Метод полировки алюмооксидной керамики

---

Глиноземистая керамика широко используются в высокотехнологичных отраслях промышленности благодаря своей высокой твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и превосходным электроизоляционным свойствам. Однако поверхность керамики из спеченного оксида алюминия обычно шероховатая и имеет микротрещины, что серьезно влияет на ее характеристики и надежность. Поэтому прецизионная полировка стала ключевым этапом последующей обработки, позволяющим повысить ее ценность.

Необходимость полировки керамики из оксида алюминия: основная проблема, которую необходимо решить
Неполированная поверхность керамики из оксида алюминия имеет много проблем, которые ограничивают ее применение в высокоточных и передовых областях. Полировка направлена на решение следующих основных проблем:

1. Проблема шероховатости поверхности: поверхность спеченного тела состоит из частиц размером в микроны или субмикроны, и присущая ей шероховатость может привести к высокому коэффициенту трения, плохой герметичности и сильному оптическому рассеиванию.
2. Повреждения поверхности и подповерхности: во время обработки и спекания зеленых тел часто возникают микротрещины, поры и остаточные напряжения, которые являются основными причинами снижения механической прочности и преждевременного выхода из строя компонентов.
3. Проблемы биосовместимости и чистоты: в медицине и пищевой промышленности шероховатые поверхности склонны к размножению бактерий и трудно поддаются тщательной очистке. Полировка позволяет получить гладкую и стерильную поверхность.
4. Электрические характеристики и целостность сигнала: в случае электронных подложек и изоляционных компонентов шероховатые поверхности могут влиять на распределение тока, увеличивать потери при передаче сигнала и вызывать частичные разряды.
5. Эстетика и тактильные ощущения: в случае бытовой электроники и роскошных компонентов зеркальный эффект с высоким уровнем блеска может значительно улучшить текстуру и ценность продукта.

Основные методы полировки и их технический анализ
Методы полировки керамики из оксида алюминия можно разделить на три категории в зависимости от принципа их действия: механическая полировка, химическая полировка и композитная полировка.

