Mikron altı yüksek saflık için yüzey işleminin gerekli olmasının temel nedenialümina mikro toz(genellikle 100nm ila 1 μm arasında parçacık boyutuna sahip) büyük spesifik yüzey alanının son derece yüksek yüzey enerjisine yol açmasıdır. Bu fiziksel özelliği, tedavi edilmediğinde ciddi 'yan etkiler' göstermesine neden olur. Mikron altı yüksek saflıkta alümina mikro tozu, uygulamasında yaygın bir sorun olan küçük parçacık boyutu, geniş spesifik yüzey alanı ve yüksek yüzey enerjisi nedeniyle topaklaşmaya eğilimlidir. Bu sorunu çözmek için fizik, kimya ve teknolojinin üç boyutunu kapsamlı bir şekilde ele almak ve en uygun depolimerizasyon çözümünü seçmek gerekir.
Bu, tozların yüzey özelliklerini kimyasal veya fiziksel yöntemlerle değiştirmeyi, yüzey enerjilerini azaltmayı veya parçacıklar arasına itici kuvvetler getirmeyi amaçlayan topaklanma problemini çözmenin temel yoludur.
① Silan bağlama maddesi, titanyum ester bağlama maddesi, alüminyum ester bağlama maddesi, vb. yaygın olarak kullanılan seçeneklerdir. Organik sistemlerde uyumluluklarını ve dağılabilirliklerini geliştirerek organik bir moleküler katman oluşturmak için alümina yüzeyindeki hidroksil gruplarıyla reaksiyona girebilirler. Seçim yaparken, çok hızlı bir reaksiyonun neden olduğu parçacıklar arasında "köprü oluşumu" nedeniyle topaklaşmanın şiddetlenmesini önlemek için birleştirme maddesinin hidroliz aktivitesine ve yoğunlaşma hızına dikkat edilmelidir.
② Polimer dağıtıcı sulu sistem: Dispersiyonu stabilize etmek için iyonizasyon yoluyla elektrostatik itme (çift katman etkisi) oluşturan sodyum poliakrilat ve sodyum heksametafosfat gibi anyonik dağıtıcılar tercih edilir. Yağ fazı/organik solvent sistemi: Fosfat esterleri, sodyum oleat veya yüksek moleküler ağırlıklı blok kopolimerler gibi uzun zincirli alkil gruplarına sahip, esas olarak parçacıkların sterik engelleme etkileri yoluyla yaklaşmasını önleyen dağıtıcıları seçin.
③ İnorganik kaplama, alümina parçacıklarının yüzeyini nano SiO₂ ve diğer oksitlerden oluşan bir katmanla kaplamak için sol jel yöntemini kullanarak fiziksel bir bariyer oluşturur ve parçacıklar arasındaki doğrudan teması etkili bir şekilde engeller.
Eklenen dispersan veya birleştirme ajanının miktarı genellikle toz kütlesinin %0,5-%3'üdür. Yetersiz dozaj, parçacıkların yüzeyini tamamen kaplayamaz; aşırı dozaj ise çok katmanlı adsorpsiyona veya sistem viskozitesinde artışa yol açarak performansı etkileyebilir. Küçük ölçekli deneylerle optimal dozajın belirlenmesini önerin.
Uygun fiziksel işlemlerle birleştirilen yüzey modifikasyonu temelinde oluşturulan agregatlar etkili bir şekilde dağıtılabilir.
① Ultrasonik dispersiyon, yumuşak agregaları etkili bir şekilde parçalayabilen güçlü yerel darbe kuvvetleri oluşturmak için sıvılarda ultrasonik dalgalar tarafından oluşturulan "kavitasyon etkisinden" yararlanır. Laboratuar veya küçük partili bulamaç dispersiyonu için uygundur; aşırı ısınmayı önlemek için işleme sırasında sıcaklık kontrolü dikkate alınmalıdır.
② Yüksek enerjili bilyalı frezeleme/kum frezeleme, öğütme ortamı (zirkonya topları gibi) ile toz arasındaki çarpışma, kesme ve sürtünme yoluyla topakları güçlü bir şekilde açar. Bu yöntem yüksek verimliliğe sahiptir, ancak yabancı maddeleri ortaya çıkaran veya parçacık morfolojisine zarar veren aşırı öğütmeyi önlemek için hızın, bilya-malzeme oranının ve zamanın optimizasyonunu gerektirir.
