Diamanttrådsågning för kiselkarbid

Kiselkarbid (SiC) är ett hårt, elektriskt ledande material. Denna egenskap gör SiC idealiskt för användning i halvledarkomponenter där både fram- och bakåtströmmar har hög genomströmning.

Med hjälp av responsytmetoden konstruerades en analytisk modell som visar sambandet mellan skärkrafter och ytjämnhet vid ändfräsning av metallmatriskompositer med aluminium och kiselkarbidpartiklar vid olika viktprocentandelar av SiCp. Resultaten belyste hur processparametrarna hänger samman.

Trådsågning

Yrkesverksamma inom bygg- och rivningsbranschen kan använda diamanttrådssågning för att skära igenom betongkonstruktioner som är för stora eller för täta för konventionella skärmetoder. Metoden ger minimala dammutsläpp i luften samtidigt som den ger exakta snitt med rena kanter.

I denna process används en flexibel stålkabel försedd med diamantkulor som gradvis slipar bort det material som ska skäras. Tråden styrs längs ytan av en maskin som reglerar spänningen och hastigheten, medan vatten eller någon annan skärvätska smörjer och kyler den när den passerar genom materialet.

Bland fördelarna med laserskärning kan nämnas den relativt låga förlusten genom skärspåret, vilket minskar materialspillet. Detta är särskilt viktigt vid arbete med kostsamma råvaror, såsom kristallint kisel som används inom solcellsindustrin och halvledarindustrin; det minskade materialspillet sparar pengar åt företagen och möjliggör högre produktionsutbyte.

Precis som vid alla skärprocesser är det avgörande att veta hur man använder en trådsåg på rätt sätt för att optimera resultaten och undvika eventuella säkerhetsrisker. Detta innebär att man måste förstå utrustningens krav, följa gällande säkerhetsföreskrifter och tillämpa experttips för att maximera resultaten. Att välja rätt tråd för varje projekt och byta ut slitna trådar regelbundet är också av avgörande betydelse, eftersom detta säkerställer en oavbruten skärlinje och minskar eventuella säkerhetsrisker.

Trådsågning erbjuder många andra fördelar för material- och energiindustrin utöver att bara minska avfallet. Den kan användas för att skära kristallint kisel, safir och andra högvärdiga kristaller för användning i halvledarkomponenter eller för att omvandla volframgöt till skivor för telekomföretag.

En av de största fördelarna med att använda en flersträngad såg för betongskärning är dess mångsidighet: den kan skära igenom fler former och storlekar än traditionella sågar, samt tränga djupare in i konstruktioner än vad vanliga kapmaskiner eller diamantkedjesågar kan. Detta gör den idealisk för svåra och komplexa uppgifter, såsom att ta bort stålstöd inbäddade i betong från stödmurar eller att såga igenom betonglagren i stödmurar.

Slipning

SiC är en hård kemisk förening bestående av kisel och kol som förekommer naturligt i form av den sällsynta ädelstenen moissanit; vid industriell tillverkning används den dock ofta i pulver- eller kristallform som slipmedel. SiC var det första kommersiellt betydelsefulla halvledarmaterialet, där dess n-typ-ledningsförmåga kan justeras genom dopning med fosfor eller kväve, medan dess p-typ-ledningsförmåga kan ändras genom tillsats av aluminium eller beryllium; dess färglösa renhet beror på förekomsten av järnföroreningar; industriellt pulver är vanligtvis brunt till svart till färgen på grund av förekomsten av järnföroreningar; SiC används som slipmedel samt i keramiska plattor som används i skottsäkra västar eller som byggstenar i kristallradiokretsar.

Skivor av zirkoniumoxid-aluminiumoxid föredras ofta framför sådana av kiselkarbid vid tunga sliparbeten, tack vare sin överlägsna slitstyrka och hållbarhet. Kombinationen av zirkoniumoxid-aluminiumoxid och kiselkarbid bildar ett hybridmaterial som kallas kubiskt bornitrid (CBN), vilket gör det lämpligt för mycket lätta skär- eller finbearbetningsarbeten.

