துல்லிய இயந்திரத் துறையில் பாலிகிரிஸ்டலின் டயமண்ட் காம்பாக்ட் (PDC) இன் ஆழமான பயன்பாட்டு பகுப்பாய்வு

சுருக்கம்

வைர கலவை என்று பொதுவாகக் குறிப்பிடப்படும் பாலிகிரிஸ்டலின் டயமண்ட் காம்பாக்ட் (PDC), அதன் விதிவிலக்கான கடினத்தன்மை, தேய்மான எதிர்ப்பு மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மை காரணமாக துல்லிய இயந்திரத் துறையில் புரட்சியை ஏற்படுத்தியுள்ளது. இந்த ஆய்வறிக்கை PDC இன் பொருள் பண்புகள், உற்பத்தி செயல்முறைகள் மற்றும் துல்லியமான இயந்திரத்தில் மேம்பட்ட பயன்பாடுகள் பற்றிய ஆழமான பகுப்பாய்வை வழங்குகிறது. இந்த விவாதம் அதிவேக வெட்டுதல், மிகத் துல்லியமான அரைத்தல், மைக்ரோ-மெஷினிங் மற்றும் விண்வெளி கூறு உற்பத்தி ஆகியவற்றில் அதன் பங்கை உள்ளடக்கியது. கூடுதலாக, PDC தொழில்நுட்பத்தின் எதிர்கால போக்குகளுடன், அதிக உற்பத்தி செலவுகள் மற்றும் உடையக்கூடிய தன்மை போன்ற சவால்கள் தீர்க்கப்படுகின்றன.

1. அறிமுகம்

துல்லியமான எந்திரத்திற்கு மைக்ரான் அளவிலான துல்லியத்தை அடைய உயர்ந்த கடினத்தன்மை, நீடித்து உழைக்கும் தன்மை மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மை கொண்ட பொருட்கள் தேவைப்படுகின்றன. டங்ஸ்டன் கார்பைடு மற்றும் அதிவேக எஃகு போன்ற பாரம்பரிய கருவிப் பொருட்கள் பெரும்பாலும் தீவிர நிலைமைகளில் தோல்வியடைகின்றன, இது பாலிகிரிஸ்டலின் டயமண்ட் காம்பாக்ட் (PDC) போன்ற மேம்பட்ட பொருட்களை ஏற்றுக்கொள்ள வழிவகுக்கிறது. செயற்கை வைர அடிப்படையிலான பொருளான PDC, மட்பாண்டங்கள், கலவைகள் மற்றும் கடினப்படுத்தப்பட்ட எஃகு உள்ளிட்ட கடினமான மற்றும் உடையக்கூடிய பொருட்களை எந்திரம் செய்வதில் இணையற்ற செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது.

இந்த ஆய்வறிக்கை PDC இன் அடிப்படை பண்புகள், அதன் உற்பத்தி நுட்பங்கள் மற்றும் துல்லியமான இயந்திரமயமாக்கலில் அதன் மாற்றத்தக்க தாக்கத்தை ஆராய்கிறது. மேலும், PDC தொழில்நுட்பத்தில் தற்போதைய சவால்கள் மற்றும் எதிர்கால முன்னேற்றங்களை இது ஆராய்கிறது.

2. PDC இன் பொருள் பண்புகள்

PDC என்பது உயர் அழுத்த, உயர் வெப்பநிலை (HPHT) நிலைமைகளின் கீழ் டங்ஸ்டன் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுடன் பிணைக்கப்பட்ட பாலிகிரிஸ்டலின் வைரத்தின் (PCD) ஒரு அடுக்கைக் கொண்டுள்ளது. முக்கிய பண்புகள் பின்வருமாறு:

2.1 அதிக கடினத்தன்மை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்பு

வைரமானது அறியப்பட்ட கடினமான பொருள் (மோஸ் கடினத்தன்மை 10), இது சிராய்ப்புப் பொருட்களை இயந்திரமயமாக்குவதற்கு PDC ஐ சிறந்ததாக ஆக்குகிறது.

