சிராய்ப்புப் பொருட்கள், வெப்பத்தடுப்புப் பொருட்கள் அல்லது பீங்கான் தொழில்களில் பணியாற்றிய எவருக்கும் தெரியும்,பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடுநுண்பொடியைக் கையாள்வது மிகவும் கடினம் என்பது அனைவரும் அறிந்ததே. வைரத்திற்கு நிகரான கடினத்தன்மையையும், சிறந்த வெப்ப மற்றும் மின் கடத்துத்திறனையும் கொண்ட இந்தப் பொருள், துல்லியமான அரைத்தல், உயர்தர வெப்பத்தடுப்புப் பொருட்கள் மற்றும் சிறப்பு பீங்கான்களுக்கு இயல்பாகவே மிகவும் பொருத்தமானது. இருப்பினும், அதைத் திறம்படப் பயன்படுத்த, அதன் கடினத்தன்மையை மட்டும் கருத்தில் கொள்வது போதாது – சாதாரணமாகத் தோன்றும் இந்தப் பச்சை நிறப் பொடியில், நாம் பார்ப்பதை விடவும் பல விஷயங்கள் அடங்கியுள்ளன. இதன் இரகசியம் "துகள் அளவில்" அடங்கியுள்ளது.
அனுபவம் வாய்ந்த பொருள் பொறியாளர்கள் அடிக்கடி கூறுவதுண்டு, “ஒரு பொருளை மதிப்பிடும்போது, முதலில் அதன் தூளைப் பாருங்கள்; தூளை மதிப்பிடும்போது, முதலில் அதன் துகள்களைப் பாருங்கள்.” இது முற்றிலும் உண்மை. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு நுண்தூளின் துகள் அளவு, அது பிற்காலப் பயன்பாடுகளில் ஒரு சக்திவாய்ந்த சொத்தாக இருக்குமா அல்லது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க தடையாக இருக்குமா என்பதை நேரடியாகத் தீர்மானிக்கிறது. இன்று, இந்தத் துகள் அளவு எவ்வாறு கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது மற்றும் இந்தக் கட்டுப்பாட்டை அடைவதில் உள்ள தொழில்நுட்பச் சவால்கள் குறித்து நாம் விரிவாகப் பார்ப்போம்.
I. “அரைத்தல்” மற்றும் “பிரித்தெடுத்தல்”: ஓர் மைக்ரான் அளவிலான “அறுவை சிகிச்சை முறை”
சிறந்ததை அடையபச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடர்முதல் படியாக, பெரிய பச்சை நிற சிலிக்கான் கார்பைடு படிகங்களை ‘சிதைக்க’ வேண்டும். இது சுத்தியலால் அவற்றை நொறுக்குவது போல் எளிமையானதல்ல, மாறாக மிகுந்த துல்லியம் தேவைப்படும் ஒரு நுட்பமான செயல்முறையாகும்.
பிரதானமான முறை இயந்திர முறையிலான அரைத்தல் ஆகும். இது கேட்பதற்கு கரடுமுரடாகத் தோன்றினாலும், இதில் மிக நுணுக்கமான கட்டுப்பாடு தேவைப்படுகிறது. பந்து அரைப்பான்கள் (Ball mills) மிகவும் பொதுவான "பயிற்சிக் களமாக" இருக்கின்றன, ஆனால் சாதாரண எஃகுப் பந்துகளைப் பயன்படுத்துவது இரும்பு அசுத்தங்களை எளிதில் புகுத்திவிடும். தூய்மையை உறுதி செய்வதற்காக, மிகவும் மேம்பட்ட முறைகள் இப்போது செராமிக் உட்பூச்சுகளையும் சிலிக்கான் கார்பைடு அல்லது சிர்கோனியா அரைக்கும் பந்துகளையும் பயன்படுத்துகின்றன. பந்து அரைத்தல் மட்டும் போதாது; குறிப்பாக 10 மைக்ரோமீட்டருக்கும் (µm) குறைவான வரம்பில், மிகவும் நுண்ணிய மற்றும் சீரான நுண்பொடியைப் பெறுவதற்கு, "காற்று ஜெட் அரைத்தல்" (air jet milling) பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த நுட்பம், அதிவேகக் காற்றோட்டத்தைப் பயன்படுத்தி துகள்கள் மோதுவதற்கும் உராய்வு மூலம் உடைவதற்கும் காரணமாகிறது, இதன் விளைவாக குறைந்தபட்ச மாசுபடுதல் மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறுகிய துகள் அளவுப் பரவல் ஏற்படுகிறது. மிக நுண்ணிய பொடிகள் (எ.கா., 1 µm-க்குக் கீழ்) தேவைப்படும்போது ஈர அரைத்தல் (Wet grinding) பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது பொடிகள் ஒன்றுகூடுவதைத் திறம்படத் தடுக்கிறது, இதன் விளைவாக சிறந்த பரவலுடன் கூடிய கூழ்மங்கள் (slurrys) உருவாகின்றன.