1. Механическая полировка
   Механическая полировка — это метод, при котором используются мелкие абразивы для физического резания и пластического деформирования керамических поверхностей с целью достижения гладкого эффекта.
   Принцип: В полировальный раствор добавляются алмаз, карбид бора, оксид алюминия и другие микроабразивные порошки. С помощью таких инструментов, как полировальные круги и полировальные ткани, они под давлением совершают относительное движение по поверхности заготовки, и материал удаляется за счет “микрорежущего” эффекта абразива.
   Общие процессы:
   Грубая полировка: используйте более крупные алмазные шлифовальные круги или шлифовальную пасту (например, W40-W10) для быстрого удаления припусков на обработку и крупных дефектов.
   Тонкая полировка: используйте более мелкие абразивы (например, W7-W1.5) и даже наноразмерные абразивы, чтобы постепенно уменьшить шероховатость поверхности.
   Зеркальная полировка: используйте мягкие полировальные диски, такие как бархатная ткань с алмазным или диоксидом кремния полировальным раствором, чтобы добиться зеркального эффекта с наноразмерной шероховатостью.
   Применение продукта:
   Керамические режущие инструменты: отполируйте поверхность держателя инструмента, чтобы уменьшить прилипание стружки и повысить долговечность.
   Кольцо механического уплотнения: обеспечьте ровную и гладкую торцевую поверхность для достижения герметичности без утечек.
   Текстильные фарфоровые детали: такие как направляющие для проволоки, высокая гладкость может эффективно предотвратить царапины на волокнах.
   Преимущества продукта:
   Зрелая технология с относительно низкими затратами на оборудование.
   Высокая адаптивность к форме заготовки, возможность обработки различных геометрических форм, таких как плоские и изогнутые поверхности.
   Высокая скорость удаления материала и высокая эффективность обработки.
   Ограничения:
   Легко вызвать повреждения под поверхностью и остаточные напряжения.
   Зависимость от опыта оператора высока, а контроль стабильности представляет собой сложную задачу.
2. Химико-механическая полировка
   Химико-механическая полировка — это комбинированная технология полировки, сочетающая механическую шлифовку с химической коррозией, и в настоящее время является наиболее распространенным методом для достижения глобальной планарности.
   Принцип: Во время процесса полирования химические компоненты в полировальном растворе (такие как кислота, щелочь или окислитель) вступают в реакцию с поверхностью оксида алюминия, образуя более мягкий модифицированный слой (например, гидратированный оксид алюминия), который затем удаляется под механическим воздействием полировальной подушки и абразива (обычно нанокремнезема или оксида церия). Этот режим ’мягкого шлифования твердого‘ значительно снижает повреждения, вызываемые чисто механической полировкой.
   Применение продукта:
   Производство интегральных схем: используется для полировки керамических подложек из оксида алюминия с целью получения плоских поверхностей атомного уровня для монтажа микросхем.
   Подложка для светодиодов: полированная сапфировая (Al ₂ O ∝ монокристаллическая) подложка для обеспечения качества эпитаксиального роста.
   Медицинские имплантаты, такие как шаровые головки искусственных суставов, обеспечивают высокую гладкость, предотвращая появление микротрещин и продлевая срок службы.
   Преимущества продукта:
   Он позволяет достичь чрезвычайно низкой шероховатости поверхности (Ra<1 нм) и чрезвычайно высокой плоскостности.
   Эффективно устраняйте повреждения под поверхностью и получайте идеальную кристаллическую поверхность.
   Хорошая стабильность переработки, подходит для крупномасштабного автоматизированного промышленного производства.
   Ограничения:
   Формула полировального раствора сложна, а его стоимость высока.
   Параметры процесса (давление, скорость, значение pH, расход) должны точно контролироваться.
3. Лазерная полировка
   Лазерная полировка — это передовая бесконтактная и высокоточная технология полировки.
   Принцип: с помощью лазерного луча высокой энергетической плотности сканируется поверхность керамики, при этом чрезвычайно тонкий материал на поверхности мгновенно плавится или испаряется. Под действием поверхностного натяжения расплавленный материал стекает в углубления на поверхности, создавая гладкий эффект “сглаживания пиков и заполнения впадин”, а затем быстро конденсируется, образуя гладкую поверхность.
   Применение продукта:
   Сложные трехмерные структурные компоненты, такие как проточные каналы микрореакторов и отполированные внутренние стенки сложных полостей лопаток турбин двигателей, труднодоступны для обработки традиционными методами.
   Медицинское оборудование: выборочная полировка хирургических инструментов или имплантатов с тонкой структурой.
   Преимущества продукта:
   Бесконтактная обработка, отсутствие износа инструмента, отсутствие механических нагрузок.
   Высокая точность обработки, хорошая управляемость и простота внедрения автоматизации.
   Может обрабатывать сложные геометрические формы, которые трудно обрабатывать традиционными методами.
   Ограничения:
   Инвестиции в оборудование огромны.
   Возможны микроструктурные изменения или термическая нагрузка из-за зоны термического влияния.
   Эффективность обработки относительно низкая.
4. Плазменная полировка
   Плазменная полировка — это метод сухой полировки, основанный на физико-химических взаимодействиях.
   Принцип: В вакуумной среде плазма генерируется путем возбуждения технологических газов (таких как CF ₄, Ar) с помощью высокочастотного источника питания. Активные ионы в плазме вступают в химическую реакцию с атомами керамической поверхности, образуя летучие продукты, или подвергаются бомбардировке высокоэнергетическими ионами для достижения физического распыления, что позволяет равномерно удалять поверхностные материалы.
   Применение продукта:
   Высокочистые электронные компоненты, такие как корпуса вакуумных трубок и радиочастотные окна, проходят процесс полировки без загрязнения и могут сохранять высокую чистоту материалов.
   Компоненты, требующие чрезвычайно высокой химической стабильности: весь процесс осуществляется в контролируемой среде без остатков жидкости.
   Преимущества продукта:
   Вся производственная среда чистая, и нет сброса химических отходов.
   Он может обеспечить изотропную полировку и равномерную обработку сложных форм.
   Отсутствие механических повреждений материала.
   Ограничения:
   Стоимость оборудования и эксплуатационных расходов высока.
   Скорость удаления материала обычно низкая.

Полировка керамики из оксида алюминия является междисциплинарной технической областью, и выбор метода зависит от комплексного учета качества поверхности, эффективности обработки, контроля затрат и геометрии заготовки.
При стремлении к высокой эффективности и экономичности механическая полировка по-прежнему остается лучшим выбором для многих промышленных применений.
Химико-механическая полировка является незаменимым золотым стандартом, когда речь идет о получении атомно-ровных и неповрежденных поверхностей.
При работе со сложными трехмерными структурами лазерная и плазменная полировка демонстрируют свои уникальные преимущества.

Керамика Brudeze поставляет и продает широкий ассортимент высококачественного кварцевого стекла, включая глиноземистую керамику, циркониевую керамику, керамику из нитрида кремния, керамику из нитрида алюминия, керамику из карбида кремния, керамику из карбида бора, биокерамику, обрабатываемую керамику и т.д. Мы можем удовлетворить требования заказчика к различным керамическим изделиям.