0,1 mm zirkonia-kugler til nanoteknologiske anvendelser

Zirkoniumdioxidperler med en diameter på 0,1 mm er en integreret del af nanoteknologiske applikationer, der kræver præcisionsslibning, da de giver enestående slidstyrke, forureningsfri slibemedier og understøtter ensartethed i partikelstørrelsen i industrier som elektronik, lægemidler og halvlederproduktion.

Disse Yttria Stabilized Zirconia-slibekugler er designet til brug med Carl Roths prøveopløsere og de fleste mekaniske homogenisatorer og giver større sikkerhed, højere holdbarhed, lavere energiforbrug og mindre risiko for kontaminering end glasperler og stålkugler.

Slibning af nanopartikler

Præcision er afgørende, når man reducerer materiale til nano-niveauer for at opnå ensartede og gentagelige resultater. Partikelkontrol fører til større produktkonsistens, reducerede produktionsomkostninger, forbedret bæredygtighed og affaldskontrol samt mere effektive medikamenter, levende maling og blæk og stærkere industrielle materialer.

Teknikkerne til fremstilling af nanopartikler varierer fra bottom-up-syntese og form-in-place-dannelse til top-down-processer som slibning eller fræsning. Desværre er det ikke alle fræseteknikker, der giver tilstrækkelig præcision med hensyn til partikelstørrelsesfordeling og morfologi.

Mikrokugler af zirkoniumdioxid er designet specielt til formaling af nanopartikler og har den bedste balance mellem hårdhed, kemisk stabilitet og slidstyrke. Sammenlignet med glas-, stål- eller aluminiumoxidperler giver zirkoniumoxidperler højere knusningsstyrke med minimal kontaminering over langvarige slibesessioner og varig ensartethed i ydeevnen.

Små zirkoniakugler sikrer ikke kun ensartet kornstørrelse og partikelfordeling, men de kan også reducere behandlingstiden betydeligt. Mixer Mill MM 500 vario kan f.eks. rumme op til 50 hætteglas på 2 ml til celledisruption som f.eks. DNA/RNA-ekstraktion; det reducerer behandlingstiden for disse procedurer betydeligt og øger samtidig produktiviteten. Desuden betyder deres lave slid, at de kan bruges over længere tid til at opnå de ønskede partikelstørrelser.

Keramiske flerlagskondensatorer (MLCC'er)

MLCC'er er vigtige komponenter i moderne elektronik, da de giver høje kapacitansværdier i små størrelser. Deres lave ækvivalente seriemodstand (ESR) og temperaturstabilitet gør dem meget anvendte til afkobling af strømforsyninger, støjfiltrering og RF (radiofrekvens)-kredsløb. De er opbygget af flere vekslende lag af keramik og metal med forskellige dielektriske tykkelser, der påvirker henholdsvis deres kapacitansværdi og spændingsklassificering.

Fremstillingsprocesserne begynder med at skabe en keramisk opslæmning, som består af fintmalet granulat af paraelektriske eller ferroelektriske keramiske materialer blandet med bindemiddel og opløsningsmiddel. Zirkoniumdioxidperler spiller en vigtig rolle i fræsnings- og dispergeringsprocesser for at sikre, at der er partikler med en diameter på submikron- eller nanostørrelse i denne blanding.

Når opslæmningen er blevet grundigt blandet, støbes den i tørt keramisk bånd, skæres i firkantede stykker, der kaldes ark, og stables derefter oven på hinanden for at blive trykt med metalelektroder ved hjælp af serigrafi (svarende til serigrafi til T-shirts); til sidst presses de sammen og sintres sammen til lag, der presses sammen og sintres.

Når sintringen er afsluttet, vil en MLCC blive udsat for strenge tests af dens kapacitet, spænding og andre specifikationer. Hvis disse vurderinger er vellykkede, kan den sælges som et færdigt produkt; blyholdige varianter er ideelle til manuel montering, mens SMD-varianter kan integreres i automatiserede produktionslinjer.

Pigmenter til flydende krystalskærme (LCD)

LCD-skærme har hurtigt vundet frem i løbet af det sidste årti og har erstattet CRT-skærme (cathode ray tube) på både smartphones, tablets og digitale ure. Teknologien går ud på at placere flydende krystaller mellem to glassubstrater, som styres af elektroder, der ændrer deres retning ved at ændre, hvordan lyset passerer igennem dem - normalt lavet af indiumtinoxid, som har fremragende ledningsegenskaber.

Baseret på den spænding, der tilføres elektroderne, kan visse flydende krystaller, der er kendt som snoede nematikker, bringes til at løsne sig, så de blokerer eller slipper polariseret lys igennem i forskellige grader og skaber billeder ved at kombinere røde, grønne og blå subpixels til farveproduktion på skærmen.

Farvestoffer spiller en vigtig rolle i denne proces, idet de bestemmer både kromatisk nøjagtighed og effektivitet for LCD-pigmenter, der bruges til at danne LCD-filtre, som farvelægger LCD-skærme. Nylige innovationer inden for molekylært design har gjort det muligt for producenter at bruge farvestoffer med bedre termisk stabilitet og bearbejdelighed, der muliggør tyndere filterkonstruktion uden at gå på kompromis med farveskala eller kontrastforhold.

Molekylære designforbedringer giver også mulighed for øget energieffektivitet ved at sænke LCD-panelernes strømforbrug og dermed mindske både elektricitetsbehovet og udledningen af kuldioxid. Denne fordel er særlig vigtig, da batterilevetiden på mobile enheder ofte er en vigtig faktor.

Kemisk mekanisk polering (CMP)

Zirkoniumdioxidperler tilbyder præcisionsslibningsløsninger til mange industrielle anvendelser, fra lægemidler og malingsproduktion til plastgenbrug. Deres ensartede suspension og fine partikelstørrelse hjælper med at opnå en ensartet pigmentfordeling i de færdige produkter, hvilket yderligere forbedrer kvalitetskontrollen. Desuden reducerer zirkoniakugler energiforbruget under slibeprocesser, hvilket hjælper virksomheder med at opfylde miljøstandarder og samtidig sænke driftsomkostningerne.

CMP (kemisk mekanisk polering) er en uundværlig proces, der bruges i halvlederproduktion til at producere fejlfrie overflader på wafere. Den indebærer, at der påføres forskellige mængder nedadgående kraft, mens den presses mod en roterende pude, der indeholder kemikalier og slibepartikler; dens succes afhænger i sidste ende af partikelstørrelser, fordelingsmønstre, materialesammensætning og kemisk sammensætning af dens poleringsopslæmning.

Kundens krav var, at deres ceriumoxid (CeO2) poleringsopslæmning skulle opfylde D50 på 50 nm med metalforurening under 10ppb til polering af 7 nm logiske wafere. For at opfylde denne specifikation blev zirkoniumoxidperler på 0,1 mm malet ved hjælp af en perlemølle med lukket kredsløb, efterfulgt af filtrering gennem 0,22 m membranfiltre for at filtrere større perler fra.

Derudover blev opslæmningen behandlet med citronsyre for at chelatere spormetaller og forhindre forurening. Den endelige poleringsopslæmning gav en D50-værdi på 50 nm, og den polerede overflade viste lave sløringsniveauer med høj defekttolerance - og opfyldte kundens kvalitetsspecifikationer.