Kornformigt kiselkarbid kan även användas i en innovativ tryckteknik som kallas karborundumtryck, där kornet borstas på en aluminiumplatta och sedan pressas mot papper för att skapa en bild som är ingraverad i ytan istället för att sticka upp ovanför den. Kornformigt kiselkarbid har också visat sig vara användbart inom keramiken för att avlägsna glasyrdroppar från skeva krukor eller jämna ut möbelytor under bränningsprocessen.

Skärning

Kiselkarbid, som består av kisel och kol, förekommer naturligt i form av moissanit-ädelstenar, men framställs oftare som pulver eller kristaller och används som slipmedel. Kiselkarbid används också för att tillverka mycket hård keramik som används i skottsäkra västar; dessutom kan korn som appliceras på aluminiumplåtar med hjälp av karborundumtryck etsas bort med syra för att skapa linjer som sedan kan tryckas på papper.

Fram till nyligen hade forskare svårt att tillverka stora kiseldioxidplattor för användning i elektroniska komponenter, på grund av defekter som kallas mikrorör, vilka förstörde materialets elektriska egenskaper och gjorde tillverkningen omöjlig. Nu har dock forskare från Toyota Central R&D Labs och Denso Corporation upptäckt en innovativ teknik som kallas Repeated A-Face Growth, vilken gör kiselkarbidkristallerna praktiskt taget fria från mikrorör för chipstillverkning.

Tack vare ny teknik har det blivit möjligt att tillverka kiselkarbidgöt, det vill säga block av materialet som sedan kan skäras till enskilda skivor för användning i elektroniska enheter. Dessa kiselkarbidskivor kan komma att ersätta konventionella kiselskivor i högpresterande datorer som arbetar vid extrema temperaturer eller utsätts för strålning – eller på sikt leda till enheter som kan fungera i glödheta jetmotorer eller förbättra trådlösa kommunikations- och radarsystem.

Borrning

Kiselkarbidens låga värmeutvidgning gör det till ett attraktivt material för teleskopspeglar, medan dess låga vikt och styvhet gör det lämpligt för ramar i rymdfarkoster och satellitsubsystem. Kiselkarbid är ett bra val tack vare sin hårdare yta än aluminium samt sin låga värmeutvidgningskoefficient, höga draghållfasthet och kemiska beständighet, egenskaper som gör det lämpligt för de stora och tunga komponenter som krävs i dessa rymdfarkoster.

Borrning är en vanlig bearbetningsteknik som innebär att man med hjälp av ett borr skapar hål i olika former och storlekar i arbetsstycken, både med slät och grov yta. Borrning ger ytor med en tjocklek på cirka 32 mikro tum och kombineras ofta med andra processer för att förbättra ytfinheten, till exempel punktplaning eller uppborrning.

Vid borrning är det avgörande att använda lämplig säkerhetsutrustning. Ögonskydd är särskilt viktigt, eftersom även en liten metallbit kan orsaka bestående ögonskador. För att minimera riskerna rekommenderas att man använder skyddsglasögon som täcker inte bara ögonen utan hela ansiktet, samt annan skyddsutrustning såsom andningsskydd och öronproppar.

Kylvätskor kan användas under borrningen för att minska den värme som borrkronan alstrar och förhindra att arbetsstycket smälter eller bränns. Borrkronor består vanligtvis av snabbstål belagt med titannitrid för att motstå slitage och korrosion samt förbättra prestandan genom att minska friktionskrafterna och skärkrafterna.

Vibrationsborrning är en ny borrmetod som utnyttjar kontrollerade axiella vibrationer från borren för att bryta upp spån och snabbt och effektivt avlägsna dem från arbetsområdet, även i hårda material som titan och zirkonium. Denna process gör det möjligt att borra hål i olika storlekar snabbt och effektivt – till och med riktigt snabbt!

Kompositer med metallmatris förstärkta med kiselkarbid har stor potential inom elektronisk förpackning tack vare sina enastående egenskaper vad gäller hållfasthet, värmeledningsförmåga och styvhetsmodul. De höga bearbetningskostnaderna och den undermåliga hålkvaliteten hos konventionella metoder begränsar dock den kommersiella tillämpningen. Därför syftar denna forskning till att skapa en modell för artificiell intelligens baserad på fuzzylogik som förutsäger tryckkraft och vridmoment vid friktionsborrning av CuSiC-kompositer.