ઘર્ષક, પ્રત્યાવર્તન અથવા સિરામિક્સ ઉદ્યોગોમાં કામ કરનાર કોઈપણ વ્યક્તિ જાણે છે કેલીલો સિલિકોન કાર્બાઇડમાઇક્રોપાઉડર સાથે કામ કરવું ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. આ સામગ્રી, હીરા જેટલી કઠિનતા અને ઉત્તમ થર્મલ અને વિદ્યુત વાહકતા સાથે, કુદરતી રીતે ચોકસાઇ ગ્રાઇન્ડીંગ, ઉચ્ચ-ગ્રેડ રિફ્રેક્ટરીઝ અને ખાસ સિરામિક્સ માટે યોગ્ય છે. જો કે, ફક્ત તેની કઠિનતાને ધ્યાનમાં લેવી એ તેનો અસરકારક રીતે ઉપયોગ કરવા માટે પૂરતું નથી - આ દેખીતી રીતે સામાન્ય લીલા પાવડરમાં નજરે પડે તે કરતાં ઘણું બધું છે. ચાવી "કણોના કદ" માં રહેલી છે.
અનુભવી મટીરીયલ ઇજનેરો ઘણીવાર કહે છે, "કોઈ સામગ્રીનું મૂલ્યાંકન કરતી વખતે, પહેલા પાવડર જુઓ; પાવડરનું મૂલ્યાંકન કરતી વખતે, પહેલા કણો જુઓ." આ બિલકુલ સાચું છે. લીલા સિલિકોન કાર્બાઇડ માઇક્રોપાઉડરનું કણ કદ સીધું નક્કી કરે છે કે તે એક શક્તિશાળી સંપત્તિ હશે કે ડાઉનસ્ટ્રીમ એપ્લિકેશન્સમાં નોંધપાત્ર અવરોધ. આજે, આપણે આ કણ કદને કેવી રીતે નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે અને આ નિયંત્રણ પ્રાપ્ત કરવામાં સામેલ તકનીકી પડકારો વિશે ચર્ચા કરીશું.
I. "પીસવું" અને "અલગ કરવું": એક માઇક્રોન-સ્તરની "સર્જિકલ પ્રક્રિયા"
આદર્શ મેળવવા માટેલીલો સિલિકોન કાર્બાઇડ માઇક્રોપાઉડર, પહેલું પગલું એ છે કે મોટા લીલા સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ફટિકોને "તોડી નાખવા". આ તેમને હથોડીથી તોડવા જેટલું સરળ નથી, પરંતુ એક નાજુક પ્રક્રિયા છે જેમાં અત્યંત ચોકસાઈની જરૂર પડે છે.
મુખ્ય પ્રવાહની પદ્ધતિ યાંત્રિક ક્રશિંગ છે. ભલે તે કઠોર લાગે, તેમાં ઝીણવટભર્યું નિયંત્રણ જરૂરી છે. બોલ મિલ્સ સૌથી સામાન્ય "તાલીમ ગ્રાઉન્ડ" છે, પરંતુ સામાન્ય સ્ટીલ બોલનો ઉપયોગ સરળતાથી લોખંડની અશુદ્ધિઓ દાખલ કરી શકે છે. વધુ અદ્યતન પદ્ધતિઓ હવે શુદ્ધતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે સિરામિક લાઇનિંગ અને સિલિકોન કાર્બાઇડ અથવા ઝિર્કોનિયા ગ્રાઇન્ડીંગ બોલનો ઉપયોગ કરે છે. એકલા બોલ મિલિંગ પૂરતું નથી; ખાસ કરીને 10 માઇક્રોમીટર (µm) ની નીચે શ્રેણીમાં, ઝીણા અને વધુ સમાન માઇક્રોપાઉડર મેળવવા માટે, "એર જેટ મિલિંગ" નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ તકનીક હાઇ-સ્પીડ એરફ્લોનો ઉપયોગ કરે છે જેથી કણો અથડાય અને ઘર્ષણથી તૂટી જાય, જેના પરિણામે ન્યૂનતમ દૂષણ થાય છે અને પ્રમાણમાં સાંકડી કણોનું કદ વિતરણ થાય છે. જ્યારે અલ્ટ્રા-ફાઇન પાવડર (દા.ત., 1 µm થી નીચે) જરૂરી હોય ત્યારે ભીનું ગ્રાઇન્ડીંગ અમલમાં આવે છે. તે અસરકારક રીતે પાવડર એકત્રીકરણને અટકાવે છે, જેના પરિણામે વધુ સારી રીતે વિક્ષેપ સાથે સ્લરી બને છે.
