מוט זכוכית חשמלית בעלת עיבוד קל, סגסוגת Macor, צפיפות נמוכה

1. סקירה כללית של קרמיקה זכוכיתנית עיבודית

 1.1 מבוא כללי

מ' קרמיקה זכוכיתנית עיבודית המבוססת על מيكا  isא חומר מורכב אי-אורגני דו-שלבי ,שמאגד את היכולת לעצב את הזכוכית עם יציבות החום הגבוהה והבידוד של הקרמיקה המתקדמת. היא נקראת לעיתים קרובות  קרמיקה זכוכיתנית בשל המיקרו-מבנה البلורי הייחודי שלה של מיקה גדולה, שמאפשר חיתוך מכני קל.

 1.2הרכב כימי ומיקרו-מבנה

 • מבנה דו-שלבי: כ-55% גבישים של פלורופלוגופיט מיקה משובצים באופן אחיד בתוך מטריצה זכוכיתית של בורוסיליקט באחוזים של 45%.

 • רבדי המיקה יוצרים מיקרו-ערוצים שכבותיים מחוברים זה לזה; סדקים מתפצלים לאורך שכבות המיקה בעת החיתוך, ומניעים שבירת אסון – זהו המנגנון המרכזי שעומד בבסיס יכולת עיבוד ייחודית .

 • חומר מלא לחלוטין, ללא כל פרוץ פתוח, חומר מסיבי לבן דומה לפורצלן, עם משטח חלק שאינו נרטב.

 • צפיפות: 2. 6ג\/סמ"ר³, קל יותר מאלומינה קרמית.

2. תהליך ייצור

 2.1 איחוד וערבוב חומרי הגלם

 מערכת זכוכית אלומינו-בורוסיליקטית עם תוספות פלואור ליצירת מיקה:

 • סיליקה (SiO₂), אוקسيد בור (B₂O₃), אלומינה (Al₂O₃) – חומרי מוצא למטריצה הזכוכית

 • תרכובות מגנזיום, אשלגן ופלואור – סוכני גרעינון ליצירת מיקה של פלואורפלוגופיט (KMg₃AlSi₃O₁₀F₂)

 • פרופורציה מדויקת כדי להגיע ליחס הסופי של 55% נבצית מיקה / 45% זכוכית שארית לפי נפח.

 2.2 זכוכית בטמפרטורה גבוהה המסה

שלב א: להכניס את העריסה המעורבת לתנורי ההמסה הנשואים לחום בטווח של 1450–1550° צלזיוס.

 שלב ב: להחזיק זמן מספיק לאחדנות מלאה ולסילוק пузыרים (שלב הסרת ה пузыרים).

 שלב ג: ליצור זכוכית נוזלית מאוחדת עשירה בפלואור.

 שלב ד: שליטה מדויקת בוויסקוזיות המסה כדי למזער פגמים בהטיה.

2.3 הטיה וקירור מבוקר (הפרדת פאזות)

 שלב א: יוצקים זכוכית נוזלית לתבניות גרפיט/מתכת כדי להטיל בלוקים גדולים: לוחות, בלוקים, מוטות עבים.

שלב ב: קירור איטי ומעובד תכנותית גורם להפרדת פאזות נוזל-נוזל: טיפות ננו עשירות בפלואור מפוזרות באופן אחיד בתוך בסיס הזכוכית הבורוסיליקטית.

 שלב ג: הבלוק המוקרר נראה כזכוכית חלבונית אופלסקנטית, לחלוטין אמורפית לפני התחממות שגורמת להצטברות 결정ית.

 שלב ד: מאפיינים את הבלוקים המוטלים כדי להיפטר ממתח תרמי פנימי ולמנוע סדקים בטיפול החום העתידי.

 2.4טיפול חום מבוקר (קרמינג)

תהליך זה הוא כדי להפעיל הצטברות 결정ית מבוקרת של מיקה פלורו-פלוגופיט בתוך גוף הזכוכית.

 2.5חיתוך ריק ועיצוב מלאי

חיתוך לוחות קרמיקה גדולים ללוחות מלאי חצי מסודרים סטנדרטיים: דפים, מוטות מלבניים, מוטות עגולים, דיסקיות ;שיפוץ שטחים שטוחים לדרישות ממדיות אחידות לאספקה מסחרית ;בקרת איכות למציאת פגמים פנימיים (סדקים, בועות, היצרות קריסטליזציה לא אחידה) באמצעות בדיקות אולטרסאונד/חזותיות; דחיית חתיכות פגומות. מלאי חצי המסורתי הזה מהווה את החומר הגלמי שנשלח לייצרני רכיבים.

3. פרופיל הביצועים המרכזי

 3.1 יכולת עיבוד (תכונה מגדירה)

 • ניתן לעבד עם כלים סטנדרטיים למתכת מהירים או קרביד (מסגרת, מיל, קדחה, נייד, שיפוץ, ציפוי) – אין צורך בגליידרים יקרים מסוג יהלום לעיצוב בסיסי.  

