Wprowadzenie: potrzeba-dużej dynamiki i ekstremalnej sztywności
W-świecie wysokowydajnej kontroli płytek półprzewodnikowych, litografii wyświetlaczy płaskich (FPD) i zaawansowanych opakowań systemy pozycjonowania muszą równoważyć dwa sprzeczne cele inżynieryjne: ekstremalne przyspieszenie dynamiczne i powtarzalność pozycjonowania poniżej-mikronów. Masywne podstawy granitowe stanowią idealny stacjonarny fundament, ale ruchome części systemu,-takie jak belki suwnicowe,-suwanie poprzeczne i stopnie przesuwania płytek-muszą być jak najlżejsze, aby zminimalizować bezwładność, zmniejszyć rozpraszanie ciepła silnika i zapobiec opóźnieniom w osiadaniu.
Tradycyjne metale lekkie, takie jak aluminium i tytan, charakteryzują się dużą rozszerzalnością cieplną i stosunkowo niską sztywnością, co prowadzi do dynamicznego zginania podczas ruchów-z dużym przyspieszeniem. Aby przezwyciężyć te dynamiczne wąskie gardła, zaawansowani projektanci systemów coraz częściej wykorzystują ceramikę techniczną. Niestandardowe komponenty konstrukcyjne UNPARALLELED iprecyzyjne łożyska powietrzne, wykonane z-o wysokiej czystości tlenku glinu i węglika krzemu (SiC), stanowią szczyt nowoczesnej inżynierii materiałowej dla etapów ruchu-o dużej prędkości.
Węglik krzemu (SiC) a materiały tradycyjne
Aby zrozumieć, dlaczego węglik krzemu stał się materiałem wybieranym do systemów bramowych-o dużym przyspieszeniu, musimy przeanalizować jego specyficzną sztywność. Sztywność właściwą definiuje się jako stosunek modułu Younga do gęstości masy:
Sztywność właściwa=Moduł Younga podzielony przez gęstość
Wyższa sztywność właściwa oznacza, że element może wytrzymać duże siły dynamiczne i zginanie bez dodawania niepotrzebnej masy do systemu.
Stal konstrukcyjna: gęstość 7,85 grama na centymetr sześcienny, moduł Younga 210 giga-paskali, sztywność właściwa 26,7, współczynnik rozszerzalności cieplnej 12,0 x 10^-6 na kelwin.
Aluminium 6061: gęstość 2,70 grama na centymetr sześcienny, moduł Younga 69 giga-paskali, sztywność właściwa 25,5, współczynnik rozszerzalności cieplnej 23,0 x 10^-6 na kelwin.
Tlenek glinu (czystość 99%): gęstość 3,90 gramów na centymetr sześcienny, moduł Younga 370 giga-paskali, sztywność właściwa 94,8, współczynnik rozszerzalności cieplnej 8,0 x 10^-6 na kelwin.
Węglik krzemu (SiC): gęstość 3,15 grama na centymetr sześcienny, moduł Younga 410 giga-paskali, sztywność właściwa 130,1, współczynnik rozszerzalności cieplnej 4,0 x 10^-6 na kelwin.
Jak pokazano w tych danych porównawczych, węglik krzemu charakteryzuje się sztywnością właściwą, która jest prawie pięciokrotnie większa niż sztywność stali lub aluminium. Ta ogromna zaleta fizyczna umożliwia NIEZRÓWNANYM inżynierom projektowanie lekkich belek konstrukcyjnych-z pustym rdzeniem do stopni półprzewodnikowych, które nie uginają się, nie skręcają ani nie uginają pod wpływem przyspieszenia przekraczającego 2 g (co odpowiada około 19,6 metra na sekundę do kwadratu).
Projektowanie i fizyka precyzyjnych ceramicznych łożysk powietrznych
Precyzyjne łożyska powietrzne wykorzystują cienką warstwę czystego, suchego powietrza pod ciśnieniem do podtrzymywania ruchomego ładunku, zapewniając ruch całkowicie pozbawiony tarcia i zerowego-zużycia. Grubość tej warstwy powietrza wynosi zazwyczaj od 5 do 10 mikrometrów. Ponieważ warstwa powietrza jest tak cienka, każde odchylenie geometryczne, mikro-chropowatość lub odkształcenie termiczne powierzchni łożyska może spowodować awarię łożyska, a w rezultacie katastrofalną awarię systemu.
Firma UNPARALLELED stawia czoła temu wyzwaniu, produkując elementy łożysk powietrznych z-o wysokiej czystości tlenku glinu i węglika krzemu. Materiały te oferują kilka kluczowych zalet w zastosowaniach łożysk powietrznych:
Stabilność wymiarowa pod ciśnieniem: wysoki moduł sprężystości ceramiki zapewnia, że powierzchnie łożysk nie odkształcają się pod wpływem wysokiego, zlokalizowanego ciśnienia (często do 0,6 mega-paskala) źródła sprężonego powietrza.
Odporność na zarysowania i zużycie: W przypadku awarii zasilania i nagłego odcięcia dopływu powietrza, ruchomy stopień będzie miał bezpośredni kontakt z szyną prowadzącą. W tak suchych-warunkach ślizgowych metalowe łożyska natychmiast zacierają się i zacierają. Ceramiczne szyny prowadzące, dzięki swojej wyjątkowej twardości, wytrzymują-przyziemienia z dużą prędkością, nie powodując zarysowań ani uszkodzeń powierzchni.
Doskonałe wykończenie powierzchni: dzięki szlifowaniu diamentowemu i chemicznemu-polerowaniu mechanicznemu (CMP) UNPARALLELED wykańcza ceramiczne powierzchnie prowadzące do chropowatości powierzchni Ra mniejszej lub równej 0,05 mikrometra. To lustrzane-wykończenie gwarantuje idealnie jednolitą szczelinę powietrzną i wysoce przewidywalną dynamikę filmu płynnego.
Produkcja i zapewnienie jakości złożonych geometrii ceramicznych
Spiekanie i obróbka ceramiki technicznej to niezwykle wymagający proces. Spiekanie surowych proszków ceramicznych w temperaturach przekraczających 2000 stopni Celsjusza powoduje znaczny skurcz, który należy dokładnie obliczyć i kontrolować.
Nasz zakład produkcyjny w UNPARALLELED jest wyposażony w-najnowocześniejsze--ekologiczne-centra obróbcze do kształtowania elementów ceramicznych przed spiekaniem, a następnie w-precyzyjne systemy szlifowania diamentowego do wykańczania ultratwardych-części spiekanych. Jesteśmy w stanie wyprodukować złożone profile geometryczne, w tym zintegrowane uchwyty próżniowe do przenoszenia płytek, wieloosiowe-pływające wózki powietrzne-i ultra-płaskie zwierciadła referencyjne do interferometrii laserowej.
Wszystkie produkty końcowe poddawane są rygorystycznym testom w naszych laboratoriach-z certyfikatem ISO. Korzystając z interferometrów laserowych i trójwymiarowych-maszyn do pomiaru współrzędnych, weryfikujemy, czy każdy element ceramiczny spełnia określone tolerancje geometryczne, zapewniając bezproblemową integrację ze stopniami silników liniowych nowej-generacji.