જોકે, ફક્ત "ક્રશિંગ" પૂરતું નથી; વાસ્તવિક મુખ્ય ટેકનોલોજી "વર્ગીકરણ" માં રહેલી છે. ક્રશિંગ દ્વારા ઉત્પાદિત પાવડર અનિવાર્યપણે કદમાં બદલાય છે, અને અમારું લક્ષ્ય ફક્ત ઇચ્છિત કદ શ્રેણી પસંદ કરવાનું છે. આ રેતીના ઢગલામાંથી ફક્ત 0.5 થી 0.6 મિલીમીટરના વ્યાસવાળા રેતીના કણોને પસંદ કરવા જેવું છે. સૂકી હવા વર્ગીકરણ મશીનો હાલમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને મોટા આઉટપુટ સાથે બરછટ અને બારીક પાવડરને અલગ કરવા માટે કેન્દ્રત્યાગી બળ અને એરોડાયનેમિક્સનો ઉપયોગ કરે છે. પરંતુ એક કેચ છે: જ્યારે પાવડર પૂરતો બારીક બને છે (દા.ત., થોડા માઇક્રોમીટરથી નીચે), ત્યારે કણો વાન ડેર વાલ્સ ફોર્સ (એગ્લોમરેશન) ને કારણે એકસાથે ગંઠાઈ જાય છે, જેના કારણે હવા વર્ગીકરણકારો માટે વ્યક્તિગત કણોના કદના આધારે તેમને સચોટ રીતે અલગ કરવાનું મુશ્કેલ બને છે. આ કિસ્સામાં, ભીનું વર્ગીકરણ (જેમ કે કેન્દ્રત્યાગી સેડિમેન્ટેશન વર્ગીકરણ) ક્યારેક ઉપયોગી થઈ શકે છે, પરંતુ પ્રક્રિયા જટિલ છે અને ખર્ચ વધે છે.
તો, તમે જુઓ, સમગ્ર કણ કદ નિયંત્રણ પ્રક્રિયા મૂળભૂત રીતે "કચડી નાખવા" અને "વર્ગીકરણ" વચ્ચે સતત સંઘર્ષ અને સમાધાન છે. કચડી નાખવાનો હેતુ સૂક્ષ્મ કણો માટે છે, પરંતુ ખૂબ સૂક્ષ્મ કણો એકત્રીકરણ માટે સંવેદનશીલ હોય છે, જે વર્ગીકરણને અવરોધે છે; વર્ગીકરણનો હેતુ વધુ ચોકસાઈ માટે છે, પરંતુ ઘણીવાર સંકલિત સૂક્ષ્મ પાવડર સાથે સંઘર્ષ કરે છે. ઇજનેરો તેમનો મોટાભાગનો સમય આ વિરોધાભાસી માંગણીઓને સંતુલિત કરવામાં વિતાવે છે.
II. "અવરોધો" અને "ઉકેલ": કણ કદ નિયંત્રણના માર્ગ પર કાંટા અને પ્રકાશ
લીલા સિલિકોન કાર્બાઇડ માઇક્રોપાઉડરના કણોના કદને વિશ્વસનીય રીતે નિયંત્રિત કરવા માટે ફક્ત ક્રશિંગ અને વર્ગીકરણ કરતાં વધુનો સમાવેશ થાય છે. ઘણા વાસ્તવિક "અવરોધો" રસ્તામાં ઉભા છે, અને તેમને સંબોધ્યા વિના, ચોક્કસ નિયંત્રણ અશક્ય છે.
પહેલો અવરોધ "કઠિનતા" ને કારણે થતી પ્રતિક્રિયા છે.લીલો સિલિકોન કાર્બાઇડખૂબ જ કઠણ છે, તેને કચડી નાખવા માટે પ્રચંડ ઊર્જાની જરૂર પડે છે, જેના પરિણામે સાધનોનો ઘસારો થાય છે. અલ્ટ્રા-ફાઇન ગ્રાઇન્ડીંગ દરમિયાન, ગ્રાઇન્ડીંગ મીડિયા અને લાઇનર્સના ઘસારાને કારણે મોટી માત્રામાં અશુદ્ધિઓ ઉત્પન્ન થાય છે. આ અશુદ્ધિઓ ઉત્પાદનમાં ભળી જાય છે, જે તેની શુદ્ધતા સાથે ચેડા કરે છે. જો અશુદ્ધિનું સ્તર ખૂબ ઊંચું હોય તો કણોના કદને નિયંત્રિત કરવાની તમારી બધી મહેનત નિરર્થક બની જાય છે. હાલમાં, ઉદ્યોગ વધુ વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક ગ્રાઇન્ડીંગ મીડિયા અને લાઇનર સામગ્રી વિકસાવી રહ્યો છે, અને સાધનોની રચનામાં સુધારો કરી રહ્યો છે, આ બધું આ "ખડતલ વાઘ" સાથે ઝઝૂમવા માટે.