உயர்ந்த தேய்மான எதிர்ப்பு கருவியின் ஆயுளை நீட்டிக்கிறது, துல்லியமான எந்திரத்தில் செயலிழப்பு நேரத்தைக் குறைக்கிறது.

2.2 உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன்

அதிவேக எந்திரத்தின் போது திறமையான வெப்பச் சிதறல் வெப்ப சிதைவைத் தடுக்கிறது.

கருவி தேய்மானத்தைக் குறைத்து மேற்பரப்பு முடிவை மேம்படுத்துகிறது.

2.3 வேதியியல் நிலைத்தன்மை

இரும்பு மற்றும் இரும்பு அல்லாத பொருட்களுடன் இரசாயன எதிர்வினைகளுக்கு எதிர்ப்புத் திறன் கொண்டது.

அரிக்கும் சூழல்களில் கருவி சிதைவைக் குறைக்கிறது.

2.4 எலும்பு முறிவு கடினத்தன்மை

டங்ஸ்டன் கார்பைடு அடி மூலக்கூறு தாக்க எதிர்ப்பை அதிகரிக்கிறது, சிப்பிங் மற்றும் உடைப்பைக் குறைக்கிறது.

3. PDC உற்பத்தி செயல்முறை

PDC உற்பத்தி பல முக்கியமான படிகளை உள்ளடக்கியது:

3.1 வைரப் பொடி தொகுப்பு

செயற்கை வைரத் துகள்கள் HPHT அல்லது வேதியியல் நீராவி படிவு (CVD) மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.

3.2 சின்டரிங் செயல்முறை

வைரப் பொடி ஒரு டங்ஸ்டன் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மீது அதீத அழுத்தம் (5–7 GPa) மற்றும் வெப்பநிலை (1,400–1,600°C) கீழ் வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது.

ஒரு உலோக வினையூக்கி (எ.கா. கோபால்ட்) வைரம்-வைரம் பிணைப்பை எளிதாக்குகிறது.

3.3 பிந்தைய செயலாக்கம்  

லேசர் அல்லது மின் வெளியேற்ற இயந்திரம் (EDM) PDC ஐ வெட்டும் கருவிகளாக வடிவமைக்கப் பயன்படுகிறது.

மேற்பரப்பு சிகிச்சைகள் ஒட்டுதலை மேம்படுத்தி எஞ்சிய அழுத்தங்களைக் குறைக்கின்றன.

4. துல்லிய இயந்திரமயமாக்கலில் பயன்பாடுகள்

4.1 இரும்பு அல்லாத பொருட்களை அதிவேகமாக வெட்டுதல்

அலுமினியம், தாமிரம் மற்றும் கார்பன் ஃபைபர் கலவைகளை எந்திரமாக்குவதில் PDC கருவிகள் சிறந்து விளங்குகின்றன.

ஆட்டோமோட்டிவ் (பிஸ்டன் எந்திரம்) மற்றும் எலக்ட்ரானிக்ஸ் (பிசிபி மில்லிங்) ஆகியவற்றில் பயன்பாடுகள்.

4.2 ஆப்டிகல் கூறுகளின் மிகத் துல்லியமான அரைத்தல்

லேசர்கள் மற்றும் தொலைநோக்கிகளுக்கான லென்ஸ் மற்றும் கண்ணாடி உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

மைக்ரானுக்குக் குறைவான மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையை அடைகிறது (Ra < 0.01 µm).

4.3 மருத்துவ சாதனங்களுக்கான நுண்-எந்திரம்

அறுவை சிகிச்சை கருவிகள் மற்றும் உள்வைப்புகளில் PDC மைக்ரோ-ட்ரில்கள் மற்றும் எண்ட் மில்கள் சிக்கலான அம்சங்களை உருவாக்குகின்றன.

