Olmos materiallari qanday tekislanadi?

Olmos materiallari qanday tekislanadi?

 

"Yakuniy yarimo'tkazgich materiali" sifatida e'tirof etilgan olmos, o'ziga xos kimyoviy barqarorlik bilan bir qatorda, tabiatdagi boshqa moddalar bilan tengsiz qattiqligi bilan faxrlanadi. Bu juda ko'p talab qilinadigan xususiyatlar uni tanlash materialiga aylantirsa-da, ular bir vaqtning o'zida qayta ishlash jarayonida katta qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi. Ushbu "eng qiyin" materiallarni-qanday qilib samarali va buzilmaydigan tarzda tekis va silliq qilish juda aniq ishlov berish sohasida uzoq vaqtdan beri asosiy muammo bo'lib kelgan. Hozirda faol izlanishlar va qoʻllash boʻyicha yigirmadan ortiq olmosni jilolash texnikasi-shu jumladan, mexanik jilo, kimyoviy{6}}mexanik jilo va lazerli jilo mavjud. Metodologiyalar xilma-xil bo'lsa-da, materialni olib tashlashning asosiy mexanizmlarini oxir-oqibat beshta asosiy turga bo'lish mumkin: mikro-yorilish, grafitlanish, bug'lanish, chayqalish va kimyoviy reaksiya.

Eng an'anaviy va intuitiv olib tashlash mexanizmi mikro-yorilishdir. Bu jarayon bir toshni boshqasiga urishga o'xshaydi; olmosli abraziv zarrachalar-yoki undan ham qattiqroq keramika polishing prokladkalaridan-olmos yuzasi bilan aloqa qilish, siqish va qo'llaniladigan bosim ostida surtish uchun foydalanadi. Olingan mexanik kesish kuchlari olmos yuzasidan mikroskopik material bo'laklarining sinishi va parchalanishini qo'zg'atish va shu bilan materialni olib tashlashga erishish uchun etarli. Ushbu mexanizmning eng muhim qo'llanilishi polishingning eng qadimgi va eng keng tarqalgan yondashuvlarini ifodalovchi mexanik laklash va jilolash usullari-usullarida topilgan. Biroq, bu "qattiq{8}}qattiq" yondashuv qimmatga tushadi: u ko'pincha olmosda mikroskopik yoriqlar va shikastlangan er osti qatlamini qoldiradi va shu bilan yakuniy sirt sifatini buzadi.

 

Ikkinchi mexanizm olmosning "Axilles to'pig'idan" mohirona foydalanadi: grafitizatsiya. Olmos va grafit allotroplar-ikkalasi ham butunlay uglerod atomlaridan tashkil topgan boʻlsada-ularning atom tuzilishi bir-biridan keskin farq qiladi. Olmosda uglerod atomlari mustahkam sp³ gibrid bog'lar bilan bog'langan bo'lib, qattiq uch o'lchovli panjara tuzilishini hosil qiladi-, bu materialni nihoyatda qattiq qiladi; aksincha, grafitdagi uglerod atomlari qatlamli strukturani hosil qilish uchun sp² gibridlanishidan foydalanadi, bunda qatlamlararo kuchlar zaif bo'lib, yumshoq to'qimalarga olib keladi. Qizig'i shundaki, buzilmas ko'ringan olmos aslida "metastabil holatda" mavjud bo'lsa, yumshoq grafit esa uglerodning haqiqiy "termodinamik jihatdan barqaror holatini" ifodalaydi. Bu shuni anglatadiki, muayyan sharoitlarda olmos energiya to'sig'ini engib, grafitga aylanishi mumkin. Masalan, katalizator bo'lmasa, olmosni taxminan 1500 darajaga qizdirish, uning yuzasi grafitga aylana boshlaydi; ammo, temir, kobalt yoki nikel kabi oʻtish metallarining-katalitik yordami bilan-bu oʻzgarish haroratini keskin 700 darajaga tushirish mumkin. Termokimyoviy polishing aynan shu printsipdan foydalanadi: yuqori harorat va katalitik ta'sirni qo'llash orqali olmos yuzasini osongina olinadigan grafit qatlamiga "yumshatadi" va shu bilan yuqori samarali planarizatsiyaga erishadi.