Kurutma, ikincil topaklaşmaya yol açan önemli bir adımdır. Geleneksel kurutma sırasında, nemin buharlaşmasıyla oluşan kılcal kuvvet, parçacıkları sıkı bir şekilde bir araya getirecektir.
① Dondurarak kurutma, önce toz içeren süspansiyonu katı bir duruma dondurur ve ardından buzu bir vakum ortamında doğrudan süblimleştirir. Bu işlem, sıvı köprüleri ve kılcal kuvvet oluşumunu tamamen ortadan kaldırır ve sert topaklanmayı önlemek ve gevşek tozlar elde etmek için en iyi kurutma yöntemlerinden biridir.
② Püskürtmeli kurutma, bulamacı atomize ederek ve hızlı bir şekilde kurutarak iyi akışkanlığa sahip küresel parçacıklar elde edebilir. Giriş hava sıcaklığı ve atomizasyon hızı gibi parametrelerin doğru kontrolü gereklidir ve yardımcı olması için bulamaca önceden dağıtıcı maddeler eklenebilir.
SAT NANO teknisyeni DANA tarafından firmanın üretim yöntemleri ve ekipmanlarına göre önerilen yöntemler aşağıdadır.
| Boyut |
Islak Boncuk Frezeleme |
Yüksek Basınçlı Homojenizasyon (HPH) |
Jet Frezeleme (Kuru Proses) |
Ultrasonikasyon |
| Çalışma Prensibi |
Öğütme ortamından (örneğin zirkonya/alümina boncuklar) kaynaklanan kesme ve darbe kuvvetleri. |
Anlık basınç düşüşü, yüksek hızlı darbe ve kavitasyon. |
Basınçlı havanın neden olduğu yüksek hızlı parçacıktan parçacıka çarpışmalar. |
Akustik kavitasyon tarafından üretilen lokalize şok dalgaları ve mikro jetler. |
| Dağılma Yeteneği |
Aşırı: Hem yumuşak aglomeraları hem de kısmi sert aglomeraları (sinterlenmiş boyunlar) kırabilir. |
Güçlü: Yumuşak aglomeratlar ve mikron altı kümelerin rafine edilmesi için son derece etkilidir. |
Orta: Öncelikle kuru toz formundaki kaba kümeleri kırmak için kullanılır. |
Düşük ila Orta: Yalnızca yumuşak/zayıf topaklarda etkilidir; sinterlenmiş parçacıklar için etkisizdir. |
| Saflık Kontrolü / Kontaminasyon Riski |
Zorlu: Boncuklardan/astardan dolayı aşınma riski. "Yüksek Saflığı" korumak için yüksek saflıkta alümina ortam ve astarlar gerekir. |
Mükemmel: Medyasız süreç. Çapraz bulaşma riski son derece düşüktür. |
Mükemmel: Öğütme ortamı kullanılmadı. Metal toplanmasını önlemek için uygulaması kolay polimer veya seramik kaplamalar. |
En yüksek: Temassız yöntem (veya yüksek saflıkta titanyum prob); sıfır dış kontaminasyon sağlar. |
| Parçacık Boyutu Dağılımı (PSD) |
En Dar: En yüksek düzeyde parçacık boyutu homojenliği sağlar. |
Dar: Özellikle düşük viskoziteli bulamaçlar için iyi bir homojenlik. |
Nispeten Geniş: Hassas uç dağıtımı üzerinde daha az hassas kontrol. |
Değişken: Büyük ölçüde tozun başlangıç durumuna ve konsantrasyonuna bağlıdır. |
| Tipik Uygulamalar |
Li-ion pil ayırıcı kaplamalar, üst düzey CMP parlatma bulamaçları, elektronik macunlar. |
Gelişmiş ince seramikler, yarı iletken levha cilalama, özel ince film kaplamalar. |
Termal arayüz dolgu maddeleri, seramik sprey tozları, hammaddenin kuru ön işleme tabi tutulması. |
Ar-Ge laboratuar ölçeğinde numune alma, hassas katkı maddesi dispersiyonu, kullanımdan önce son hava giderme. |
