Ультрачистая керамика

Когда слышишь 'ультрачистая керамика', первое, что приходит в голову — идеальные белые пластины с глянцевой поверхностью. Но на практике всё сложнее. В 2018 году мы столкнулись с парадоксом: образцы, соответствующие ГОСТу по химическому составу, давали микротрещины при термоциклировании. Оказалось, проблема была в технологии прессования — даже 0.2% примесей в пресс-формах снижали прочность на 15%.

Технологические тонкости, которые не пишут в учебниках

Наш цех в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия оснащён немецкими прессами, но ключевым стало не оборудование, а ноу-хау подготовки шихты. Например, использование азотной среды при помоле — казалось бы, мелочь, но именно это позволило добиться стабильного размера пор в 0.3-0.5 мкм. Хотя до идеальных 0.1 мкм, как у японских аналогов, ещё далеко.

Трёхкоординатные измерительные машины в сборочном цехе выявляют любые отклонения геометрии. Помню, как в 2021 году партия ультрачистой керамики для медицинских имплантатов была забракована из-за разницы в 3 микрона по толщине. Пришлось перенастраивать весь технологический цикл — от скорости нагрева до давления при спекании.

Сейчас мы экспериментируем с многослойными структурами. Недавно пробовали комбинировать оксидную и нитридную керамику — результат обнадёживает, но пока нестабилен. Видимо, нужно менять температурные режимы отжига.

Оборудование как фактор успеха и разочарований

102 единицы оборудования — это не просто цифра. Например, наши ЧПУ-станки позволяют обрабатывать керамику с точностью до 5 мкм, но для особо сложных профилей приходится использовать ручную доводку. Кстати, именно здесь чаще всего возникают проблемы с чистотой поверхности.

Цех с постоянной температурой — наше главное преимущество. Летом 2022 года из-за скачка напряжения система климат-контроля дала сбой — и мы потеряли целую партию заготовок. Теперь используем резервные источники питания, но идеального решения пока нет.

Особенно сложно с большими партиями. Когда делаешь 10-20 образцов — одно дело, а при серийном производстве возникают нюансы, которые невозможно предсказать. Например, неравномерный износ пресс-форм или изменение влажности сырья.

Практические кейсы: от успехов до провалов

В 2020 году мы поставили партию ультрачистой керамики для полупроводниковой промышленности. Заказчик жаловался на электростатические разряды — пришлось разрабатывать специальное антистатическое покрытие. Интересно, что решение нашли случайно, тестируя побочный продукт другого проекта.

А вот с керамикой для лазерных систем не повезло. Технические требования казались выполнимыми, но на практике коэффициент теплопроводности оказался ниже заявленного. Пришлось признать — наши текущие мощности не позволяют стабильно производить такой материал.

Сейчас работаем над керамикой для фармацевтики. Основная сложность — сочетание химической стойкости и биосовместимости. Испытания показали, что даже следовые количества алюминия могут влиять на стабильность препаратов.

Перспективы и ограничения

Если говорить о будущем — нам нужно модернизировать участок шлифовки. Современные требования к чистоте поверхности достигли нанометрового уровня, а наши текущие возможности ограничены 0.8-1.2 Ra.

Также рассматриваем возможность установки плазменного оборудования для обработки поверхности. Это могло бы решить проблему с адгезией при нанесении функциональных покрытий — постоянная головная боль при работе с ультрачистыми материалами.

Но главный вызов — кадры. Технологов, понимающих специфику керамики, найти крайне сложно. Часто приходится переучивать специалистов из смежных областей, и это занимает 1-2 года.

Экономика производства: что действительно важно

8000 м2 площадей — звучит впечатляюще, но на деле эффективно используется около 70%. Особенно проблемная зона — склад сырья, где требуется поддержание постоянной влажности. В прошлом году из-за перепадов температуры испортилась партия дорогостоящего оксида циркония.

Себестоимость ультрачистой керамики на 60% складывается из энергозатрат. Печи для спекания потребляют огромное количество электроэнергии, и любые попытки экономии тут же сказываются на качестве.

Инвестиции в 90 миллионов юаней — это не разовые вложения, а постоянное обновление. Например, в этом году планируем заменить измерительное оборудование — старые машины уже не обеспечивают требуемой точности.