С бързото развитие на оптоелектрониката, производството на полупроводници и прецизната оптика пазарните изисквания за качество на повърхността на детайлите навлязоха в ерата на суб{0}}нанометрова или дори атомна плоскост. Като един от най-често използваните полиращи абразиви, алуминиевият оксид (корунд) има твърдост по Моос от 9 (фаза), на второ място след диаманта и силициевия карбид, което му позволява ефективно да обработва огромното мнозинство твърди и крехки материали. По-важното е, че чрез прецизно контролиране на неговата кристална фаза, чистота, размер на частиците и форма е възможно да се постигнат множество цели, вариращи от бързо отстраняване на материала до полиране на огледало без повреди, постигайки оптимален баланс между „твърдост“ и „издръжливост“ (т.е. ефективност на рязане и защита на повърхността).
Ключови фактори, влияещи върху ефективността на полиране на алуминий
Ефективността на полиране на алуминиевия оксид не се определя от един фактор; по-скоро е резултат от комбинираното действие на кристална форма, морфология, размер на частиците и процес на синтероване.
01 Кристална фаза: Синергичният ефект на фаза, фаза и смесени кристали
‑Al₂O₃, известен като корунд, има най-стабилната структура, най-високата твърдост (Mohs 9) и силна химическа инертност-той е неразтворим във вода, киселини и основи. Подходящ е за шлайфане и грубо полиране на ултратвърди субстрати като сапфир и силициев карбид, като осигурява висока скорост на отстраняване.
‑Al₂O₃, наричан още активиран двуалуминиев оксид, има по-ниска твърдост (Mohs 6–8), но голяма специфична повърхност и висока реактивност. Неговата температура на фазов преход е ниска (приблизително 600 градуса), той не образува лесно твърди агломерати и улеснява получаването на наномащабни частици с изключително тясно разпределение на размера на частиците. Подходящ е за прецизно полиране със строги изисквания за повреждане на повърхността, като предлага отлично покритие на повърхността.
За да се справят със специализирани приложения, водещи компании в индустрията са разработили ‑ смесени кристални алуминиеви абразиви. Чрез регулиране на съотношението на фаза към фаза, композитният абразив може да бъде пригоден да осигури определена сила на рязане, като същевременно използва фазата за подобряване на качеството на повърхността след полиране, което го прави подходящ за специални приложения за прецизно полиране.
02 Микроморфология: От "търкаляща се абразия" до "плъзгаща се абразия"
Традиционните абразиви са предимно неправилно ъглови или сферични. Въпреки че частиците с остри ръбове и ъгли осигуряват висока първоначална сила на рязане, те лесно причиняват произволни драскотини и се използват главно за грубо полиране. Сферичният двуалуминиев оксид предлага добра течливост, отлична диспергируемост и повърхност без остри ръбове, като ефективно избягва микродраскотини и го прави подходящ за фино полиране.
Двуалуминиевият оксид е високоефективен функционален микропрах, който се появи през последните години. Той принадлежи към ‑Al₂O₃ и има отчетлива ламеларна структурна характеристика с високо аспектно съотношение. Неговият радиален размер обикновено варира от 5 до 50 μm, а дебелината му обикновено е между 100 и 500 nm. Добре развитите кристали могат също да проявяват правилна шестоъгълна морфология. По време на процеса на полиране равнинните повърхности на частиците се подравняват успоредно на повърхността на детайла, създавайки ефект на плъзгаща абразия, а не търкаляща се абразия на конвенционалните абразиви. Тази характеристика носи три основни предимства: ① по-малко драскотини-избягване на произволни повреди, причинени от върховете на частиците; ② равномерно разпределение на налягането-като прави частиците по-малко податливи на счупване и значително подобрява устойчивостта на износване; ③ високоефективното-налягане при смилане се преобразува ефективно в сила на рязане, което може да увеличи добива на продукта с 10–15% (напр. при полиране на оптични лещи).
03 Размер на частиците: „ножът с две остриета“, който определя степента на отстраняване и грапавостта на повърхността
Размерът на частиците е една от най-чувствителните променливи, влияещи върху ефективността на полиране:
Coarse size (>5 μm): висока сила на рязане, използвана за бързо отстраняване на материал (напр. грубо полиране), но води до голяма грапавост на повърхността и дълбоко повреден слой.
Субмикронен размер (0,1–1 μm): балансира скоростта на отстраняване и качеството на повърхността, което го прави основния избор за прецизно полиране (напр. фино полиране на сапфир и пластини).
Нано размер (<100 nm): leverages volume effects and surface effects to achieve atomic‑level flatness (Ra < 0.3 nm), but the removal rate is relatively low, mainly used for final finishing.
04 Степен на синтероване и добавки
Чрез контролиране на температурата и времето на синтероване, плътността и размерът на зърното на алуминиевата керамика могат да се регулират. Добавките (свързващи агенти) влияят върху якостта на задържане на абразивните зърна в инструмента, тяхното разположение и поведението на самозаточване, като по този начин индиректно влияят върху твърдостта и експлоатационния живот на полиращия инструмент.