نشر أسلاك الماس لكربيد السيليكون

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة صلبة موصلة للكهرباء. وهذه الخاصية تجعل SiC مثالية للاستخدام كأجهزة أشباه موصلات ذات تيارات أمامية وعكسية تعمل بإنتاجية عالية.

باستخدام منهجية سطح الاستجابة، تم إنشاء نموذج تحليلي يربط بين قوى القطع وخشونة السطح لطحن مركبات المصفوفة المعدنية من جسيمات كربيد السيليكون المصنوعة من كربيد السيليكون في نهاية الطحن بنسب وزنية مختلفة من كربيد السيليكون. أبرزت النتائج الترابط بين معلمات العملية.

نشر الأسلاك

يمكن لمحترفي البناء والهدم استخدام المنشار السلكي الماسي لقطع الهياكل الخرسانية الكبيرة أو الكثيفة للغاية بالنسبة لطرق القطع التقليدية، مما ينتج عنه الحد الأدنى من انبعاثات الغبار المحمولة في الهواء مع إنشاء قطع دقيق بحواف نظيفة.

تستخدم هذه العملية كابل فولاذي مرن مزود بخرز ماسي يعمل على تآكل المواد التي يتم قطعها تدريجياً. يتم توجيه هذا السلك على طول سطحه بواسطة ماكينة تتحكم في الشد والسرعة بينما يعمل الماء أو سائل قطع آخر على تزييته وتبريده أثناء مروره عبر المادة.

تشمل مزايا القطع بالليزر معدل فقدان الشق المنخفض نسبياً، مما يقلل من المواد المهدرة. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة عند التعامل مع المواد الخام المكلفة مثل السيليكون البلوري المستخدم في الخلايا الكهروضوئية وأشباه الموصلات؛ حيث إن انخفاض معدل الفاقد من المواد يوفر أموال الشركات ويسمح بزيادة الإنتاجية.

مثل أي عملية قطع، فإن معرفة كيفية استخدام المنشار السلكي بشكل صحيح أمر بالغ الأهمية لتحسين النتائج وتجنب مخاطر السلامة المحتملة. ويتضمن ذلك فهم متطلبات المعدات واتباع احتياطات السلامة المناسبة واستخدام نصائح الخبراء لتحقيق أقصى قدر من النتائج. كما أن اختيار السلك المناسب لكل مشروع واستبدال الأسلاك البالية بانتظام أمران في غاية الأهمية لأن ذلك يضمن خط قطع غير متقطع ويقلل من مخاطر السلامة المحتملة.

يوفر النشر السلكي العديد من المزايا الأخرى لصناعات المواد والطاقة بخلاف مجرد تقليل النفايات. فيمكن استخدامه لتقطيع السيليكون البلوري والياقوت وغيرها من البلورات عالية القيمة لاستخدامها في أجهزة أشباه الموصلات أو تحويل سبائك التنغستن إلى رقائق لشركات الاتصالات.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام منشار متعدد الأسلاك لقطع الخرسانة في تعدد استخداماته: حيث يمكنه قطع أشكال وأحجام أكثر من المناشير التقليدية، فضلاً عن اختراقه لأعماق أعمق في الهياكل أكثر مما تستطيع ماكينات القطع القياسية أو المناشير الماسية. وهذا يجعله مثاليًا للقيام بالمهام الصعبة والمعقدة مثل استخراج الدعامات الفولاذية المغطاة بالخرسانة من الجدران الاستنادية أو قطع طبقات الجدران الاستنادية الخرسانية.

الطحن

SiC هو مركب كيميائي صلب يتكون من السيليكون والكربون ويتواجد بشكل طبيعي كجوهرة المويسانيت النادرة؛ ومع ذلك، غالباً ما يتضمن الإنتاج الصناعي مسحوقاً أو على شكل بلورات لاستخدامها كمادة كاشطة. كان SiC أول مادة شبه موصلة ذات أهمية تجارية، حيث يمكن تعديل توصيلها من النوع n من خلال التخدير بالفوسفور أو النيتروجين بينما يمكن تغيير توصيلها من النوع p من خلال إضافة الألومنيوم أو البريليوم؛ وينتج نقاؤها عديم اللون عن شوائب الحديد الموجودة؛ وعادة ما يكون المسحوق الصناعي بني إلى أسود اللون بسبب شوائب الحديد الموجودة؛ ويستخدم SiC كمادة كاشطة وكذلك ألواح السيراميك المستخدمة في السترات الواقية من الرصاص أو تستخدم ككتل بناء لدوائر الراديو البلورية.

غالبًا ما يتم تفضيل أقراص زركونيا الألومينا على تلك المكونة من كربيد السيليكون لعمليات الطحن الثقيلة، نظرًا لمقاومتها الفائقة للتآكل والمتانة. يشكل مزيج زركونيا الألومينا مع كربيد السيليكون مادة هجينة تعرف باسم نيتريد البورون المكعب (CBN)، مما يجعلها مناسبة لعمليات القطع أو التشطيب الخفيفة جدًا.

يمكن أيضًا استخدام كربيد السيليكون الحبيبي في تقنية مبتكرة للطباعة تعرف باسم الطباعة بالكاربوروندوم، حيث يتم فرش حبيباته على صفيحة ألومنيوم ثم الضغط على الورق لإنتاج صورة محفورة في سطحه بدلاً من رفعها فوقه. كما أثبت كربيد السيليكون الحبيبي فائدته في صناعة السيراميك لإزالة القطرات الزجاجية من الأواني المشوهة أو أسطح الأثاث الملساء أثناء عمليات الحرق.

