Strauji attīstoties optoelektronikai, pusvadītāju ražošanai un precīzai optikai, tirgus prasības pēc sagataves virsmas kvalitātes ir iegājušas sub-nanometru vai pat atomu līmeņa plakanuma laikmetā. Kā vienam no visbiežāk izmantotajiem pulēšanas abrazīviem alumīnija oksīda (korunda) Mosa cietība ir 9 (fāze), kas ir otrajā vietā pēc dimanta un silīcija karbīda, ļaujot tam efektīvi apstrādāt lielāko daļu cieto un trauslo materiālu. Vēl svarīgāk ir tas, ka, precīzi kontrolējot kristāla fāzi, tīrību, daļiņu izmēru un formu, ir iespējams sasniegt vairākus mērķus, sākot no ātras daļas noņemšanas līdz spoguļu pulēšanai bez bojājumiem, panākot optimālo līdzsvaru starp "cietību" un "stingrību" (ti, griešanas efektivitāti un virsmas aizsardzību).
Galvenie faktori, kas ietekmē alumīnija oksīda pulēšanas veiktspēju
Alumīnija oksīda pulēšanas veiktspēju nenosaka viens faktors; drīzāk tas rodas kristāla formas, morfoloģijas, daļiņu izmēra un saķepināšanas procesa kombinētās iedarbības rezultātā.
01 kristāla fāze: fāzes, fāzes un jaukto kristālu sinerģiskais efekts
-Al₂O3, ko parasti sauc par korundu, ir visstabilākā struktūra, visaugstākā cietība (Moss 9) un spēcīga ķīmiskā inerce,{1}}tas nešķīst ūdenī, skābēs un sārmos. Tas ir piemērots īpaši cietu pamatņu, piemēram, safīra un silīcija karbīda, slīpēšanai un rupjai pulēšanai, nodrošinot augstu noņemšanas ātrumu.
-Al₂O3, ko sauc arī par aktivēto alumīnija oksīdu, ir zemāka cietība (Moss 6–8), bet liels īpatnējais virsmas laukums un augsta reaģētspēja. Tā fāzes pārejas temperatūra ir zema (apmēram 600 grādi), tā viegli neveido cietus aglomerātus un atvieglo nanomēroga daļiņu sagatavošanu ar ārkārtīgi šauru daļiņu izmēru sadalījumu. Tas ir piemērots precīzai pulēšanai ar stingrām virsmas bojājumu prasībām, piedāvājot izcilu virsmas apdari.
Lai risinātu specializētus lietojumus, vadošie nozares uzņēmumi ir izstrādājuši jaukta kristāla alumīnija oksīda abrazīvus. Pielāgojot fāzes un fāzes attiecību, kompozītmateriālu abrazīvu var pielāgot, lai nodrošinātu noteiktu griešanas spēku, vienlaikus izmantojot fāzi, lai uzlabotu pēcpulēšanas virsmas kvalitāti, padarot to piemērotu īpašiem precīzas pulēšanas pielietojumiem.
02 Mikromorfoloģija: no "velšanas nobrāzuma" līdz "slīdošam nobrāzumam"
Tradicionālie abrazīvie materiāli lielākoties ir neregulāri leņķiski vai sfēriski. Lai gan daļiņas ar asām malām un stūriem nodrošina lielu sākotnējo griešanas spēku, tās viegli rada nejaušas skrāpējumus un galvenokārt tiek izmantotas rupjai pulēšanai. Sfēriskais alumīnija oksīds nodrošina labu plūstamību, lielisku izkliedējamību un virsmu bez asām malām, efektīvi novēršot mikroskrāpējumus un padarot to piemērotu smalkai pulēšanai.
Alumīnija oksīds ir augstas veiktspējas funkcionāls mikropulveris, kas ir parādījies pēdējos gados. Tas pieder pie -Al₂O3, un tam ir izteikta slāņveida struktūras iezīme ar augstu malu attiecību. Tā radiālais izmērs parasti svārstās no 5 līdz 50 μm, un tā biezums parasti ir no 100 līdz 500 nm. Labi attīstītiem kristāliem var būt arī regulāra sešstūra morfoloģija. Pulēšanas procesa laikā daļiņu plakanās virsmas izlīdzinās paralēli sagataves virsmai, radot slīdošu abrazīvu efektu, nevis parasto abrazīvo līdzekļu velmēšanas nobrāzumu. Šis raksturlielums sniedz trīs galvenās priekšrocības: ① mazāk skrāpējumu-izvairoties no nejaušiem bojājumiem, ko izraisa daļiņu uzgaļi; ② vienmērīgs spiediena sadalījums{10}}, kas padara daļiņas mazāk pakļautas lūzumiem un ievērojami uzlabo nodilumizturību; ③ augstas efektivitātes{11}}slīpēšanas spiediens tiek efektīvi pārveidots par griešanas spēku, kas var palielināt produkta iznākumu par 10–15% (piemēram, optisko lēcu pulēšanai).
03 Daļiņu izmērs: "Abpusgriezīgs zobens", kas nosaka noņemšanas ātrumu un virsmas raupjumu
Daļiņu izmērs ir viens no jutīgākajiem mainīgajiem, kas ietekmē pulēšanas veiktspēju:
Coarse size (>5 μm): liels griešanas spēks, tiek izmantots ātrai materiālu noņemšanai (piem., raupjai pulēšanai), bet rada augstu virsmas raupjumu un dziļi bojātu slāni.
Submikrona izmērs (0,1–1 μm): līdzsvaro noņemšanas ātrumu un virsmas kvalitāti, padarot to par galveno izvēli precīzai pulēšanai (piemēram, safīra un vafeļu smalkai pulēšanai).
Nano izmērs (<100 nm): leverages volume effects and surface effects to achieve atomic‑level flatness (Ra < 0.3 nm), but the removal rate is relatively low, mainly used for final finishing.
04 Saķepināšanas grāds un piedevas
Kontrolējot saķepināšanas temperatūru un laiku, var regulēt alumīnija oksīda keramikas blīvumu un graudu izmēru. Piedevas (saistvielas) ietekmē instrumentā esošo abrazīvo graudu turēšanas spēku, to izvietojumu un pašasināšanas izturēšanos, tādējādi netieši ietekmējot pulēšanas instrumenta cietību un kalpošanas laiku.