Penyelidikan tentang Penggunaan Serbuk Zirkonia dalam Penggilapan Ketepatan Tinggi
Dengan perkembangan pesat industri berteknologi tinggi seperti elektronik dan teknologi maklumat, pembuatan optik, semikonduktor dan seramik termaju, keperluan yang lebih tinggi diletakkan pada kualiti pemprosesan permukaan bahan. Khususnya, dalam pemesinan ultra ketepatan komponen utama seperti substrat nilam, kaca optik dan pinggan cakera keras, prestasi bahan penggilap secara langsung menentukan kecekapan pemesinan dan kualiti permukaan akhir.Serbuk zirkonia (ZrO₂), bahan bukan organik berprestasi tinggi, secara beransur-ansur muncul dalam bidang penggilap ketepatan mewah kerana kekerasannya yang sangat baik, kestabilan haba, rintangan haus, dan sifat penggilap, menjadi wakil kepada bahan penggilap generasi akan datang selepas serium oksida dan aluminium oksida.
I. Sifat Bahan bagiSerbuk Zirkonia
Zirkonia ialah serbuk putih dengan takat lebur yang tinggi (kira-kira 2700°C) dan pelbagai struktur kristal, termasuk fasa monoklinik, tetragonal dan padu. Serbuk zirkonia yang distabilkan atau separa stabil boleh diperolehi dengan menambahkan jumlah penstabil yang sesuai (seperti yttrium oksida dan kalsium oksida), membolehkan ia mengekalkan kestabilan fasa dan sifat mekanikal yang sangat baik walaupun pada suhu tinggi.
Serbuk zirkoniaKelebihan cemerlang tercermin terutamanya dalam aspek berikut:
Kekerasan tinggi dan keupayaan penggilap yang sangat baik: Dengan kekerasan Mohs 8.5 atau ke atas, ia sesuai untuk penggilap akhir pelbagai bahan kekerasan tinggi.
Kestabilan kimia yang kuat: Ia kekal stabil dalam persekitaran berasid atau sedikit beralkali dan tidak terdedah kepada tindak balas kimia.
Keterserakan yang sangat baik: Bersaiz nano atau submikron yang diubah suaiserbuk zirkoniamempamerkan penggantungan dan kebolehliliran yang sangat baik, memudahkan penggilapan seragam.
Kekonduksian haba yang rendah dan kerosakan geseran yang rendah: Haba yang dijana semasa menggilap adalah minimum, dengan berkesan mengurangkan tegasan haba dan risiko retakan mikro pada permukaan yang diproses.
II. Aplikasi Biasa Serbuk Zirkonia dalam Penggilapan Ketepatan
1. Penggilap Substrat Nilam
Kristal nilam, kerana kekerasannya yang tinggi dan sifat optik yang sangat baik, digunakan secara meluas dalam cip LED, kanta jam tangan, dan peranti optoelektronik. Serbuk zirkonia, dengan kekerasan yang serupa dan kadar kerosakan yang rendah, adalah bahan yang sesuai untuk penggilap mekanikal kimia (CMP) nilam. Berbanding tradisionalserbuk penggilap aluminium oksida, zirkonia meningkatkan kerataan permukaan dan kemasan cermin dengan ketara sambil mengekalkan kadar penyingkiran bahan, mengurangkan calar dan retakan mikro.
2. Penggilap Kaca Optik
Dalam pemprosesan komponen optik seperti kanta berketepatan tinggi, prisma dan muka hujung gentian optik, bahan penggilap mesti memenuhi keperluan kebersihan dan kehalusan yang sangat tinggi. Menggunakan ketulenan tinggiserbuk zirkonium oksidadengan saiz zarah terkawal 0.3-0.8 μm sebagai agen penggilap akhir mencapai kekasaran permukaan yang sangat rendah (Ra ≤ 1 nm), memenuhi keperluan ketat "tanpa cela" peranti optik.
3. Pinggan Cakera Keras dan Pemprosesan Wafer Silikon
Dengan peningkatan berterusan dalam ketumpatan storan data, keperluan untuk kerataan permukaan pinggan cakera keras menjadi semakin ketat.Serbuk zirkonia, digunakan dalam peringkat penggilapan halus permukaan pinggan cakera keras, mengawal kecacatan pemprosesan secara berkesan, meningkatkan kecekapan menulis cakera dan hayat perkhidmatan. Tambahan pula, dalam penggilap ultra-ketepatan wafer silikon, zirkonium oksida mempamerkan keserasian permukaan yang sangat baik dan sifat kehilangan yang rendah, menjadikannya alternatif yang semakin meningkat kepada ceria.
Ⅲ. Kesan Saiz Zarah dan Kawalan Serakan terhadap Hasil Penggilapan
Prestasi penggilapan serbuk zirkonium oksida berkait rapat bukan sahaja dengan kekerasan fizikal dan struktur kristalnya, tetapi juga dipengaruhi dengan ketara oleh taburan dan penyebaran saiz zarahnya.
Kawalan Saiz Zarah: Saiz zarah yang terlalu besar boleh menyebabkan calar permukaan dengan mudah, manakala terlalu kecil boleh mengurangkan kadar penyingkiran bahan. Oleh itu, serbuk mikro atau serbuk nano dengan julat D50 0.2 hingga 1.0 μm sering digunakan untuk memenuhi keperluan pemprosesan yang berbeza.
Prestasi Penyerakan: Kebolehserakan yang baik menghalang penggumpalan zarah, memastikan kestabilan penyelesaian penggilap, dan meningkatkan kecekapan pemprosesan. Sesetengah serbuk zirkonia mewah, selepas pengubahsuaian permukaan, mempamerkan sifat penggantungan yang sangat baik dalam larutan akueus atau berasid lemah, mengekalkan operasi yang stabil selama lebih berpuluh-puluh jam.
IV. Aliran Pembangunan dan Tinjauan Masa Depan
Dengan kemajuan berterusan teknologi nanofabrikasi,serbuk zirkoniasedang dinaik taraf ke arah ketulenan yang lebih tinggi, pengedaran saiz zarah yang lebih sempit dan kebolehserakan yang dipertingkatkan. Bidang berikut memerlukan perhatian pada masa hadapan:
1. Pengeluaran Besar-besaran dan Pengoptimuman Kos Skala NanoSerbuk Zirkonia
Menangani kos tinggi dan proses yang kompleks untuk menyediakan serbuk ketulenan tinggi adalah kunci untuk mempromosikan penggunaannya yang lebih luas.
2. Pembangunan Bahan Penggilap Komposit
Menggabungkan zirkonia dengan bahan seperti alumina dan silika meningkatkan kadar penyingkiran dan keupayaan kawalan permukaan.
3. Sistem Cecair Penggilap Hijau dan Mesra Alam
Membangunkan media penyebaran dan bahan tambahan yang tidak toksik dan terbiodegradasi untuk meningkatkan keramahan alam sekitar.
V. Kesimpulan
Serbuk zirkonium oksida, dengan sifat bahan yang sangat baik, memainkan peranan yang semakin penting dalam penggilapan ketepatan mewah. Dengan kemajuan berterusan dalam teknologi pembuatan dan permintaan industri yang meningkat, penerapanserbuk zirkonium oksidaakan menjadi lebih meluas, dan ia dijangka menjadi sokongan teras untuk bahan penggilap berprestasi tinggi generasi akan datang. Bagi syarikat yang berkaitan, seiring dengan trend naik taraf bahan dan mengembangkan aplikasi mewah dalam bidang penggilap akan menjadi laluan utama untuk mencapai pembezaan produk dan kepimpinan teknologi.