Verfahren zur Polierbehandlung von Aluminiumoxidkeramiken

Tonerde-Keramik werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Härte, Verschleißfestigkeit, hohen Temperaturbeständigkeit und chemischen Stabilität häufig in Bereichen wie Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau und Medizintechnik eingesetzt. Ihre hohe Härte und Sprödigkeit stellen jedoch auch eine große Herausforderung für das Polieren dar. Um die strengen Anforderungen an die Oberflächenqualität in verschiedenen Anwendungsszenarien zu erfüllen, gibt es verschiedene Polierverfahren für Aluminiumoxid-Keramik.

1. Mechanisches Polieren
   Mechanisches Polieren ist eine der traditionellsten Poliermethoden, bei der Polierscheiben oder Schleifscheiben in Kombination mit Polierpaste oder Schleifmitteln verwendet werden, um die Oberfläche von Aluminiumoxidkeramik unter einem bestimmten Druck mechanisch zu schleifen. Der Arbeitsvorgang läuft wie folgt ab:
   -Grobpolieren: Verwenden Sie grobkörnige Schleifmittel (z. B. Siliziumkarbid), um makroskopische Defekte auf der Oberfläche, wie Vorsprünge und Vertiefungen, schnell zu entfernen.
   -Feinpolieren: Ersetzen Sie nach und nach feinkörnige Schleifmittel (z. B. Diamantschleifpaste), um die Oberflächenglätte weiter zu verbessern.
   Die Vorteile des mechanischen Polierens liegen in der einfachen Ausrüstung, den geringen Kosten und der Eignung für Werkstücke verschiedener Formen und Größen. Seine Grenzen liegen jedoch in der leichten Wärmeentwicklung, die zu Mikrorissen in der Oberfläche führt, und in der unbefriedigenden Polierwirkung bei komplex geformten Werkstücken.
2. Chemisch-mechanisches Polieren (CMP)
   Beim chemisch-mechanischen Polieren werden die beiden Effekte der chemischen Korrosion und des mechanischen Schleifens kombiniert. Die chemischen Reagenzien in der Polierlösung reagieren mit der Oberfläche der Aluminiumoxidkeramik und bilden einen relativ weichen Reaktionsfilm, der dann durch die mechanische Reibung des Polierpads entfernt wird, um die Oberfläche zu glätten. Der Schlüssel liegt in der genauen Kontrolle von Parametern wie Zusammensetzung, pH-Wert, Temperatur, Polierdruck und Geschwindigkeit der Polierlösung.
   -Vorteile: Es kann hochpräzise Polieren, mit Oberflächenrauhigkeit reduziert auf unter Ra0,1 μ m, geeignet für komplexe geformte Werkstücke, und hat minimale thermische Schäden an der Oberfläche zu erreichen.
   -Anwendbare Szenarien: Weit verbreitet in der Elektronikindustrie (z. B. Substrate für integrierte Schaltkreise) und im optischen Bereich (z. B. optische Linsen).
3. Elektrolytisches Polieren
   Das elektrolytische Polieren beruht auf dem Prinzip der Elektrochemie, wobei keramische Werkstücke aus Aluminiumoxid als Anoden verwendet und in einen speziellen Elektrolyten eingelegt werden. Unter der Einwirkung eines elektrischen Gleichstromfeldes wird die Oberfläche anodisch aufgelöst. Aufgrund der höheren elektrischen Feldstärke der mikrokonvexen Teile auf der Oberfläche ist die Auflösungsrate schneller als die der konkaven Teile, so dass die Oberfläche eher flach ist.
   -Vorteile: Es beschädigt das Keramiksubstrat nicht, hat eine gleichmäßige Oberflächenqualität, keine mechanischen Kratzer und kann außerdem eine dichte Oxidschicht auf der Oberfläche bilden, was die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
   Anwendbare Szenarien: häufig in der Medizin (z. B. künstliche Gelenke, Zahnimplantate) und in der Luft- und Raumfahrt verwendet.
4. Polieren mit Ultraschall
   Beim Ultraschallpolieren wird die Hochfrequenzschwingung von Ultraschallwellen genutzt, um einen Hochgeschwindigkeitsstoß und einen Poliereffekt zwischen dem Polierwerkzeugkopf und der Oberfläche von Aluminiumoxidkeramik zu erzeugen. Der Prozess ist wie folgt:
   -Geräte: Der Ultraschallgenerator wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um, die eine hochfrequente Vibration des Werkzeugkopfes verursacht.
   -Vorteile: Geeignet für komplex geformte Werkstücke, mit geringer Polierkraft, weniger anfällig für Risse und Verformungen und hoher Poliereffizienz.
   -Anwendbare Szenarien: Schmuckherstellung (z. B. Keramikschmuck) und Formenbau.
5. Laserbearbeitung und Ultraschallbearbeitung
   Die Laserbearbeitung und die Ultraschallbearbeitung sind gängige moderne Polierverfahren für Aluminiumoxidkeramiken. Bei der Laserbearbeitung werden hochenergetische Laserstrahlen eingesetzt, um Keramikoberflächen lokal zu erwärmen und zu schmelzen und so die Oberfläche zu glätten. Bei der Ultraschallbearbeitung werden hochfrequente Schwingungen eingesetzt, um Oberflächenmaterialien zu entfernen. Der Vorteil dieser beiden Verfahren ist die hohe Bearbeitungsgenauigkeit, die sich für Werkstücke mit hohen Präzisionsanforderungen eignet.
6. Andere Methoden
   -Glasurverfahren: Geeignet für Produkte, die eine extrem hohe Oberflächenglätte erfordern. Durch Auftragen einer Glasurschicht auf die Oberfläche von Keramik wird nach dem Hochtemperatursintern eine glatte Oberfläche erzeugt.
   -Ionenimplantationsverfahren: Die Ionenimplantation wird an der Oberfläche von Aluminiumoxidkeramik durchgeführt, um die Oberflächeneigenschaften zu verbessern und die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials weiter zu erhöhen.

Vorschläge für die Wahl einer geeigneten Poliermethode
Bei der Wahl des Polierverfahrens für Aluminiumoxid-Keramik müssen Faktoren wie Form, Größe, Anforderungen an die Oberflächenqualität und Kosten des Werkstücks umfassend berücksichtigt werden. Zum Beispiel:
-Bei Werkstücken mit einfachen Formen und geringen Anforderungen an die Oberflächenqualität kann das mechanische Polieren bevorzugt werden.
-Für hochpräzise Werkstücke wie Substrate für elektronische Bauteile oder optische Linsen ist das chemisch-mechanische Polieren die ideale Wahl.
-Für komplexe Formen oder spröde Materialien sind Ultraschallpolieren oder elektrolytisches Polieren besser geeignet.

Es gibt verschiedene Polierverfahren für Aluminiumoxid-Keramik, jedes mit seinen einzigartigen Vorteilen und Anwendungsszenarien. Durch eine sinnvolle Auswahl und Optimierung des Polierverfahrens kann die Oberflächenqualität von Aluminiumoxidkeramik effektiv verbessert werden, um den Anforderungen der verschiedenen Anwendungsbereiche gerecht zu werden.