القطع

يوجد كربيد السيليكون، المكون من السيليكون والكربون، بشكل طبيعي كأحجار مويسانيت كريمة ولكن يتم إنتاجه بشكل أكثر تواتراً كمسحوق أو بلورات ويستخدم كمادة كاشطة. كما يصنع كربيد السيليكون أيضًا سيراميكًا شديد الصلابة يستخدم في السترات الواقية من الرصاص؛ وعلاوة على ذلك، يمكن حفر الحبيبات التي توضع على ألواح الألومنيوم باستخدام الطباعة بالكربون بالحمض لإنتاج خطوط يمكن طباعتها بعد ذلك على الورق.

كان العلماء يواجهون صعوبة في إنتاج رقائق كبيرة من كربيد السيليكون لاستخدامها في الأجهزة الإلكترونية حتى وقت قريب، وذلك بسبب عيوب تعرف باسم الأنابيب الدقيقة التي تدمر خصائصها الكهربائية وتجعل إنتاجها مستحيلاً. أما الآن، فقد توصل باحثون من مختبرات تويوتا المركزية للبحث والتطوير وشركة دينسو إلى تقنية مبتكرة تعرف باسم النمو المتكرر للوجه A-Face Growth التي تجعل بلورات كربيد السيليكون خالية تقريباً من الأنابيب الدقيقة لإنتاج الرقائق.

أصبحت سبائك كربيد السيليكون، أو كتل من المادة التي يمكن بعد ذلك تقطيعها إلى رقائق فردية لاستخدامها في الأجهزة الإلكترونية، ممكنة بفضل التكنولوجيا الجديدة. وقد تحل رقائق كربيد السيليكون هذه محل رقائق السيليكون التقليدية في أجهزة الكمبيوتر عالية الطاقة التي تعمل في درجات حرارة عالية أو التعرض للإشعاع - أو قد تؤدي في نهاية المطاف إلى أجهزة قادرة على العمل مع المحركات النفاثة الساخنة أو تحسين أنظمة الاتصالات اللاسلكية والرادار.

الحفر

إن التمدد الحراري المنخفض لكربيد السيليكون يجعله مادة جذابة لمرايا التلسكوبات، في حين أن خفة وزنه وإطاراته الصلبة للمركبات الفضائية والأنظمة الفرعية للأقمار الصناعية. ويُعد كربيد السيليكون خيارًا جيدًا بسبب صلابة سطحه مقارنةً بالألومنيوم بالإضافة إلى انخفاض معامل التمدد الحراري وقوة الشد العالية وخصائص المقاومة الكيميائية التي تجعله مناسبًا لمثل هذه المكونات الكبيرة والثقيلة التي تتطلبها هذه المركبات الفضائية.

الحفر هو تقنية تصنيع آلي تستخدم على نطاق واسع وتتضمن إنشاء ثقوب باستخدام مثقاب بأشكال وأحجام مختلفة في قطع العمل، سواء كانت ناعمة أو خشنة في التشطيب. ينتج الحفر أسطحًا بسماكة تقترب من 32 ميكرو بوصة وكثيرًا ما يتم دمجها مع عمليات أخرى لتحسين تشطيب السطح، مثل التسطيح الموضعي أو التوسيع.

عند الحفر، من الضروري ارتداء معدات السلامة المناسبة. تعتبر حماية العين ضرورية بشكل خاص لأن شظية معدنية صغيرة واحدة يمكن أن تسبب ضررًا دائمًا للعين؛ ولتقليل المخاطر، يوصى بارتداء نظارات السلامة التي لا تغطي العينين فقط بل الوجه بالكامل، بالإضافة إلى أشكال أخرى من الحماية مثل أقنعة التنفس وسدادات الأذن.

يمكن استخدام المبردات أثناء الحفر لتقليل الحرارة المتولدة من اللقم ومنع ذوبان قطعة العمل أو احتراقها. عادةً ما تتكون لقم الثقب من الفولاذ عالي السرعة المطلي بنيتريد التيتانيوم لمقاومة التآكل والتآكل بالإضافة إلى تعزيز الأداء من خلال تقليل قوى الاحتكاك وقوى القطع.

الحفر بالاهتزاز هو نهج جديد للحفر يستخدم الاهتزاز المحوري المتحكم فيه للحفار لتفتيت البُرادة وإزالتها من منطقة العمل بسرعة وكفاءة، حتى في المواد القاسية مثل التيتانيوم والزركونيوم. تسمح هذه العملية بحفر ثقوب بأحجام مختلفة بسرعة وكفاءة - حتى بسرعة!

توفر مركبات المصفوفة المعدنية المعززة بكربيد السيليكون إمكانات كبيرة في التغليف الإلكتروني نظرًا لخصائصها الاستثنائية من حيث القوة والتوصيل الحراري ومعامل الصلابة. ومع ذلك، فإن تكاليف التصنيع العالية للطرق التقليدية وجودة الثقب دون المستوى تحد من الاعتماد التجاري. ولذلك، يسعى هذا البحث إلى إنشاء نموذج ذكاء اصطناعي يعتمد على المنطق الضبابي الذي يتنبأ بقوة الدفع وعزم الدوران أثناء الحفر الاحتكاكي لمركبات CuSiC.