• מושג דיוק ממדי אולטרא סיבולת של ±0.013 מ"מ; מרטיט מראה יוצר שטח עם ערך Ra קטן מ-0.013 מיקרומטר.

 • תומך בתכונות עדינות: חוטים פנימיים קטנים (M1.2), קירות דקיקים, גאומטריות מרובות ממדים מורכבות ללא סדקים.

 • אprototyping מהיר ועלות נמוכה למנות קטנות בהשוואה לเซרמיקה טכנית מודבקת.

 3.2 תכונות תרמיות

 • טמפרטורת שירות רציפה: 800 °C; התנגדות לתקופות קצרות לטמפרטורות שיא של עד 1000 °C.

 • התנגדות מעולה לצליבה תרמית: עמידה בפני קירור מהיר מתנאי עבודה בטמפרטורה גבוהה לטמפרטורת החדר.

 • מוליכות תרמית נמוכה, הפועלת כמחסום תרמי יעיל בטמפרטורות גבוהות.

 • מקדם התפשטות תרמית (CTE) נמוך וניתן להתאמה, מתאים לחיבור בברזיל או איטום עם מתכות נפוצות וזכוכית אופטית.

 3.3 הפרדה חשמלית

 • התנגדות נפחית אולטרה-גבוהה (10¹⁴–10¹⁵ Ω·ס"מ בטמפרטורת החדר) בתחומים רחבים של טמפרטורה ותדר.

 •חוזק דיאלקטרי גבוה (~ 45 קוו/מ"מ) ואובדן דיאלקטרי נמוך מאוד, אידיאלי לבידוד אלקטרוני מתח גבוה ותדר גבוה.

 • ביצועים מבודדים נשארים יציבים בטמפרטורות גבוהות שבהן פולימרים מתפרקים.

 3.4 התאמה כימית וריק

 • עמיד לרוב החומצות , אלקלים, ממוסלים אורגניים ושמנים; רגישים רק לחומצה פלוארית וליתמי אלקלים מותכים.

 • שיעור גזים נמוך מאוד לאחר אפייה, אפס נקבוצת גזים לכודהמתאימה לחלוטין עם תאי ואקום (UHV) גבוה מאוד למערכות חצי מוליכים ואופטיות.

 • יציב קרינה תחת קרינת רנטגן, גמא וחלקיקים, מתאים לסביבות גרעיניות וחלל.

 3.5 מכניקה ובטיחות

 • עוצמת לחץ גבוהה (~ 3450 MPa), עוצמת למשוך מתונה (~ 345 MPa); לומיניטים של מיקה מונעים התפשטות סדק עבור עוצמה משופרת.

 • חומר לא אורגני נקי, לא רעיל, ללא חומרים אורגניים נמרצים.

 • אבקת עיבוד היא מגרנת קלה, ודורשת בקרת אוורור סטנדרטית.

 4. מגבלות עיקריות

 • לא מתאים לחשיפה ממושכת בטמפרטורות גבוהות מ-800 °C.

 • רגיש לתקיפה על ידי חומצה הידרופלואורית.

 • קשיחות ונicaidת התאדות נמוכות יותר ביחס לצירקוניה או לקерמיות פחמן סיליקון ליישומים של שחיקה כבדה.

 5. יישומים תעשייתיים עיקריים

 5.1. ריק ואלקטרוניקה חצי מוליכים: חיזוקי תאי ריק מוחלט (UHV), מבודדי מעבר, מספקי פיצוי תרמי, חלקים לעיבוד ותפיסה של דיסקים (wafer).

 5.2. תעופה וחלליות: תמיכות חיישנים ללוויינים, תומכות בידוד תרמי לחללית, רכיבי מבנה בעלי יציבות מול קרינה.

 5.3. אלקטרוניקה בעוצמה גבוהה: גופי סלילים, מבודדים למגפיים, מספקי פיצוי לתאי לייזר.

 5.4. אופטיקה ומכשירי דיוק: בסיסים לשולחנות אופטיים, תומכות למראות, רכיבי מדידה.

 5.5. רפואה ואנרגיה גרעינית: בלוקי בדיקת קרינה, מוטות מדידה מדויקים שאינם מזדהמים, רכיבי חסימה לקרינה.

 6. מיקום חומרים

זכוכית קרמית ניתנת לעיבוד מכני היא פער ייחודי בביצועים בין פלסטיקים, מתכות וקרמיקה מודבקת: היא מספקת יציבות תרמית/ אלקטרית ברמה של קרמיקה, תוך שימור היכולת לעבד אותה במהירות ובעלות נמוכה כמתכות רכות, מה שהופך אותה לחומר המועדף לייצור חלקים מדויקים בהתאמה אישית, בכריכות נמוכות עד בינוניות, אשר פועלים בסביבות קשות כגון טמפרטורות גבוהות, ריק, או מתח גבוה.