બીજો વાઘ બારીક પાવડરની દુનિયામાં "આકર્ષણનો નિયમ" છે - સમૂહ. કણો જેટલા બારીક હોય છે, તેટલો ચોક્કસ સપાટીનો વિસ્તાર મોટો હોય છે, અને સપાટીની ઊર્જા વધારે હોય છે; તેઓ કુદરતી રીતે "એકસાથે ગૂંથાઈ જાય છે". આ સમૂહ "નરમ સમૂહ" (આંતરપરમાણુ બળો દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવે છે, જેમ કે વાન ડેર વાલ્સ બળો, જે તોડવામાં પ્રમાણમાં સરળ હોય છે), અથવા વધુ ભયંકર "કઠણ સમૂહ" (જ્યાં ક્રશિંગ અથવા કેલ્સિનેશન દરમિયાન, કણોની સપાટી આંશિક રીતે ઓગળે છે અથવા રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે, તેમને ચુસ્તપણે એકસાથે વેલ્ડિંગ કરે છે) હોઈ શકે છે. એકવાર સમૂહ રચાય છે, પછી તેઓ કણોના કદ વિશ્લેષણ સાધનોમાં "મોટા કણો" તરીકે છૂપાવે છે, જે તમારા નિર્ણયને ગંભીર રીતે ગેરમાર્ગે દોરે છે; વ્યવહારિક એપ્લિકેશનોમાં, જેમ કે પોલિશિંગ પ્રવાહીમાં, આ સમૂહ વર્કપીસ સપાટીને ખંજવાળનારા "ગુનેગારો" છે. સમૂહ ઉકેલવો એ એક વૈશ્વિક પડકાર છે. ક્રશિંગ દરમિયાન ઉમેરણો ઉમેરવા અને પ્રક્રિયાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા ઉપરાંત, વધુ શક્તિશાળી અભિગમ એ છે કે પાવડર સપાટીને સંશોધિત કરવી, તેને સપાટીની ઉર્જા ઘટાડવા માટે "કોટિંગ" આપવું અને તેને સતત "એકસાથે ગૂંથાઈ જવા"થી અટકાવવું.
Ⅲ.ત્રીજો વાઘ "માપન" માં રહેલી અનિશ્ચિતતા છે.
તમે કેવી રીતે જાણો છો કે તમે જે કણનું કદ નિયંત્રિત કર્યું છે તે તમારા મતે છે તે જ છે? કણ કદ વિશ્લેષકો આપણી આંખો છે, પરંતુ વિવિધ માપન સિદ્ધાંતો (લેસર વિવર્તન, સેડિમેન્ટેશન, છબી વિશ્લેષણ), અને તે જ સિદ્ધાંત હેઠળ વિવિધ નમૂના વિક્ષેપ પદ્ધતિઓ પણ નોંધપાત્ર રીતે અલગ પરિણામો આપી શકે છે. આ ખાસ કરીને એવા પાવડર માટે સાચું છે જે પહેલાથી જ એકઠા થઈ ગયા છે; જો માપન પહેલાં યોગ્ય વિક્ષેપ પ્રાપ્ત ન થાય (દા.ત., વિક્ષેપકો ઉમેરવા, અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર), તો મેળવેલ ડેટા વાસ્તવિક પરિસ્થિતિથી ઘણો દૂર હશે. વિશ્વસનીય માપન વિના, ચોક્કસ નિયંત્રણ ફક્ત ખાલી વાત છે.
