Cam ve alt tabaka bilimi
Alkali içermeyen cam enkoder disk alt tabakası olarak: düşük genleşme, sodyumsuzluk ve doğal yüzey
Ekran panelleri için alkali içermeyen alüminoborosilikat camın CTE’si yaklaşık 3–4×10⁻⁶/K’dir, neredeyse sodyum içermez ve gerinim noktası yüksektir. Bu makale onu soda-kireç ve borosilikat camlarla karşılaştırır, alüminyum alaşımı ve paslanmaz göbeklerle genleşme farkını ve delik kenarı gerilmesini hesaplar, hangi enkoder disklere uyduğunu ve yapıştırma ile montajda nelere bakılacağını açıklar.
Ekran panelleri için alkali içermeyen alüminoborosilikat camın üç özelliği vardır: CTE yaklaşık 3–4×10⁻⁶/K, neredeyse sodyum yok, yüksek gerinim noktası. Bu üçü enkoder disklerin ağrı noktalarına karşılık gelir: krom film ile alt tabaka arasındaki ısıl gerilme, buğulanma ve korozyona yol açan alkali sızıntısı, fırınlamada boyutsal büzülme. Bedeli: CTE yaygın metal göbeklerden daha da uzaktır. Bu makale her iki tarafı örnek sayılarla hesaplar.
Diğer camlarla karşılaştırma
Tipik aralıklar (örnekler, markaya bağlı değil):
| Sınıf | α (10⁻⁶/K) | Gerinim noktası (℃) | Na₂O (wt%, mertebe) |
|---|---|---|---|
| Soda-kireç | 8,6–9,4 | yaklaşık 500–520 | yaklaşık 14 |
| Alkali alüminosilikat | 7,5–9,5 | yaklaşık 530–585 | yaklaşık 12–14 |
| Tip 3.3 borosilikat | yaklaşık 3,3 | yaklaşık 510 | yaklaşık 4 |
| Alkali içermeyen alüminoborosilikat | 3,2–3,9 | 650–750 | yaklaşık 0 (genelde < 0,1) |
| Eritilmiş silika | yaklaşık 0,5 | yaklaşık 900–1100 | 0 |
Alkali içermeyen camın α’sı borosilikata yakındır ama gerinim noktası yaklaşık 140–240 K daha yüksektir – ilk üstünlüğü budur.
Isıl gerilme. Krom film α’sı yaklaşık 4,9×10⁻⁶/K; kütle E = 279 GPa, Poisson oranı 0,21. Alt tabaka 100 K ısındığında soda-kireç üzerindeki krom yaklaşık 145 MPa gerilmeye girer; alkali içermeyen camda yaklaşık 42 MPa mertebesinde basınca döner. Sıçratma filmleri zaten yüzlerce MPa iç gerilme taşır, bu yüzden ısıl gerilme özellikle sıcaklık çevrimlerinde ve yüksek sıcaklık adımlarında etkilidir; yine de bir mertebe küçük uyumsuzluk yapışmaya yardım eder.
Boyutsal kararlılık. Bu kütüphanenin ısıl büzülme makalesindeki örnek parametrelerle 400 ℃’de 1 saat fırınlama soda-kireci yaklaşık 92 ppm, alkali içermeyeni yaklaşık 0,006 ppm büzüştürür. Yüksek sıcaklık adımlarında (ısıl kür, tavlama, yüksek sıcaklık kaplama) alkali içermeyeni yeğleyin.
Sodyumsuzluk. Nem–ısıda soda-kireçteki sodyum iyonları dışa göç eder, alkali su filmi oluşturur ve pinhol kenarlarında kromu aşındırıp beyaz buğu bırakabilir – yaygın bir mekanizmadır; alkali içermeyen camda bu yol neredeyse yoktur. «Alkali içermeyen» «her şeye dayanıklı» demek değildir: asit ve sıcak alkali direnci farklıdır, yıkama banyoları kendi prosesinizle doğrulanmalıdır.
Doğal yüzey. Overflow downdraw levhası şekillendirme parçasına değmez; pürüzlülük alt-nanometre sınıfına inebilir (bu kütüphanenin alt tabaka karşılaştırma makalesine bakın), parlatma gerekmez ve çoğu kez ince gelir.
Metal göbeklerle genleşme farkı
Düzgün ısıl genleşme yalnızca boyutu değiştirir, çizgi açısını değil; bu yüzden cam–göbek CTE farkı doğrudan açı hatasına yol açmaz; üç başka sorun yaratır: yapıştırma ve montaj gerilmesi, merkez kayması ve sıcaklık çevrimlerinde yorulma. Cam α = 3,7, yapıştırma yarıçapı r = 10 mm, sıcaklık salınımı ΔT = 40 K alınırsa yarıçaptaki serbest genleşme farkı Δr = r·Δα·ΔT:
| Göbek (α) | Alkali içermeyen Δr | Soda-kireç Δr |
|---|---|---|
| Alüminyum alaşımı (23) | 7,7 μm | 5,6 μm |
| 304 paslanmaz (17,3) | 5,4 μm | 3,3 μm |
| 430 sınıfı paslanmaz (10,4) | 2,7 μm | 0,6 μm |
| Titanyum alaşımı (8,6) | 2,0 μm | 0,2 μm |
| Kovar sınıfı (5) | 0,5 μm | 1,6 μm |
| Invar sınıfı (1,5) | 0,9 μm | 3,0 μm |
Cam alkali içermeyene geçince uygun göbekler de değişir: soda-kireç 430 sınıfı ve titanyum alaşımına uyar; alkali içermeyen Kovar sınıfı, titanyum alaşımı ve Invar sınıfına; alüminyum alaşımı ile 304 hiçbirine uymaz ve alkali içermeyende daha kötüdür (Şekil 2).
