விண்வெளித் துறையில் பாலிகிரிஸ்டலின் டயமண்ட் காம்பாக்ட் (PDC) இன் ஆழமான பயன்பாட்டு பகுப்பாய்வு

சுருக்கம்

விண்வெளித் துறையானது, அதிக வெப்பநிலை, சிராய்ப்புத் தேய்மானம் மற்றும் மேம்பட்ட உலோகக் கலவைகளின் துல்லியமான இயந்திரமயமாக்கல் உள்ளிட்ட தீவிர நிலைமைகளைத் தாங்கும் திறன் கொண்ட பொருட்கள் மற்றும் கருவிகளைக் கோருகிறது. பாலிகிரிஸ்டலின் டயமண்ட் காம்பாக்ட் (PDC) அதன் விதிவிலக்கான கடினத்தன்மை, வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்பு காரணமாக விண்வெளி உற்பத்தியில் ஒரு முக்கியமான பொருளாக உருவெடுத்துள்ளது. டைட்டானியம் உலோகக் கலவைகள், கூட்டுப் பொருட்கள் மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை சூப்பர்அலாய்களை இயந்திரமயமாக்குதல் உள்ளிட்ட விண்வெளி பயன்பாடுகளில் PDC இன் பங்கு பற்றிய விரிவான பகுப்பாய்வை இந்த ஆய்வுக் கட்டுரை வழங்குகிறது. கூடுதலாக, விண்வெளி பயன்பாடுகளுக்கான PDC தொழில்நுட்பத்தின் எதிர்கால போக்குகளுடன், வெப்பச் சிதைவு மற்றும் அதிக உற்பத்தி செலவுகள் போன்ற சவால்களையும் இது ஆராய்கிறது.

1. அறிமுகம்

விண்வெளித் துறை துல்லியம், நீடித்து உழைக்கும் தன்மை மற்றும் செயல்திறனுக்கான கடுமையான தேவைகளால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. டர்பைன் பிளேடுகள், கட்டமைப்பு ஏர்ஃப்ரேம் பாகங்கள் மற்றும் இயந்திர கூறுகள் போன்ற கூறுகள் தீவிர செயல்பாட்டு நிலைமைகளின் கீழ் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டைப் பராமரிக்கும் அதே வேளையில் மைக்ரான் அளவிலான துல்லியத்துடன் தயாரிக்கப்பட வேண்டும். பாரம்பரிய வெட்டும் கருவிகள் பெரும்பாலும் இந்தத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யத் தவறிவிடுகின்றன, இது பாலிகிரிஸ்டலின் டயமண்ட் காம்பாக்ட் (PDC) போன்ற மேம்பட்ட பொருட்களை ஏற்றுக்கொள்ள வழிவகுக்கிறது.

டங்ஸ்டன் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுடன் பிணைக்கப்பட்ட செயற்கை வைர அடிப்படையிலான பொருளான PDC, இணையற்ற கடினத்தன்மை (10,000 HV வரை) மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறனை வழங்குகிறது, இது விண்வெளி-தர பொருட்களை இயந்திரமயமாக்குவதற்கு ஏற்றதாக அமைகிறது. இந்த ஆய்வறிக்கை PDC இன் பொருள் பண்புகள், அதன் உற்பத்தி செயல்முறைகள் மற்றும் விண்வெளி உற்பத்தியில் அதன் உருமாற்ற தாக்கத்தை ஆராய்கிறது. மேலும், இது PDC தொழில்நுட்பத்தில் தற்போதைய வரம்புகள் மற்றும் எதிர்கால முன்னேற்றங்களைப் பற்றி விவாதிக்கிறது.

2. விண்வெளி பயன்பாடுகளுக்கு பொருத்தமான PDC இன் பொருள் பண்புகள்

2.1 அதிக கடினத்தன்மை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்பு  

வைரமானது அறியப்பட்டவற்றில் மிகவும் கடினமான பொருளாகும், இது PDC கருவிகளை கார்பன் ஃபைபர்-வலுவூட்டப்பட்ட பாலிமர்கள் (CFRP) மற்றும் பீங்கான் மேட்ரிக்ஸ் கலவைகள் (CMC) போன்ற அதிக சிராய்ப்புள்ள விண்வெளிப் பொருட்களை இயந்திரமயமாக்க உதவுகிறது.

கார்பைடு அல்லது CBN கருவிகளுடன் ஒப்பிடும்போது கருவி ஆயுளைக் கணிசமாக நீட்டிக்கிறது, இயந்திரச் செலவுகளைக் குறைக்கிறது.

2.2 உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் நிலைத்தன்மை

டைட்டானியம் மற்றும் நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர்அல்லாய்களின் அதிவேக எந்திரத்தின் போது திறமையான வெப்பச் சிதறல் வெப்ப சிதைவைத் தடுக்கிறது.

