Въведение: Необходимостта от висока-скоростна динамика и изключителна твърдост
В света с висока-производителност на инспекция на полупроводникови пластини, литография на плоски дисплеи (FPD) и усъвършенствано опаковане, системите за позициониране трябва да балансират две противоречиви инженерни цели: екстремно динамично ускорение и под-микронна повторяемост на позициониране. Докато масивните гранитни основи осигуряват идеална стационарна основа, движещите се части на системата-като портални греди, напречни-плъзгачи и стъпала за транслиране на пластини-трябва да бъдат възможно най-леки, за да се сведе до минимум инерцията, да се намали разсейването на топлината от двигателя и да се предотвратят забавяния във времето за установяване.
Традиционните леки метали като алуминий и титан страдат от голямо топлинно разширение и относително ниска твърдост, което води до динамично огъване по време на високо-ускорителни движения. За да преодолеят тези динамични тесни места, напредналите дизайнери на системи все повече използват техническа керамика. Персонализираните структурни компоненти на UNPARALLELED ипрецизни въздушни лагери, произведени от високо-алуминиев оксид и силициев карбид (SiC) с висока чистота, представляват върха на съвременното инженерство на материали за високо-скоростни етапи на движение.
Силициев карбид (SiC) срещу традиционни материали
За да разберем защо силициевият карбид се е превърнал в избран материал за портални системи с високо-ускорение, трябва да анализираме неговата специфична твърдост. Специфичната коравина се определя като съотношението на модула на Йънг към плътността на масата:
Специфична твърдост=Модул на Юнг, разделен на плътност
По-висока специфична твърдост означава, че компонентът може да издържи на високи динамични сили и да устои на огъване, без да добавя ненужна маса към системата.
Конструкционна стомана: Плътност от 7,85 грама на кубичен сантиметър, Модул на Йънг от 210 Giga-Pascals, Специфична коравина от 26,7, Коефициент на топлинно разширение от 12,0 x 10^-6 на Келвин.
Алуминий 6061: Плътност от 2,70 грама на кубичен сантиметър, Модул на Йънг от 69 Giga-Pascals, Специфична коравина от 25,5, Коефициент на термично разширение от 23,0 x 10^-6 на Келвин.
Двуалуминиев оксид (99 процента чистота): Плътност от 3,90 грама на кубичен сантиметър, модул на Йънг от 370 гига-паскала, специфична коравина от 94,8, коефициент на термично разширение от 8,0 x 10^-6 на келвин.
Силициев карбид (SiC): Плътност от 3,15 грама на кубичен сантиметър, модул на Йънг от 410 гига-паскала, специфична коравина от 130,1, коефициент на термично разширение от 4,0 x 10^-6 на Келвин.
Както е показано в тези сравнителни данни, силициевият карбид има специфична твърдост, която е почти пет пъти по-голяма от тази на стомана или алуминий. Това драматично физическо предимство позволява на инженерите на НЕПАРАЛЕЛНИ да проектират леки структурни греди с куха-сърцевина за пластини, които не се огъват, усукват или провисват при скорости на ускорение, надвишаващи 2g (което е приблизително 19,6 метра в секунда на квадрат).
Дизайн и физика на прецизни керамични въздушни лагери
Прецизните въздушни лагери използват тънък филм от чист сух въздух под налягане, за да поддържат движещ се полезен товар, постигайки движение без триене и нулево-износване. Дебелината на този въздушен филм обикновено е между 5 и 10 микрометра. Тъй като въздушният филм е толкова тънък, всяко геометрично отклонение, микро-грапавост или термично изкривяване на повърхността на лагера може да причини срив на лагера, което да доведе до катастрофална повреда на системата.
UNPARALLELED се справя с това предизвикателство, като произвежда въздушно носещи компоненти от високо-чист алуминиев оксид и силициев карбид. Тези материали предлагат няколко критични предимства при приложения с въздушни лагери:
Стабилност на размерите под налягане: Високият модул на еластичност на керамиката гарантира, че повърхностите на лагерите няма да се деформират под високите локализирани налягания (често до 0,6 мега-паскала) на подавания сгъстен въздух.
Устойчивост на надраскване и износване: Ако възникне прекъсване на електрозахранването и подаването на въздух внезапно бъде прекъснато, подвижната част ще влезе в директен контакт с водещата релса. При тези сухи-условия на плъзгане металните лагери незабавно ще се заядат и ще заклещят. Керамичните водещи релси, със своята изключителна твърдост, могат да издържат на високо-събития при докосване без надраскване или повреда на повърхността.
Отлично повърхностно покритие: Чрез диамантено шлайфане и химическо-механично полиране (CMP), UNPARALLELED завършва керамичните направляващи повърхности до повърхностна грапавост от Ra по-малка или равна на 0,05 микрометра. Това подобно на огледало- покритие гарантира идеално еднаква въздушна междина и силно предвидима динамика на течния филм.
Производство и осигуряване на качеството на сложни керамични геометрии
Синтероването и обработката на техническа керамика е изключително труден процес. Синтероването на сурови керамични прахове при температури над 2000 градуса по Целзий причинява значително свиване, което трябва да бъде внимателно изчислено и контролирано.
В UNPARALLELED нашето производствено съоръжение е оборудвано с-на--зелени-обработващи центрове за оформяне на керамичните компоненти преди синтероване, последвано от високо-прецизни диамантени шлифовъчни системи за завършване на ултра-твърдите синтеровани части. Способни сме да произвеждаме сложни геометрични профили, включително интегрирани вакуумни патронници за манипулиране на пластини, много-осни въздушни-плаващи вагони и ултра-плоски еталонни огледала за лазерна интерферометрия.
Всички крайни продукти се подлагат на строги тестове в нашите-сертифицирани по ISO лаборатории. Използвайки лазерни интерферометри и три{2}}измерителни машини за измерване на триизмерни координати, ние проверяваме дали всеки керамичен компонент отговаря на определените си геометрични толеранси, гарантирайки безпроблемна интеграция във вашите следващи-поколения линейни двигателни стъпала.