplotno obnašanje. Njegov modul elastičnosti je med najvišjimi med vsemi inženirskimi materiali, kar pomeni, da se del SiC manj upogiba pod enako obremenitvijo ali doseže enako togost pri manjši teži. Njegova toplotna prevodnost je visoka za keramiko, medtem ko je njeno raztezanje zelo nizko, zato komponente SiC ohranjajo geometrijo skozi cikle moči in so naravni partnerji granitnih struktur, katerih raztezanju se zelo približajo. Kompromisi so višja gostota kot aluminijev oksid, nižja lomna žilavost kot silicijev nitrid in višja cena zaradi težav pri sintranju in mletju. Zrcalne strukture, komponente z zračnim ležajem za visoke stopnje pospeševanja in natančni strukturni deli so klasične aplikacije SiC.

Silicijev nitrid je specialist za žilavost. Preživi toplotne šoke in udarne obremenitve, ki bi počili drugi dve keramiki, kar je primerno za strojno opremo, povezano z grelniki, ravnanje z deli, ki so izpostavljeni hitrim temperaturnim spremembam, in komponente, kjer bi bil zlom katastrofalen in ne le neprijeten. Kroglice kotalnih elementov iz Si3N4 so standardne v hibridnih ležajih za vretena strojnih orodij in natančne stopnje. Kjer delovni cikel vključuje stik, udar ali strme toplotne gradiente, SiN upraviči svojo premijo.

Tipične precizne keramične komponente

Isti trije materiali se pojavljajo v prepoznavni družini delov v polprevodniški in meroslovni opremi.

Keramični zračni ležaji in blazinice zračnih ležajev so ena najzahtevnejših aplikacij. Keramični zračni ležaj združuje gibanje zračnega filma brez trenja s stabilnostjo keramičnega telesa, keramika pa dodaja dve posebni prednosti: električno izolacijo med gibljivimi in fiksnimi deli ter odpornost proti koroziji v atmosferi čistih prostorov. SiC in porozni aluminijev oksid se uporabljajo tam, kjer ležaj sam nadzoruje porazdelitev zraka. Za ravnanje z rezinami in stopnje pregleda keramične zračne komponente preprečijo nastajanje delcev in kontaminacijo maziva, ki je kovinski ležaji ne morejo popolnoma odpraviti.

Keramična vodila za CMM in merilne stroje so druga večja družina. Prekrivane keramične vodilne tirnice in referenčne površine združujejo odpornost proti obrabi z majhno maso, kar zmanjšuje vztrajnost premikanja vozička in omogoča hitrejše merilne cikle pri enaki pogonski sili. Natančno keramično vodilo prav tako deluje tiho in ohranja svoj površinski značaj leta, saj nič ne rjavi in ​​se malo obrabi.

Keramični strukturni deli zapolnjujejo preostali ovoj: kvadratne cevi in ​​nosilci za lahke toge okvirje, orodne plošče in pritrdilni elementi, izolacijski odmiki med vročimi conami in natančnimi strukturami ter nosilci, ki ne smejo izkrivljati merilne poti. V polprevodniških komorah in opremi za obdelavo rezin so strukturni deli iz aluminijevega oksida standardni povsod, kjer bi plazma, kemikalije ali visoka napetost napadli kovino.

Komplet dopolnjujejo keramične merilne komponente. Kotniki, ravnala, merilni bloki in referenčne površine, narejene iz aluminijevega oksida ali SiC, služijo laboratorijem, ki potrebujejo izolirane reference brez obrabe s toplotnim obnašanjem, ki ustreza granitnim ploščam, na katerih se uporabljajo. Keramični kvadrat, ki se uporablja na granitni površinski plošči, tvori skoraj ekspanzijsko usklajen par, tako da kalibracija velja pri običajnih nihanjih sobne temperature.

