Jauhe antaa tehoa älylaitteille
Älypuhelimissa ja muissa digitaalisissa laitteissa käytettäviä puolijohdekomponentteja käsitellään teollisuusuuneissa, joissa on erittäin tarkat vaatimukset mittapysyvyydelle ja puhtaudelle. Sandvikin jauhemetallurgiset materiaalit kestävät nämä haasteet ja lisäävät tuottavuutta ja kestävyyttä elektroniikkateollisuudessa.
Digitalisoituneessa yhteiskunnassamme yhä useammat ihmiset käyttävät yhä kehittyneempää teknologiaa, joka on integroitu yhä useampiin älylaitteisiin sekä hyöty- että viihdetarkoituksiin. Laitteistojen kysyntä kasvaa, ja samaan aikaan kestävyyttä ja resurssitehokkuutta koskevat vaatimukset kiristyvät.
Prosessit ovat erittäin vaativia, ja niissä on korkeita, jopa 1 300 celsiusasteen lämpötiloja.
"Materiaalejamme käytetään esimerkiksi teollisuusuunien lämmitysjärjestelmissä, joissa piipohjaisia puolijohdekomponentteja käsitellään erilaisilla pinnoitteilla ennen niiden kokoamista piirilevyiksi, jotka päätyvät älypuhelimiin ja tietokoneisiin", kertoo Sandvikin Kanthal-divisioonan tutkimus- ja kehityspäällikkö Dilip Chandrasekaran Hallstahammarista.
"Prosessit ovat erittäin vaativia, ja niissä on korkeat, jopa 1 300 celsiusasteen lämpötilat, mikä tarkoittaa, että kaikkien uunien läpi kulkevien komponenttien on kestettävä ankaraa kaasuilmakehää muuttamatta muotoaan tai irrottamatta hiukkasia. Muuten koko tuotantoerä kalliita piikiekkoja voisi tuhoutua."
Semiconductor components are treated with various coatings in indus trial furnaces where temperatures can reach 1,300 degrees Celsius.
Lämmitys ytimessä
Kanthal toimittaa tuotteen, joka muodostaa näiden uunisovellusten ytimen, eli itse lämmityselementin, joka koostuu keraamiseen kuitumoduuliin upotetusta spiraalimaisesta metallilangasta. Kun lankaan kytketään virta, se kuumenee ja lämmittää uunissa käsiteltävän tuotteen.
"Langan valmistaminen alkaa metallijauheesta", Chandrasekaran sanoo, "jauhe puristetaan korkeassa paineessa ja korkeassa lämpötilassa kiinteäksi kappaleeksi, jota käsitellään edelleen kuumavalssauksen ja vedon avulla lopulliseen muotoonsa. Jauhemetallurgiaprosessi luo lankaan ainutlaatuisia ominaisuuksia optimaalisen mikrorakenteen ansiosta, jota ei voida saavuttaa perinteisesti valmistetulla valssatulla langalla."
Tuotantoprosessi perustuu kehittyneeseen jauhemetallurgiaan, jonka avulla metalli voidaan jäsentää miljardeilla pienillä hiukkasilla, mikä lisää merkittävästi sen lujuutta. Muuten tämäntyyppisissä lämmitysjärjestelmissä yleinen ongelma on se, että rakenneosat muuttuvat ajan myötä muodottomiksi korkeissa lämpötiloissa.
Säilyttää muodon
Jotta materiaali toimisi kunnolla erittäin korkeissa lämpötiloissa, sen on osoitettava sekä suurta mittapysyvyyttä että hapettumisen ja korroosion kestävyyttä.
"Tuotteidemme perustana oleva erityinen rauta-, kromi- ja alumiiniseos tarjoaa erinomaiset hapettumisominaisuudet tavanomaisesti valmistettuna", Chandrasekaran sanoo. "Jauhemetallurgian avulla menemme askeleen pidemmälle ja tarjoamme ensiluokkaista materiaalia, joka myös säilyttää muotonsa erittäin hyvin korkeissa lämpötiloissa". Tämä tarkoittaa pienempää huoltotarvetta ja korkeampaa tuottavuutta uuneja käyttäville teollisuusasiakkaille."
Puolijohdeteollisuuden ohella Chandrasekaran tunnistaa suuret ja kasvavat markkinat aurinkopaneelien valmistajien keskuudessa, jotka käyttävät myös piitä lähtömateriaalina ja tarvitsevat komponenttiensa lämpökäsittelyä samantyyppisissä vaativissa uunisovelluksissa.
Sovellusesimerkki: Teollisuusuunit
Teollisuusuunit esimerkiksi elektroniikassa ja aurinkopaneeleissa käytettävien piikiekkojen valmistukseen ovat yksi sovelluksista, joissa voidaan käyttää jauhemetallurgiaa. Sandvikin spiraalinmuotoinen lämmityskela kestää äärimmäistä kuumuutta langan ainutlaatuisen mikrorakenteen ansiosta. Tämä teknologia perustuu edistykselliseen jauhemetallurgiaan, jossa metalliin lisätään miljardeja nanohiukkasia, mikä parantaa huomattavasti langan mekaanista lujuutta.
Jauhe tehostaa additiivista valmistusta
Lisäainevalmistuksen perusmateriaalina käytetylle metallijauheelle on syntymässä entistä enemmän tulevaisuuden sovelluksia. "Metallijauheen ja 3D-tulostimien avulla on mahdollista muokata ainutlaatuinen muoto ja toiminto täysin asiakkaan toiveiden mukaisesti ja materiaalin tuhlaaminen on minimaalista", Dilip Chandrasekaran sanoo.
"Tämä on jo nyt kaupallisessa käytössä, esimerkiksi lentokoneiden tiettyjen osien piensarjatuotannossa, mutta suurten määrien tuotanto on vielä kaukana. Meidän on saatava tuotantokustannukset alenemaan ja varmistettava, että lopputuote täyttää samat tarkkuutta, lujuutta ja niin edelleen koskevat vaatimukset kuin nykyäänkin."
Sandvik investoi voimakkaasti alaan ja on kehittänyt johtavaa asiantuntemusta koko additiivisen valmistuksen arvoketjussa - konseptista sarjatuotantoon. Yrityksellä on johtava asema hienojakoisen metallijauheen tuotannossa, jota tarjotaan paitsi ruostumattomana teräksenä myös erilaisina metalliseoksina, jotka perustuvat esimerkiksi nikkeliin, kobolttiin/kromiin ja titaaniin.