گرانیت بیشترین توجه را به خود جلب می کندپایه دقیقو بحث های بلبرینگ هوا، و به دلایل خوبی - ثابت شده، به طور گسترده در دسترس است، و مقرون به صرفه است-در مقیاس. اما وارد یک ویفر فوق العاده نیمه هادی شوید-که مراحل را با سرعت و شتاب بسیار زیاد انجام می دهد، و به طور فزاینده ای خواهید یافت که سرامیک کاری را که گرانیت به تنهایی انجام می داد، انجام می دهد. اجزای آلومینا و کاربید سیلیکون جایگاه واقعی را در این فضا ایجاد کرده اند، نه به عنوان یک ارتقاء بازاریابی، بلکه به این دلیل که برخی از برنامه های کاربردی از آنچه گرانیت می تواند به طور منطقی ارائه دهد، عبور می کند.
جایی که گرانیت شروع به ورود به محدودیت می کند
گرانیت متراکم، از نظر ابعادی پایدار و طبیعتاً غیرمغناطیسی - است و همه مزایای واقعی در جاهای دیگر این سایت مورد بحث قرار گرفته است. اما سقف دارد. نسبت سفتی به وزن آن در مقایسه با سرامیک های مهندسی شده نسبتاً متوسط است، که زمانی که یک مرحله نیاز به شتاب و کاهش سریع بدون ایجاد انعطاف ساختاری داشته باشد، به یک محدودیت واقعی تبدیل می شود. همچنین متخلخلتر از-سرامیک فنی دانههای ریز است، که وقتی تحمل شکاف یاتاقان هوا به سمت پایینترین قسمت مورد نیاز تجهیزات کنترلی و بازرسی فعلی ویفر کاهش مییابد، اهمیت دارد. برای بیشتر کاربردهای CMM و اندازهشناسی عمومی، پوشش عملکرد گرانیت بیش از حد کافی است. برای ابزارهای پردازش نیمه هادی با سرعت بالا{11}}می تواند عامل محدود کننده باشد.
آلومینا (Al2O3): سرامیک اسب کار
سرامیک اکسید آلومینیوم - آلومینا - رایجتر از این دو ماده برای اجزای ساختاری دقیق و یاتاقان هوا است، عمدتاً به این دلیل که تعادل معقولی بین عملکرد و قابلیت ساخت ایجاد میکند. آلومینا با خلوص بالا (معمولاً 95-99.5٪ Al2O3 بسته به درجه) سختی قابل توجهی بالاتری نسبت به گرانیت در کسری از وزن دارد، همراه با مقاومت عالی در برابر سایش و بی اثری شیمیایی - مفید در محیط های نیمه هادی که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی فرآیندی یک امر واقعی است، نه یک نظریه.
رسانایی حرارتی آلومینا به طور معنیداری بالاتر از گرانیت است، که با توجه به همه چیزهایی که در مورد واکنش حرارتی کند گرانیت در شرایط دیگر گفته شد، یک نقطه ضعف به نظر میرسد - اما برای مراحل-سرعت بالا که گرمای موضعی خود را از موتور و اصطکاک یاتاقان تولید میکنند، افزایش سریعتر گرما درون خود اجزای سازنده در واقع به جلوگیری از اتلاف گرما در خود کمک میکند. کاربرد متفاوت، اولویت متفاوت.
کاربید سیلیکون (SiC): جایی که سختی شدید بیشترین اهمیت را دارد
کاربید سیلیکون از نظر سختی-به-نسبت وزن و هدایت حرارتی یک ردیف بالاتر از آلومینا قرار میگیرد و در برنامههایی که سرعت و دقت هر دو غیرقابل مذاکره - مراحل ویفر بالا-قابل مذاکره - بالا-مراحل ویفر شتاب بالا-، تجهیزات اپتیکی معینی است که در آنها عملیات نصب مداوم{5} وجود دارد، نشان داده میشود. محدودیت مهندسی واقعی به جای یک نگرانی ثانویه. ماشینکاری SiC سختتر است و عموماً هزینه بیشتری نسبت به آلومینا دارد، به همین دلیل است که به جای انتخاب مواد پیشفرض در سطح صفحه، در لایه بالایی ابزارهای نیمهرسانا ظاهر میشود.
هر دو ماده دارای یک مزیت مربوط به کاربردهای بلبرینگ هوا هستند: پرداخت سطح بسیار ظریف با تخلخل بسیار کم، که به طور مستقیم برای حفظ یک لایه هوای نازک و سازگار در سراسر سطح بلبرینگ اهمیت دارد. یک سطح متخلخل یا ناهموار باعث تغییر فشار موضعی در لایه هوا میشود، که به خطای موقعیت تبدیل میشود - همان اصل که برای بلبرینگهای هوای گرانیتی اعمال میشود، فقط در یک نوار تحمل تنگتر.
این در عمل به چه معناست
اجزای یاتاقان هوای سرامیکی معمولاً در همان فضای کاربردی عمومی مانند گرانیت - CMM، جداول XY، مراحل موتور خطی، بازرسی نیمه هادی و تجهیزات پردازش - نمایش داده می شوند، اما به طور خاص در جایی که سرعت، سفتی یا قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی از آنچه گرانیت به راحتی با آن برخورد می کند، عبور می کند. استفاده از گرانیت برای یک قطعه تجهیزات برای بستر اصلی ساختاری خود، جایی که میرایی جرم و ارتعاش در اولویت است، و از سرامیک برای اجزای مرحله متحرک، که جرم کم و سفتی بالا اهمیت بیشتری دارند، غیرعادی نیست. این دو ماده واقعاً برای یک نقش به اندازه ای که قسمت های مختلف یک دستگاه را پوشش می دهند با هم رقابت نمی کنند.
روشی منطقی برای ارزیابی انتخاب
برای تیمهای مهندسی که بین گرانیت، آلومینا یا SiC برای یک جزء معین تصمیم میگیرند، سؤالات عملی این است: مرحله به چه شتاب و سرعتی نیاز دارد، آیا قرار گرفتن در معرض مستقیم مواد شیمیایی فرآیند یا چرخه حرارتی شدید وجود دارد، و آیا تحمل کاربرد واقعاً به سفتی سرامیکی-سطح سختی نیاز دارد، یا نیاز به مولفه گرانیت کمتر{1} دارد. هزینه سرامیک به طور خودکار انتخاب بهتری نیست - این انتخاب مناسب برای زیرمجموعهای خاص و سختگیرانه از برنامههای کاربردی است، و مشخص کردن آن در جایی که گرانیت عملکرد مناسبی داشته باشد فقط هزینه را بدون مزیت مربوطه اضافه میکند.
به عنوان تولیدکنندگان دقیقی که هم روی قطعات گرانیتی و هم در قطعات فنی سرامیک کار میکنند، این مکالمهای است که ارزش آن را دارد که صادقانه با یک تامینکننده در مراحل اولیه طراحی صحبت کنید، به جای اینکه به هر مادهای که فروشندهای در آن تخصص دارد، پیشفرض شود.