આ પડકારો હોવા છતાં, ઉદ્યોગ સતત ઉકેલો શોધી રહ્યો છે. ઉદાહરણ તરીકે, સમગ્ર પ્રક્રિયાનું શુદ્ધિકરણ અને બુદ્ધિમત્તા એક મુખ્ય વલણ છે. ઓનલાઈન કણ કદ દેખરેખ સાધનો દ્વારા, રીઅલ-ટાઇમ ડેટા પ્રતિસાદ અને ક્રશિંગ અને વર્ગીકરણ પરિમાણોનું સ્વચાલિત ગોઠવણ વધુ સ્થિર પ્રક્રિયા તરફ દોરી જાય છે. વધુમાં, સપાટી સુધારણા તકનીક પર વધુ ધ્યાન આપવામાં આવી રહ્યું છે, જે હવે હકીકત પછી "ઉપાય" નથી, પરંતુ સમગ્ર તૈયારી પ્રક્રિયામાં સંકલિત છે, સ્ત્રોતમાંથી સમૂહને દબાવી દે છે અને પાવડરની વિખેરાઈ અને એપ્લિકેશન સિસ્ટમ સાથે તેની સુસંગતતામાં સુધારો કરે છે. III. એપ્લિકેશનનો આહવાન: કણ કદ "ફિલોસોફરનો પથ્થર" કેવી રીતે બને છે?
કણોના કદને નિયંત્રિત કરવા માટે આટલી હદ સુધી કેમ જવું? વ્યવહારુ ઉપયોગો પર નજર નાખતાં તે સ્પષ્ટ થાય છે. ચોકસાઇ ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગના ક્ષેત્રમાં, જેમ કે નીલમ સ્ક્રીન અને સિલિકોન વેફરને પોલિશ કરવા, લીલા સિલિકોન કાર્બાઇડ માઇક્રો-પાઉડરનું કણ કદ વિતરણ એક "જીવનરેખા" છે. તેને અત્યંત સાંકડી અને સમાન કણ કદ વિતરણની જરૂર છે, જે "મોટા કદના કણો" (જેને "ઘર્ષક કણો" અથવા "કિલર કણો" પણ કહેવાય છે) થી સંપૂર્ણપણે મુક્ત હોય છે, અન્યથા એક ઊંડો ખંજવાળ સમગ્ર ખર્ચાળ વર્કપીસને બગાડી શકે છે. તે જ સમયે, પાવડરમાં સખત સમૂહ ન હોવા જોઈએ, અન્યથા પોલિશિંગ કાર્યક્ષમતા ઓછી હશે, અને સપાટીની પૂર્ણાહુતિ સંતોષકારક રહેશે નહીં. અહીં, નેનોસ્કેલ પર કણ કદ નિયંત્રણ સખત રીતે જાળવવામાં આવે છે.
સિરામિક ભઠ્ઠાના ફર્નિચર અને ઉચ્ચ-તાપમાન ભઠ્ઠીના લાઇનિંગ જેવા અદ્યતન પ્રત્યાવર્તન સામગ્રીમાં, કણોનું કદ નિયંત્રણ "કણ કદ વિતરણ" પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. બરછટ અને સૂક્ષ્મ કણો ચોક્કસ પ્રમાણમાં મિશ્રિત થાય છે; બરછટ કણો ફ્રેમવર્ક બનાવે છે, અને સૂક્ષ્મ કણો ખાલી જગ્યાઓ ભરે છે. આ ઉચ્ચ તાપમાને ગાઢ અને મજબૂત સિન્ટરિંગ માટે પરવાનગી આપે છે, જેના પરિણામે સારી થર્મલ શોક પ્રતિકાર થાય છે. જો કણોના કદનું વિતરણ ગેરવાજબી હોય, તો સામગ્રી કાં તો છિદ્રાળુ અને ટકાઉ નહીં હોય, અથવા ખૂબ બરડ અને ક્રેકીંગ થવાની સંભાવના હશે. બુલેટપ્રૂફ સિરામિક્સ અને વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક સીલિંગ રિંગ્સ જેવા ખાસ સિરામિક્સના ક્ષેત્રમાં, પાવડર કણોનું કદ સિન્ટરિંગ પછી માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને અંતિમ પ્રદર્શનને સીધી અસર કરે છે. અલ્ટ્રાફાઇન અને યુનિફોર્મ પાવડરમાં ઉચ્ચ સિન્ટરિંગ પ્રવૃત્તિ હોય છે, જે નીચા તાપમાને ઉચ્ચ ઘનતા અને સૂક્ષ્મ અનાજ સિરામિક્સ માટે પરવાનગી આપે છે, આમ તેમની શક્તિ અને કઠિનતામાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે. અહીં, કણનું કદ સિરામિક સામગ્રીને "મજબૂત" બનાવવાનું આંતરિક રહસ્ય છે.