Керамические материалы всё чаще становятся ключевым компонентом мирового высокотехнологичного производства. Благодаря высокой твёрдости, термостойкости и коррозионной стойкости, передовые керамические материалы, такие как оксид алюминия, карбид кремния и нитрид алюминия, широко используются в аэрокосмической промышленности, производстве корпусов полупроводников и биомедицинских изделиях. Однако из-за присущей этим материалам хрупкости и низкой вязкости разрушения их прецизионная обработка всегда считалась сложной задачей. В последние годы, благодаря применению новых режущих инструментов, композитных технологий и интеллектуальных технологий мониторинга, узкие места в обработке керамики постепенно преодолеваются.
Сложность: высокая твердость и хрупкость сосуществуют
В отличие от металлов, керамика более подвержена растрескиванию и сколам при механической обработке. Например, карбид кремния чрезвычайно твёрд, и традиционные режущие инструменты часто быстро изнашиваются, в результате чего срок их службы составляет всего одну десятую от срока службы инструментов для механической обработки металла. Термическое воздействие также представляет значительный риск. Локальное повышение температуры во время механической обработки может привести к фазовым превращениям и остаточным напряжениям, что приводит к подповерхностным повреждениям, способным снизить надёжность конечного изделия. Для полупроводниковых подложек даже нанометровые повреждения могут ухудшить теплоотвод кристалла и электрические характеристики.
Технический прорыв: сверхтвердые режущие инструменты и композитные процессы
Для решения этих задач обработки отрасль постоянно внедряет новые режущие инструменты и решения по оптимизации технологических процессов. Режущие инструменты из поликристаллического алмаза (PCD) и кубического нитрида бора (CBN) постепенно вытесняют традиционные твердосплавные инструменты, значительно повышая износостойкость и стабильность обработки. Более того, применение технологий резки с ультразвуковой вибрацией и обработки в вязком домене позволило производить пластичную резку керамических материалов, ранее удаляемых только хрупким способом, что снижает образование трещин и повреждение кромок.
Что касается обработки поверхности, новые технологии, такие как химико-механическая полировка (ХМП), магнитореологическая полировка (МРП) и плазменная полировка (ПП), открывают керамическим деталям путь к нанометровой точности. Например, теплоотводящие подложки из нитрида алюминия, изготовленные с использованием ХМП в сочетании с ППП, достигли шероховатости поверхности менее 2 нм, что имеет большое значение для полупроводниковой промышленности.
Перспективы применения: от чипов до здравоохранения
Эти технологические прорывы быстро внедряются в промышленное применение. Производители полупроводников используют высокожёсткие станки и системы компенсации температурных погрешностей для обеспечения стабильности больших керамических пластин. В биомедицинской сфере сложные криволинейные поверхности циркониевых имплантатов обрабатываются с высокой точностью с помощью магнитореологической полировки. В сочетании с лазерной обработкой и нанесением покрытий это дополнительно повышает биосовместимость и долговечность.
Будущие тенденции: интеллектуальное и экологичное производство
В перспективе прецизионная обработка керамики станет ещё более интеллектуальной и экологичной. С одной стороны, искусственный интеллект и цифровые двойники внедряются в производственные процессы, позволяя оптимизировать траектории инструмента, методы охлаждения и параметры обработки в режиме реального времени. С другой стороны, разработка градиентной керамики и переработка отходов становятся актуальными направлениями исследований, открывая новые подходы к экологичному производству.
Заключение
Можно предвидеть, что прецизионная обработка керамики продолжит развиваться в направлении «наноточности, низкого уровня повреждений и интеллектуального управления». Для мировой обрабатывающей промышленности это не только прорыв в обработке материалов, но и важнейший показатель будущей конкурентоспособности в высокотехнологичных отраслях. Будучи ключевым компонентом передового производства, инновационные достижения в области обработки керамики напрямую выведут на новый уровень такие отрасли, как аэрокосмическая промышленность, производство полупроводников и биомедицина.
Время публикации: 23 сентября 2025 г.