ستانفورد للمواد المتقدمة للمواد المتقدمة تقدم الآلات الدقيقة مع WBN

مقدمة

يسر Stanford Advanced Materials (SAM) أن تشارك قصة نجاح في تطبيق مادة نيتريد البورون نيتريد (Wurtzite Boron Nitride). تحظى هذه المادة فائقة الصلابة بتقدير كبير لصلابتها الشديدة وثباتها الحراري ومقاومتها للصدمات. ساعدت حلول الأدوات القائمة على WBN من SAMشركة تصنيع آلات دقيقة في التغلب على مشكلات التدهور المستمر للأدوات أثناء الخراطة المتقطعة للفولاذ المقوى.

وكما توضح ليزا روس، مهندسة سيراميك أولى في شركة SAM:

"توفر مركبات Wurtzite BN - خاصةً عندما يتم تعزيزها بجزيئات الماس الدقيقة - مزيجًا فريدًا من الصلابة ومقاومة الحرارة التي تتفوق على المواد التقليدية فائقة الصلابة. إنها تغير قواعد اللعبة في مواجهة تحديات التصنيع المتقدمة."

الشكل 1 أجزاء مخصصة من نيتريد البورون نيتريد

دراسة حالة عن نيتريد بورون نيتريد البورون الورتزيت

-التحدي: تآكل الأداة في ظل التصنيع الآلي بحمل الصدمات

واجهت شركة تصنيع آلي دقيق متخصصة في مكونات الفولاذ المقوى تحديات خطيرة أثناء عمليات الخراطة المتقطعة عالية السرعة. عانت أدواتهم الحالية من التقطيع السريع للحافة والتآكل الحراري، خاصةً في التطبيقات التي تتضمن فولاذ محمل 100Cr6 بصلابة تتراوح بين 61-63 HRC. تضمنت المشكلات الرئيسية ما يلي:

• الفشل المبكر للأداة بسبب كسر الحافة أثناء القطع المتقطع.
• تراكم الحرارة المفرط في منطقة القطع.
• التحكم غير المتسق في الأبعاد بسبب التآكل غير المتساوي.
• زيادة وقت تعطل الإنتاج بسبب التغييرات المتكررة للأداة.

احتاجت الشركة إلى مادة أداة يمكنها مقاومة التدهور الحراري وتحمل الصدمات الميكانيكية المرتبطة بالقطع المتقطع في نفس الوقت.

مزيد من القراءة: HBN وCBN وWBN: تحليل مقارن لأشكال متعدد الأشكال من نيتريد البورون

-SAM'sSolution: إدخالات مركب WBN-الماس

بعد تقييم تطبيق العميل بالتفصيل، أوصت شركة SAM بإدراج قطع متخصص مصنوع من نيتريد البورون متعدد البلورات Wurtzite Boron Nitride (WBN) المعزز بجزيئات الماس النانوية. وقد اختيرت هذه المادة لقدرتها على الجمع بين التوصيل الحراري للماس وصلابة الصدمات التي يتميز بها نيتريد البورون النانوي.

وتضمنت المزايا الرئيسية لمركب WBN-الماس تحسين الإدارة الحرارية بشكل كبير، حيث ساعدت مرحلة الماس على تبديد الحرارة بعيدًا عن حافة القطع، مما قلل من تراكم درجات الحرارة الموضعية. كما أظهرت المادة أيضًا صلابة استثنائية، حيث وصلت صلابة WBN متعدد الكريستالات المقوى إلى قيم تصل إلى 54 جيجا باسكال. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت المادة مقاومة ممتازة للتآكل الكاشطة والتقطيع الدقيق للحافة، حتى في ظل ظروف القطع العنيفة وعالية التأثير.

قدمت SAM الدعم الفني بشأن معلمات القطع، ودرجات حرارة التلبيد الموصى بها، ومحتوى الماس الأمثل للإدخالات، مما يضمن التكامل الموثوق به في عمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي للعميل.