Sıfır boşluklu rijit geçmenin üst sınırı. Cam delik dolu göbeğe boşluksuz ve yapıştırıcısız oturursa sıcaklık değişimi delik kenarında çevresel çekme gerilmesi doğurur. Cam halka (dış/iç çap oranı 3) ve dolu göbek elastik hesaplanırsa alkali içermeyen + alüminyum alaşımı yaklaşık 0,82 MPa/K, +304 yaklaşık 0,72 MPa/K, +430 sınıfı yaklaşık 0,35 MPa/K, +Kovar sınıfı yaklaşık 0,07 MPa/K’dir. Uzun süreli izin verilen çekme yaklaşık 7 MPa alınırsa (mertebe, güvenlik katsayılı, kenar kalitesine bağlı) alüminyum alaşımı montaj sıcaklığından yalnızca yaklaşık 8,6 K uzaklaşınca sınıra ulaşır (Şekil 3). Bu bir üst sınırdır: gerçek boşluk, yapıştırıcı ve göbek esnekliği gerilmeyi düşürür; yalnızca karşılaştırma ve sıralama için kullanın.
Yapıştırmada kayma. Yapıştırıcı kalınlığı 50 μm, Δr = 7,7 μm (alüminyum + alkali içermeyen), kayma şekil değiştirmesi yaklaşık 0,15. Yumuşak yapıştırıcı (kayma modülü yaklaşık 0,5 MPa) yaklaşık 0,08 MPa kayma gerilmesi verir – dayanılabilir; sert epoksi (mertebe yaklaşık 1 GPa) tam halka yapıştırmada mukavemetini aşar, bu yüzden sert yapıştırıcı tam halka kullanılmaz – yumuşak yapıştırıcı, nokta yapıştırma veya esnek yapı.
Uygun enkoder disk türleri
Uygun: cam çapı onlarca milimetre içinde, yumuşak yapıştırıcı veya küçük alan yapıştırma ile montajlı transmisyon enkoder diskleri; yüksek sıcaklık adımlı veya nem–ısı görevli diskler; Kovar sınıfı, titanyum alaşımı veya 430 sınıfı göbekler. Dikkatli olun: alüminyum alaşımına geniş alanda sert bağlanması gereken yapılar; iyon değişimi güçlendirmesi gereken diskler (alkali içermeyen camda değiş tokuş edilebilir alkali iyonu yoktur, bu yolu genellikle kullanamaz); yaklaşık 1 mm’den kalın diskler (gelen stok çoğu kez incedir; kalın tedariki doğrulayın).
Mühendislik notları
- Alkali içermeyen camı düşük genleşme, yüksek gerinim noktası ve sodyumsuzluk için seçin – «daha iyidir» diye değil; diskin sıcaklık aralığı, göbek ve montaj yöntemine göre hesaplayın.
- Önce göbek α’sını ve montaj sıcaklık aralığını kontrol edin, sonra Δr = r·Δα·ΔT kestirin; Δr’si birkaç μm olan yapılar yumuşak yapıştırıcı, nokta yapıştırma veya esnek yapı ister.
- Camı alüminyum alaşımına sıfır boşlukla sert geçirmeyin: yaklaşık 9 K sıcaklık değişimi delik kenarı çekmesini yaklaşık 7 MPa mertebesine çıkarabilir.
- Göbeği Kovar sınıfı, titanyum alaşımı veya 430 sınıfına almak Δr’yi genellikle 2–3 μm altına indirir.
- Alkali içermeyen cam iyon değişimiyle güçlendirilemez; mukavemet kenar ve yüzey kalitesine bağlıdır – pahı ve kesim sonrası kenar kalitesini şartnameye yazın.
- Yüksek sıcaklık adımlarında (fırınlama, kür, kaplama) büzülmeyi azaltmak için alkali içermeyeni yeğleyin ama tedarikçinin gerinim noktası ve ölçümlerini yine de kontrol edin.
Özet
Alkali içermeyen alüminoborosilikat camın α’sı yaklaşık 3–4×10⁻⁶/K, gerinim noktası 650–750 ℃, neredeyse sodyum yoktur – krom ısıl gerilmesi, yüksek sıcaklık büzülmesi ve nem–ısı buğusu için elverişlidir. Bedeli alüminyum alaşımı ve paslanmaz göbeklerle daha büyük genleşme farkıdır: r = 10 mm ve 40 K’de Δr 5–8 μm’ye ulaşabilir, sıfır boşluklu geçmede delik kenarı çekmesi yaklaşık 0,7–0,8 MPa/K’dir. Alkali içermeyen cam seçildiyse göbek ve yapıştırma yöntemi de birlikte yeniden seçilmelidir.
Çince orijinal makalenin çevirisi (0569). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Bu makale yapay zekâ desteğiyle hazırlanmıştır.