உயர்ந்த வெப்பநிலையில் (700°C வரை) கூட அதிநவீன ஒருமைப்பாட்டைப் பராமரிக்கிறது.

2.3 வேதியியல் மந்தநிலை

அலுமினியம், டைட்டானியம் மற்றும் கூட்டுப் பொருட்களுடனான வேதியியல் எதிர்வினைகளுக்கு எதிர்ப்புத் திறன் கொண்டது.

அரிப்பை எதிர்க்கும் விண்வெளி உலோகக் கலவைகளை இயந்திரமயமாக்கும்போது கருவி தேய்மானத்தைக் குறைக்கிறது.

2.4 எலும்பு முறிவு கடினத்தன்மை மற்றும் தாக்க எதிர்ப்பு

டங்ஸ்டன் கார்பைடு அடி மூலக்கூறு நீடித்துழைப்பை அதிகரிக்கிறது, குறுக்கிடப்பட்ட வெட்டு செயல்பாடுகளின் போது கருவி உடைப்பைக் குறைக்கிறது.

3. விண்வெளி-தர கருவிகளுக்கான PDC உற்பத்தி செயல்முறை

3.1 வைர தொகுப்பு மற்றும் சின்டரிங்

செயற்கை வைரத் துகள்கள் உயர் அழுத்தம், உயர் வெப்பநிலை (HPHT) அல்லது வேதியியல் நீராவி படிவு (CVD) மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.

5–7 GPa மற்றும் 1,400–1,600°C வெப்பநிலையில் சின்டரிங் செய்வது வைர தானியங்களை டங்ஸ்டன் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுடன் பிணைக்கிறது.

3.2 துல்லிய கருவி உற்பத்தி

லேசர் கட்டிங் மற்றும் மின் வெளியேற்ற இயந்திரம் (EDM) PDC ஐ தனிப்பயன் செருகல்கள் மற்றும் எண்ட் மில்களாக வடிவமைக்கின்றன.

மேம்பட்ட அரைக்கும் நுட்பங்கள் துல்லியமான எந்திரத்திற்கு மிகக் கூர்மையான வெட்டு விளிம்புகளை உறுதி செய்கின்றன.

3.3 மேற்பரப்பு சிகிச்சை மற்றும் பூச்சுகள்

சின்டரிங் செய்த பிறகு சிகிச்சைகள் (எ.கா. கோபால்ட் கசிவு) வெப்ப நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துகின்றன.

வைரம் போன்ற கார்பன் (DLC) பூச்சுகள் தேய்மான எதிர்ப்பை மேலும் மேம்படுத்துகின்றன.

4. PDC கருவிகளின் முக்கிய விண்வெளி பயன்பாடுகள்

4.1 டைட்டானியம் உலோகக் கலவைகளை இயந்திரமயமாக்குதல் (Ti-6Al-4V)  

சவால்கள்: டைட்டானியத்தின் குறைந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் வழக்கமான எந்திரங்களில் கருவிகளின் விரைவான தேய்மானத்தை ஏற்படுத்துகிறது.

PDC நன்மைகள்:

குறைக்கப்பட்ட வெட்டு சக்திகள் மற்றும் வெப்ப உற்பத்தி.

நீட்டிக்கப்பட்ட கருவி ஆயுள் (கார்பைடு கருவிகளை விட 10 மடங்கு வரை).

பயன்பாடுகள்: விமான தரையிறங்கும் கியர், இயந்திர கூறுகள் மற்றும் கட்டமைப்பு ஏர்ஃப்ரேம் பாகங்கள்.

4.2 கார்பன் ஃபைபர்-வலுவூட்டப்பட்ட பாலிமர் (CFRP) இயந்திரமயமாக்கல்  

சவால்கள்: CFRP மிகவும் சிராய்ப்புத் தன்மை கொண்டது, இதனால் கருவியின் விரைவான சிதைவு ஏற்படுகிறது.

PDC நன்மைகள்:

கூர்மையான வெட்டு விளிம்புகள் காரணமாக குறைந்தபட்ச டிலமினேஷன் மற்றும் ஃபைபர் இழுத்தல்.

விமான உடற்பகுதி பேனல்களை அதிவேக துளையிடுதல் மற்றும் ஒழுங்கமைத்தல்.

4.3 நிக்கல் சார்ந்த சூப்பர்அல்லாய்கள் (இன்கோனல் 718, ரெனே 41)  

சவால்கள்: தீவிர கடினத்தன்மை மற்றும் வேலை கடினப்படுத்துதல் விளைவுகள்.

PDC நன்மைகள்:

அதிக வெப்பநிலையில் வெட்டு செயல்திறனை பராமரிக்கிறது.

