La polvere alimenta i dispositivi intelligenti
I componenti dei semiconduttori per smartphone e altri gadget digitali vengono lavorati in forni industriali con requisiti estremamente precisi di stabilità dimensionale e purezza. I materiali metallurgici in polvere di Sandvik sono all'altezza di queste sfide e aumentano la produttività e la sostenibilità dell'industria elettronica.
Nella nostra società digitalizzata, sempre più persone utilizzano tecnologie sempre più sofisticate integrate in un numero crescente di dispositivi intelligenti, sia per utilità che per intrattenimento. La domanda di hardware è in aumento e, allo stesso tempo, i requisiti di sostenibilità ed efficienza delle risorse diventano sempre più stringenti.
I processi sono estremamente impegnativi, con temperature elevate fino a 1.300 gradi Celsius.
"I nostri materiali sono utilizzati, ad esempio, nei sistemi di riscaldamento per forni industriali, dove i componenti dei semiconduttori a base di silicio vengono trattati con vari rivestimenti prima di essere assemblati in PCB, che finiscono in smartphone e computer", spiega Dilip Chandrasekaran, responsabile della ricerca e sviluppo presso la divisione Kanthal di Sandvik a Hallstahammar.
"I processi sono estremamente impegnativi, con temperature elevate fino a 1.300 gradi Celsius, il che significa che tutti i componenti che passano attraverso i forni devono resistere alla dura atmosfera gassosa senza cambiare forma o emettere particelle. Altrimenti, un intero lotto di produzione di costosi wafer di silicio potrebbe essere distrutto".
Semiconductor components are treated with various coatings in indus trial furnaces where temperatures can reach 1,300 degrees Celsius.
Il riscaldamento al centro
Kanthal fornisce un prodotto che costituisce il cuore di queste applicazioni per forni: l'elemento riscaldante stesso, che comprende un filo metallico elicoidale incorporato in un modulo di fibra ceramica. Quando si collega l'alimentazione al filo, questo si riscalda, riscaldando qualsiasi cosa debba essere lavorata nel forno.
per realizzare il filo, partiamo da una polvere di metallo", spiega Chandrasekaran, "che viene poi compressa ad alta pressione e ad alta temperatura in un corpo solido da lavorare ulteriormente, tramite laminazione e trafilatura a caldo, fino a raggiungere la forma finale". Il processo di metallurgia delle polveri crea proprietà uniche nel filo, grazie a una microstruttura ottimale che non può essere ottenuta nel filo laminato prodotto in modo convenzionale".
Il processo di produzione si basa su un'avanzata metallurgia delle polveri che consente di strutturare il metallo con miliardi di piccole particelle, aumentandone drasticamente la resistenza. Altrimenti, un problema comune in questo tipo di sistemi di riscaldamento è che i componenti strutturali si deformano ad alte temperature nel corso del tempo.
Mantenimento della forma
Per funzionare correttamente a temperature estremamente elevate, un materiale deve dimostrare sia un'elevata stabilità dimensionale che una resistenza all'ossidazione e alla corrosione.
"La speciale lega di ferro, cromo e alluminio su cui si basano i nostri prodotti offre eccellenti proprietà di ossidazione in una forma prodotta in modo convenzionale", spiega Chandrasekaran, "ma con la metallurgia delle polveri facciamo un ulteriore passo avanti, offrendo un materiale di qualità superiore che mantiene la sua forma in modo eccellente anche alle alte temperature. Ciò significa una minore necessità di manutenzione e una maggiore produttività per i clienti industriali che utilizzano i forni".
Oltre all'industria dei semiconduttori, Chandrasekaran individua un mercato ampio e in crescita tra i produttori di pannelli solari, che utilizzano anch'essi il silicio come materiale di partenza e hanno bisogno di trattare termicamente i loro componenti nello stesso tipo di applicazioni impegnative dei forni.
Esempio di applicazione: Forni industriali
I forni industriali per la produzione di wafer di silicio utilizzati, ad esempio, nell'elettronica e nei pannelli solari sono una delle applicazioni in cui è possibile utilizzare la metallurgia delle polveri. La bobina di riscaldamento a spirale di Sandvik è in grado di resistere al calore estremo grazie alla microstruttura unica del filo. Questa tecnologia si basa sulla metallurgia delle polveri avanzata che aggiunge miliardi di nanoparticelle al metallo, migliorando notevolmente la resistenza meccanica del filo.
La polvere alimenta la produzione additiva
Con la polvere di metallo e le stampanti 3D è possibile personalizzare una forma e una funzione uniche, totalmente in linea con i desideri del cliente e con uno spreco minimo di materiale", afferma Dilip Chandrasekaran.
"Questo è già utilizzato oggi in ambito commerciale, ad esempio per la produzione di piccole serie di alcuni componenti degli aeroplani, ma la produzione di grandi volumi è ancora lontana. Abbiamo bisogno di ridurre i costi di produzione e di garantire che il prodotto finale soddisfi gli stessi requisiti di precisione, resistenza, eccetera, che si applicano oggi".
Sandvik sta investendo molto in questo settore e ha sviluppato un'esperienza leader in tutta la catena del valore della produzione additiva, dalla concezione alla produzione in serie. L'azienda detiene una posizione di leadership nella produzione di polvere metallica a grana fine, offerta non solo come acciaio inossidabile, ma anche come una gamma di leghe basate su metalli come nichel, cobalto/cromo e titanio.