 

Yuqori energiyali nurlanish texnologiyalarining rivojlanishi bilan olimlar yana ikkita "tajovuzkor" olib tashlash mexanizmini kashf etdilar: bug'lanish va chayqalish. Yuqori intensivlikdagi lazer nuri olmos yuzasiga-fokuslanganda, u bir zumda materialning erish nuqtasiga (taxminan 4000–4500 K) yoki hatto qaynash nuqtasiga (taxminan 5170 Km) yetib,{3}}minuskulyar maydon ichida juda yuqori haroratlarni hosil qiladi. to'g'ridan-to'g'ri, shu bilan samarali kesish yoki materiallarni olib tashlash imkonini beradi. Ushbu termal effektlardan tashqari, qisqa{9}}to'lqin uzunlikdagi ultrabinafsha lazerlar uglerod atomlari orasidagi kimyoviy bog'lanishlarni to'g'ridan-to'g'ri uzish uchun fotokimyoviy effektlardan ham foydalanishi mumkin, bu esa aniqroq "sovuq" ishlov berish imkonini beradi. Issiqlik ta'siriga tayanadigan bug'lanishdan farqli o'laroq, püskürtme (shuningdek, chayqalish deb ataladi) jismoniy to'qnashuv jarayonidir. U olmos yuzasini bombardimon qilish uchun-yuqori energiyali zarrachalar nuridan-masalan, ion nurlari-foydalanadi; Bu zarralar ultra{16}}yuqori{17}}tezkor{15}}olov oqimiga o‘xshab, uglerod atomlari orasidagi kovalent bog‘lanishni buzish uchun o‘z impulslarini o‘tkazib, ularni kristall panjaradan samarali ravishda “taqib yuboradi”. Ion nurli parlatish aynan shu mexanizmga asoslanadi; chunki uni olib tashlashning aniqligi atom darajasiga yetishi mumkin, u juda past samaradorlik va yuqori xarajat evaziga-o‘ta yuqori sifatli yuzalarni beradi.

Yakuniy mexanizm-va hozirda ultra{1}}silliq, shikastsiz-yuzalarga- erishishning asosiy printsipi kimyoviy reaksiyadir. Bu olmosni to'g'ridan-to'g'ri kuchli kislotalar yoki asoslarga-, ular bilan xona haroratida ahamiyatsiz darajada reaksiyaga kirishishni o'z ichiga olmaydi-, aksincha, olmos yuzasidagi uglerod atomlarini gazsimon mahsulotlarga (masalan, uglerod oksidi yoki karbonat angidrid) oksidlash yoki shu orqali ajraladigan moddalar hosil qilish uchun oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalaridan foydalanadi. Kimyoviy{8}}mexanik jilo kontekstida materialni olib tashlash shunchaki mexanik ishqalanish jarayoni emas, balki kimyoviy reaktsiyalar va mexanik ta'sir o'rtasidagi sinergik o'zaro ta'sirdir. Birinchidan, abraziv suyuqlik ichidagi kuchli oksidlovchi moddalar olmos yuzasini oksidlab, nozik oksidli qatlam hosil qiladi. Keyinchalik, abraziv zarrachalarning mexanik abraziv ta'siri bu oksid qatlamini olib tashlaydi, yangi olmos yuzasini ochib beradi va shu bilan kimyoviy reaktsiyaning uzluksiz davom etishiga imkon beradi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, mexanik ishqalanish, shuningdek, olmos yuzasida nano o'lchamdagi panjara buzilish qatlamini keltirib chiqarishi, uning kimyoviy barqarorligini yanada pasaytiradi va kimyoviy reaktsiyani tezlashtiradi. Plazma{13}}yordamlangan sayqallash, aksincha, olmos yuzasidagi uglerod atomlari bilan reaksiyaga kirishish uchun plazma ichidagi reaktiv kislorod yoki vodorod atomlaridan foydalanadi, uchuvchi gazlar hosil qiladi va shu bilan{14}}zararsiz, atomik miqyosda{15} moddalarni olib tashlashga erishadi.

 

Qadimgi mexanik silliqlashdan yuqori{0}}energiya nurlari va kimyoviy{1}}mexanik ta'sirlarning sinergik o'zaro ta'sirini o'z ichiga olgan zamonaviy jarayonlargacha olmosni qayta ishlash uchun materiallarni olib tashlash mexanizmlari rivojlanish yo'li bilan rivojlandi: faqat jismoniy kuchga tayanishdan tortib, issiqlik energiyasidan mohirona foydalanishgacha va nihoyat kimyoviy reaktsiyalarni aniq boshqarishgacha. Mikro-yorilishning jismoniy "ayishi" orqalimi, grafitizatsiya va bug'lanish orqali "fazali o'zgarishlar" ni olib tashlash yoki kimyoviy reaktsiyalar orqali "konversiya" ni olib tashlash orqalimi, bu besh mexanizm alohida holda mavjud emas. Murakkab, kompozit silliqlash jarayonlarida bir nechta mexanizmlar ko'pincha birgalikda-birgalikda harakat qilib, ushbu "Materiallar qiroli"ni sinchkovlik bilan haykaltaroshlik va takomillashtirishda ishlaydi. Ushbu mikroskopik mexanizmlarni har tomonlama tushunish olmosli materiallarni samarali, aniq va kam zarar-qayta ishlashga erishish uchun nazariy asos bo'lib xizmat qiladi.