டர்பைன் பிளேடு எந்திரம் மற்றும் எரிப்பு அறை கூறுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

4.4 ஹைப்பர்சோனிக் பயன்பாடுகளுக்கான பீங்கான் மேட்ரிக்ஸ் கலவைகள் (CMC)**  

சவால்கள்: மிகவும் உடையக்கூடிய தன்மை மற்றும் சிராய்ப்பு தன்மை.

PDC நன்மைகள்:

மைக்ரோ-கிராக்கிங் இல்லாமல் துல்லியமான அரைத்தல் மற்றும் விளிம்பு முடித்தல்.

அடுத்த தலைமுறை விண்வெளி வாகனங்களில் வெப்ப பாதுகாப்பு அமைப்புகளுக்கு இது மிகவும் முக்கியமானது.

4.5 சேர்க்கை உற்பத்திக்குப் பிந்தைய செயலாக்கம்

பயன்பாடுகள்: 3D-அச்சிடப்பட்ட டைட்டானியம் மற்றும் இன்கோனல் பாகங்களை முடித்தல்.

PDC நன்மைகள்:

சிக்கலான வடிவவியலின் உயர் துல்லிய அரைத்தல்.

விண்வெளி-தர மேற்பரப்பு பூச்சு தேவைகளை அடைகிறது.

5. விண்வெளி பயன்பாடுகளில் சவால்கள் மற்றும் வரம்புகள்

5.1 உயர்ந்த வெப்பநிலையில் வெப்பச் சீரழிவு

700°C க்கு மேல் கிராஃபிடைசேஷன் நிகழ்கிறது, இது சூப்பர்அல்லாய்களின் உலர் எந்திரத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது.

5.2 அதிக உற்பத்தி செலவுகள்

விலையுயர்ந்த HPHT தொகுப்பு மற்றும் வைரப் பொருள் செலவுகள் பரவலான தத்தெடுப்பைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன.

5.3 குறுக்கிடப்பட்ட வெட்டுதலில் உடையக்கூடிய தன்மை

ஒழுங்கற்ற மேற்பரப்புகளை (எ.கா. CFRP இல் துளையிடப்பட்ட துளைகள்) இயந்திரமயமாக்கும்போது PDC கருவிகள் சிப் ஆகலாம்.

5.4 வரையறுக்கப்பட்ட இரும்பு உலோக இணக்கத்தன்மை

எஃகு கூறுகளை இயந்திரமயமாக்கும்போது வேதியியல் தேய்மானம் ஏற்படுகிறது.

6. எதிர்கால போக்குகள் மற்றும் புதுமைகள்

6.1 மேம்படுத்தப்பட்ட கடினத்தன்மைக்கான நானோ-கட்டமைக்கப்பட்ட PDC

நானோ-வைரத் தானியங்களைச் சேர்ப்பது எலும்பு முறிவு எதிர்ப்பை மேம்படுத்துகிறது.

6.2 சூப்பர்அலாய் இயந்திரமயமாக்கலுக்கான ஹைப்ரிட் PDC-CBN கருவிகள்  

PDCயின் தேய்மான எதிர்ப்பை CBN இன் வெப்ப நிலைத்தன்மையுடன் இணைக்கிறது.

6.3 லேசர் உதவியுடன் PDC இயந்திரமயமாக்கல்

பொருட்களை முன்கூட்டியே சூடாக்குவது வெட்டு விசைகளைக் குறைத்து கருவியின் ஆயுளை நீட்டிக்கிறது.

6.4 உட்பொதிக்கப்பட்ட சென்சார்கள் கொண்ட ஸ்மார்ட் பிடிசி கருவிகள்

முன்கணிப்பு பராமரிப்புக்காக கருவி தேய்மானம் மற்றும் வெப்பநிலையை நிகழ்நேர கண்காணிப்பு.

7. முடிவுரை

விண்வெளி உற்பத்தியின் ஒரு மூலக்கல்லாக PDC மாறியுள்ளது, இது டைட்டானியம், CFRP மற்றும் சூப்பர்அல்லாய்களின் உயர்-துல்லிய இயந்திரமயமாக்கலை செயல்படுத்துகிறது. வெப்பச் சிதைவு மற்றும் அதிக செலவுகள் போன்ற சவால்கள் நீடித்தாலும், பொருள் அறிவியல் மற்றும் கருவி வடிவமைப்பில் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றங்கள் PDC இன் திறன்களை விரிவுபடுத்துகின்றன. நானோ-கட்டமைக்கப்பட்ட PDC மற்றும் கலப்பின கருவி அமைப்புகள் உள்ளிட்ட எதிர்கால கண்டுபிடிப்புகள், அடுத்த தலைமுறை விண்வெளி உற்பத்தியில் அதன் பங்கை மேலும் உறுதிப்படுத்தும்.