--التنفيذ والنتائج

تم اختبار أدوات الماس WBN في عمليات التشطيب التي تشمل الفولاذ المحمل المقوى. وكانت النتائج مهمة:

• زاد عمر الأداة بنسبة تزيد عن 300%، حيث صمدت أمام دورات متعددة من القطع المتقطع دون تعطل الحافة.
• تم تقليل درجة حرارة التصنيع عند واجهة القطع بنسبة 20% تقريبًا، مما أدى إلى زيادة أداء الإدخال.
• تحسنت صلابة السطح من Ra 0.6 ميكرومتر إلى Ra 0.3 ميكرومتر، مما يلبي تفاوتات العميل في مجال الطيران.
• تم تخفيض التكلفة الإجمالية للأدوات بنسبة 27% على مدار 3 أشهر بسبب انخفاض معدلات الاستبدال وانخفاض معدلات الخردة.

ما هو نيتريد البورون نيتريد Wurtzite Boron Nitride؟

نيتريد البورون نيتريد Wurtzite Boron Nitride هو متعدد الأشكال عالي الضغط والحرارة العالية من نيتريد البورون مع بنية بلورية سداسية الشكل تتحول إلى شكل وورتزيت في ظل ظروف قاسية. وهي واحدة من أقسى المواد الاصطناعية المعروفة، حيث تتراوح قيم صلابة فيكرز المبلغ عنها من 24 جيجا باسكال إلى أكثر من 50 جيجا باسكال في شكل مركب.

تشمل الخصائص الرئيسية ل WBN ما يلي:

عادةً ما يتم إنتاج WBN على شكل مساحيق أو إدخالات ملبدة ويستخدم بشكل متزايد في عمليات التصنيع الآلي عالية الدقة وعالية التأثير حيث تفشل مواد الأدوات التقليدية.

مزيد من القراءة: نيتريدالبورون نيتريد Wurtzite Boron Nitride (w-BN): البنية والخصائص والتطبيقات

الشكل 2 التركيب البلوري لنيتريد البورون نيتريد في ͑أ ͑ الطور المكعب من الزنك-البندق، و͑ب ͒ الطور الورتزيتي، و͑ج ͒ج ͒ الطور السداسي[1].

WBN مقابل الماس

في حين أن كلاً من نيتريد البورون نيتريت والماس يعتبران مادتين فائقتي الصلابة، إلا أنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في فائدتهما الصناعية. على الرغم من أن الماس هو المادة الأكثر صلابة المعروفة، إلا أنه يتفاعل كيميائيًا مع المعادن الحديدية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يحد من استخدامه في تصنيع الفولاذ والسبائك الحديدية. كما أنه هش وأكثر عرضة لتقطيع الحواف تحت الصدمات أو القطع المتقطع.

وعلى النقيض من ذلك، يحافظ WBN على ثبات كيميائي ممتاز مع المواد الحديدية ويعرض صلابة أكبر في الكسر. وهذا يجعل WBN مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات الصعبة التي تنطوي على التدوير الحراري أو التلامس المتقطع. عند دمجها مع الماس في الهياكل المركبة، تكتسب أدوات WBN الفوائد الحرارية للماس مع الاحتفاظ بموثوقيتها الميكانيكية - مما يوفر حلاً متوازنًا وعالي الأداء

الخلاصة

ساعدت شركة Stanford Advanced Materials أحد عملاء الآلات الدقيقة في التغلب بنجاح على تحديات تدهور الأدوات باستخدام نيتريد بورون نيتريد Wurtzite Boron Nitride المتقدم . ومن خلال تقديم مركّبات WBN-الماس المصممة هندسيًا، إلى جانب التوجيهات الخاصة بالتطبيق، مكّنت SAM من إطالة عمر الأداة وزيادة موثوقية العملية وتحسين جودة السطح.

لمعرفة المزيد عن أدوات WBN أو طلب حل مخصص، تفضل بزيارة www. samaterials.com.

المرجع:

[1] Janotti, Anderson & Wei, Su-Huai & Singh, Dr. (2001). دراسة المبادئ الأولى لاستقرار BN و C. Physical Review B - المادة المكثفة وفيزياء المواد. 64. 1741071-1741075.