Zakaj združiti keramiko z granitnimi strukturami

Številni najboljši modeli strojev uporabljajo oba materiala, kjer je vsak najmočnejši. Granitna podlaga predstavlja masivno, navlaženo, dimenzijsko mirno podlago; keramične komponente zagotavljajo izolirane, neobrabljive, lahke elemente na vrhu. Zlasti SiC se širi s hitrostjo, ki je blizu granitu, zato keramični vložki, prilepljeni ali privijačeni v granitne strukture, ostanejo v mehanski harmoniji ob temperaturnih spremembah. Ta hibridni pristop je zdaj pogost v arhitekturah CMM, stopnjah pregledovanja rezin in laserskih sistemih, in je praktičen razlog, da izberete dobavitelja, ki proizvaja oba materiala pod eno streho, saj je mogoče vmesnike prekrivati ​​in ujemati skupaj, namesto da se pogajata med dvema prodajalcema.

Naročanje keramičnih delov po meri po risbi

Precizni keramični deli so skoraj vedno po meri. tolerance, prekrite površine, luknje in vložke je treba načrtovati pred sintranjem in brušenjem, ker se keramika obdeluje z diamantnim orodjem in je ponovna obdelava draga. Nemoten postopek naročanja je videti takole: pošljete risbo, idealno kot STEP ali IGES za trdni model ter DWG ali PDF za tolerance, opombe in oblačke o površinski obdelavi; proizvajalec pregleda izbiro materiala glede na dajatev, potrdi dovoljeno krčenje pri sintranju in lastnosti za mletje ter vrne ponudbo s tolerancami, ki jih bo zavezal, in metodo pregleda za vsakega posebej. Dva praktična nasveta skrajšata zanko. Najprej navedite, katere površine so funkcionalne in katere kozmetične, kajti lepljenje vsake ploskve, ko sta zadevi samo dve, pomnoži stroške. Drugič, izrecno označite vse električne ali toplotne zahteve, saj je izbira razreda materiala pogosto odvisna od njih.

Kupci se včasih sprašujejo, ali je mogoče keramiko kombinirati s kovinskimi vložki tako kot granitne dele. Da, v določenih mejah: navojne kovinske vložke je mogoče prilepiti v keramična telesa, jekleni ali titanovi nastavki pa so običajno pritrjeni z lepili ali mehanskimi zadrževalci, zasnovanimi za nižjo žilavost keramike. Pregled zasnove bo označil, kjer kovinski vložek spremeni lokalno togost ali toplotno pot, zato je vredno te zahteve poslati s prvo risbo.

Zahtevajte kakovostne dokaze

Keramika je določena glede na razred, razredi z enakim imenom pa se lahko med dobavitelji zelo razlikujejo. Pred naročilom zahtevajte podatkovni list materiala za ponudbo, vključno z gostoto, upogibno trdnostjo, modulom elastičnosti in toplotnim raztezkom za dejansko stopnjo. Za precizne dele zahtevajte poročilo o pregledu dimenzij z vrednostmi ravnosti in vzporednosti prekritih površin, izmerjenih pri navedeni temperaturi, in potrdite, kako so bile referenčne značilnosti obdržane med brušenjem. Dobavitelji, ki merijo, kaj pošiljajo, bodo te dokumente zagotovili kot standardno prakso, poročila pa bodo postala vaša osnova za vhodni pregled in morebitna prihodnja ponovna naročila.

Pošljite svojo risbo za ponudbo

Če vaša oprema potrebuje izolacijske in obrabne dele iz aluminijevega oksida, konstrukcijske komponente iz SiC ali strojno opremo iz SiN za delovanje pri toplotnem udaru, nam pošljite svoje risbe v formatu STEP, IGES ali DWG skupaj z opisom delovanja: obremenitev, temperatura, okolje in natančnost, ki jo mora imeti del. Izdelujemoprecizne keramične komponentevključno z zračnimi ležaji, vodili, strukturnimi deli in merilnimi referencami, in tudi izdelujemokomponente iz silicijevega karbidaza aplikacije z največjo togostjo, poleg granitnih struktur, na katere se namestijo. Naši inženirji bodo pregledali risbe, priporočili razred materiala in zavezana toleranca ter vrnili ponudbo z dobavnim rokom, običajno v nekaj delovnih dneh. Izdelava po meri po vaši risbi je naša standardna praksa, pregled risbe pa je brezplačen.