4.4 விண்வெளி கூறு இயந்திரமயமாக்கல்  

குறைந்தபட்ச கருவி தேய்மானத்துடன் டைட்டானியம் உலோகக் கலவைகள் மற்றும் CFRP (கார்பன் ஃபைபர்-வலுவூட்டப்பட்ட பாலிமர்கள்) இயந்திரமயமாக்கல்.

4.5 மேம்பட்ட மட்பாண்டங்கள் மற்றும் கடினப்படுத்தப்பட்ட எஃகு இயந்திரமயமாக்கல்

சிலிக்கான் கார்பைடு மற்றும் டங்ஸ்டன் கார்பைடை எந்திரம் செய்வதில் PDC, கனசதுர போரான் நைட்ரைடை (CBN) விட சிறப்பாக செயல்படுகிறது.

5. சவால்கள் மற்றும் வரம்புகள்

5.1 அதிக உற்பத்தி செலவுகள்

HPHT தொகுப்பு மற்றும் வைரப் பொருள் செலவுகள் பரவலான தத்தெடுப்பைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன.

5.2 குறுக்கிடப்பட்ட வெட்டுதலில் உடையக்கூடிய தன்மை

தொடர்ச்சியான மேற்பரப்புகளை இயந்திரமயமாக்கும்போது PDC கருவிகள் சிப்பிங் செய்ய வாய்ப்புள்ளது.

5.3 அதிக வெப்பநிலையில் வெப்பச் சிதைவு

700°C க்கு மேல் கிராஃபிடைசேஷன் ஏற்படுகிறது, இது இரும்புப் பொருட்களின் உலர் எந்திரத்தில் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

5.4 இரும்பு உலோகங்களுடன் வரையறுக்கப்பட்ட இணக்கத்தன்மை

இரும்புடன் ஏற்படும் வேதியியல் எதிர்வினைகள் விரைவான தேய்மானத்திற்கு வழிவகுக்கும்.

6. எதிர்கால போக்குகள் மற்றும் புதுமைகள்  

6.1 நானோ-கட்டமைக்கப்பட்ட PDC

நானோ-வைரத் தானியங்களைச் சேர்ப்பது கடினத்தன்மையையும் தேய்மான எதிர்ப்பையும் அதிகரிக்கிறது.

6.2 கலப்பின PDC-CBN கருவிகள்

இரும்பு உலோக எந்திரத்திற்காக PDC ஐ கனசதுர போரான் நைட்ரைடு (CBN) உடன் இணைப்பது.

6.3 PDC கருவிகளின் சேர்க்கை உற்பத்தி  

3D அச்சிடுதல் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட இயந்திர தீர்வுகளுக்கு சிக்கலான வடிவவியலை செயல்படுத்துகிறது.

6.4 மேம்பட்ட பூச்சுகள்

வைரம் போன்ற கார்பன் (DLC) பூச்சுகள் கருவியின் ஆயுட்காலத்தை மேலும் மேம்படுத்துகின்றன.

7. முடிவுரை

துல்லியமான இயந்திரமயமாக்கலில் PDC இன்றியமையாததாக மாறியுள்ளது, அதிவேக வெட்டுதல், மிகத் துல்லியமான அரைத்தல் மற்றும் நுண் இயந்திரமயமாக்கல் ஆகியவற்றில் ஒப்பிடமுடியாத செயல்திறனை வழங்குகிறது. அதிக செலவுகள் மற்றும் உடையக்கூடிய தன்மை போன்ற சவால்கள் இருந்தபோதிலும், பொருள் அறிவியல் மற்றும் உற்பத்தி நுட்பங்களில் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றங்கள் அதன் பயன்பாடுகளை மேலும் விரிவுபடுத்துவதாக உறுதியளிக்கின்றன. நானோ-கட்டமைக்கப்பட்ட PDC மற்றும் கலப்பின கருவி வடிவமைப்புகள் உள்ளிட்ட எதிர்கால கண்டுபிடிப்புகள், அடுத்த தலைமுறை இயந்திரமயமாக்கல் தொழில்நுட்பங்களில் அதன் பங்கை உறுதிப்படுத்தும்.