在半導(dǎo)體、光伏、精密制造等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中,金剛石微粉、多晶硅、碳化鎢等超硬材料的加工始終是制約行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)研磨設(shè)備因動力不足、壓力控制粗放,常導(dǎo)致材料破損率高、粒度分布不均,甚至引發(fā)設(shè)備過熱停機。然而,上海凈信推出的臼式研磨儀JXJS-200,憑借其仿生手工研磨技術(shù)、180W大功率電機與智能壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng),成功攻克了超硬材料的加工難題,在某半導(dǎo)體企業(yè)的多晶硅研磨測試中,實現(xiàn)了設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運行,研磨效率較傳統(tǒng)設(shè)備有效提升了40%,為制造業(yè)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
仿生設(shè)計:復(fù)刻手工研磨智慧,破解超硬材料加工悖論
超硬材料的加工存在天然矛盾:過大的壓力會導(dǎo)致材料脆裂,而壓力不足則無法實現(xiàn)有效粉碎。凈信研發(fā)團隊從傳統(tǒng)石磨工藝中汲取靈感,創(chuàng)新性地采用“偏心錐面運動+彈性壓力補償”仿生設(shè)計。其臼式研磨儀的核心在于模擬手工研磨中“推、壓、揉、搓”的復(fù)合動作——研缽以30-160轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn),帶動臼杵沿錐面軌跡公轉(zhuǎn),同時通過內(nèi)置壓縮彈簧實現(xiàn)軸向壓力的動態(tài)調(diào)節(jié)。
以金剛石微粉加工為例,當(dāng)硬度達(dá)HV10000的金剛石顆粒進(jìn)入研磨腔時,臼杵首先以50N的初始壓力進(jìn)行表面粗磨,隨著顆粒棱角被磨平,彈簧系統(tǒng)自動將壓力提升至120N進(jìn)行精細(xì)拋光。這種“剛?cè)岵钡募庸し绞?,使最終產(chǎn)品粒度分布范圍控制在10-20μm,較傳統(tǒng)球磨機收窄60%,且成品率從72%提升至91%。
動力革命:180W大功率電機突破能效極限
針對多晶硅等高脆性材料的加工痛點,凈信工程師對動力系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的改造。傳統(tǒng)研磨儀多采用60-100W電機,在處理硬度達(dá)HV1500的多晶硅塊時,常因功率不足導(dǎo)致電機過熱停機。臼式研磨儀搭載的180W進(jìn)口加長版電機,通過優(yōu)化定子繞組結(jié)構(gòu)與散熱通道設(shè)計,在持續(xù)輸出30-160轉(zhuǎn)/分鐘可調(diào)轉(zhuǎn)速的同時,將工作溫度穩(wěn)定控制。
在某光伏企業(yè)的實證測試中,該設(shè)備單批次可處理200ml多晶硅顆粒,更關(guān)鍵的是,其設(shè)備創(chuàng)新的“壓力-轉(zhuǎn)速聯(lián)動算法”可根據(jù)材料硬度自動匹配最佳參數(shù):當(dāng)檢測到研磨阻力上升時,系統(tǒng)可在短時間內(nèi)將轉(zhuǎn)速從80轉(zhuǎn)/分鐘提升至120轉(zhuǎn)/分鐘,同時將臼杵壓力從80N降至60N,確保加工過程既高效又安全。
智能調(diào)控:三軸可調(diào)刮板實現(xiàn)“零殘留”加工
超硬材料加工的另一難題是樣品殘留。傳統(tǒng)設(shè)備因刮板與研缽間隙固定,常導(dǎo)致10%-15%的樣品滯留腔體,既造成材料浪費,又可能引發(fā)交叉污染。臼式研磨儀采用聚氨酯/聚四氟乙烯復(fù)合刮板,配合三軸限位調(diào)節(jié)裝置,可實現(xiàn)精密定位。
在某硬質(zhì)合金企業(yè)的碳化鎢加工現(xiàn)場,操作人員通過觸摸屏將刮板壓力設(shè)定為30N,設(shè)備即自動調(diào)整刮板與研缽壁的夾角至15°,確保每一粒直徑≤5μm的微粉都能被導(dǎo)出。經(jīng)計量檢測,單批次加工后的殘留量低于0.2%,較傳統(tǒng)設(shè)備降低90%。
全場景適配:從實驗室到生產(chǎn)線的無縫銜接
臼式研磨儀JXJS-200的模塊化設(shè)計使其具備跨領(lǐng)域應(yīng)用能力。其研缽采用防震塑料外殼與嵌入式安裝結(jié)構(gòu),可承受-196℃液氮冷凍研磨的溫差;頂蓋配備的丙烯酸玻璃觀察窗與LED照明系統(tǒng),支持研究人員實時監(jiān)測加工過程;而防濺射薄膜型鍵盤則確保在冷凍樣品處理時,控制面板不會因冷凝水短路。
目前,該設(shè)備已形成完整的產(chǎn)品矩陣:JXJS-200A(瑪瑙研缽)適用于電子微粉加工,JXJS-200B(氧化鋯研缽)專攻醫(yī)藥中間體研磨,JXJS-200C(不銹鋼研缽)則服務(wù)于食品添加劑檢測。
綜上,上海凈信JXJS-200系列臼式研磨儀以仿生手工研磨技術(shù)破解超硬材料加工難題。其通過“偏心錐面運動+彈性壓力補償”設(shè)計,模擬手工研磨的復(fù)合動作,搭配180W大功率電機與智能壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng),在金剛石微粉、多晶硅等加工中可實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行,同時可有效提升材料樣品的研磨效率,降低樣品殘留量,并在半導(dǎo)體、光伏等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
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