இருப்பினும், வெறுமனே "நசுக்குவது" மட்டும் போதாது; உண்மையான மையத் தொழில்நுட்பம் "வகைப்படுத்துதலில்" அடங்கியுள்ளது. நசுக்குவதன் மூலம் உருவாகும் தூள்கள் தவிர்க்க முடியாமல் அளவில் வேறுபடுகின்றன, மேலும் விரும்பிய அளவு வரம்பை மட்டும் தேர்ந்தெடுப்பதே நமது இலக்காகும். இது ஒரு மணல் குவியலிலிருந்து 0.5 முதல் 0.6 மில்லிமீட்டர் விட்டம் கொண்ட மணல் துகள்களை மட்டும் பிரித்தெடுப்பதைப் போன்றது. உலர் காற்று வகைப்படுத்தும் இயந்திரங்கள் தற்போது மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அவை மையவிலக்கு விசை மற்றும் காற்றியக்கவியலைப் பயன்படுத்தி, பருமனான மற்றும் நுண்ணிய தூள்களை அதிக செயல்திறன் மற்றும் பெரிய வெளியீட்டுடன் பிரிக்கின்றன. ஆனால் இதில் ஒரு சிக்கல் உள்ளது: தூள் போதுமான அளவு நுண்ணியதாக மாறும்போது (எ.கா., சில மைக்ரோமீட்டருக்கும் கீழே), வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள் காரணமாக துகள்கள் ஒன்றாகக் குவிய முனைகின்றன (திரள்வு), இது காற்று வகைப்படுத்திகளுக்கு தனிப்பட்ட துகள் அளவின் அடிப்படையில் அவற்றை துல்லியமாகப் பிரிப்பதை கடினமாக்குகிறது. இந்த நிலையில், ஈர வகைப்படுத்துதல் (மையவிலக்கு வீழ்படிவு வகைப்படுத்துதல் போன்றவை) சில சமயங்களில் பயனுள்ளதாக இருக்கும், ஆனால் இந்த செயல்முறை சிக்கலானது மற்றும் செலவும் அதிகரிக்கிறது.
ஆக, துகள் அளவைக் கட்டுப்படுத்தும் முழு செயல்முறையும், அடிப்படையில் “நசுக்குதல்” மற்றும் “வகைப்படுத்துதல்” ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான ஒரு தொடர்ச்சியான போராட்டமும் சமரசமுமாகும். நசுக்குதல் என்பது மிக நுண்ணிய துகள்களை நோக்கமாகக் கொண்டது, ஆனால் மிக நுண்ணிய துகள்கள் ஒன்றுசேரும் தன்மை கொண்டிருப்பதால், அவை வகைப்படுத்துதலுக்குத் தடையாக அமைகின்றன; வகைப்படுத்துதல் என்பது அதிகத் துல்லியத்தை நோக்கமாகக் கொண்டது, ஆனால் அது பெரும்பாலும் ஒன்றுசேர்ந்த நுண்ணிய தூள்களைக் கையாள்வதில் சிரமப்படுகிறது. பொறியாளர்கள் தங்களின் பெரும்பாலான நேரத்தை இந்த முரண்பாடான தேவைகளைச் சமநிலைப்படுத்துவதிலேயே செலவிடுகிறார்கள்.
II. “தடைகளும்” “தீர்வுகளும்”: துகள் அளவு கட்டுப்பாட்டுப் பாதையில் உள்ள முட்களும் ஒளியும்
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு நுண்தூளின் துகள் அளவை நம்பகமான முறையில் கட்டுப்படுத்துவது என்பது, வெறும் நொறுக்குதல் மற்றும் வகைப்படுத்துதலை விட மேலானதாகும். பல உண்மையான தடைகள் வழியில் குறுக்கிடுகின்றன, அவற்றைச் சரிசெய்யாமல் துல்லியமான கட்டுப்பாடு என்பது இயலாத காரியம்.
“கடுமை”யால் ஏற்படும் எதிர்விளைவுதான் முதல் தடையாகும்.பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடுஇது மிகவும் கடினமானது, இதை நசுக்குவதற்கு மிகப்பெரிய ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, இதன் விளைவாக உபகரணங்களில் குறிப்பிடத்தக்க தேய்மானம் ஏற்படுகிறது. மிக நுண்ணிய அரைத்தலின் போது, அரைக்கும் ஊடகம் மற்றும் லைனர்களின் தேய்மானத்தால் அதிக அளவு அசுத்தங்கள் உருவாகின்றன. இந்த அசுத்தங்கள் உற்பத்திப் பொருளுடன் கலந்து, அதன் தூய்மையைக் கெடுக்கின்றன. அசுத்தங்களின் அளவு மிக அதிகமாக இருந்தால், துகள்களின் அளவைக் கட்டுப்படுத்த நீங்கள் செய்யும் கடின உழைப்பு அனைத்தும் பயனற்றுப் போகிறது. தற்போது, இந்த "கடினமான புலியை" சமாளிப்பதற்காக, தொழில்துறையானது அதிக தேய்மான-எதிர்ப்புத் திறன் கொண்ட அரைக்கும் ஊடகம் மற்றும் லைனர் பொருட்களை உருவாக்குவதிலும், உபகரணங்களின் கட்டமைப்புகளை மேம்படுத்துவதிலும் தீவிரமாக ஈடுபட்டு வருகிறது.
நுண்ணிய தூள்களின் உலகில் உள்ள இரண்டாவது சவால், "ஈர்ப்பு விதி" எனப்படும் திரள்வு ஆகும். துகள்கள் எவ்வளவு நுண்ணியதாக இருக்கின்றனவோ, அவ்வளவு பெரியதாக அவற்றின் குறிப்பிட்ட மேற்பரப்புப் பரப்பளவும், மேற்பரப்பு ஆற்றலும் இருக்கும்; அவை இயல்பாகவே "ஒன்றாகக் குவிய" முனைகின்றன. இந்தத் திரள்வானது "மென்மையான திரள்வாக" (வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள் போன்ற மூலக்கூறிடை விசைகளால் ஒன்றாகப் பிணைக்கப்பட்டு, ஒப்பீட்டளவில் எளிதில் உடைக்கப்படக்கூடியது) அல்லது மிகவும் சவாலான "கடினமான திரள்வாக" (நசுக்குதல் அல்லது வெப்பமூட்டலின் போது, துகள்களின் மேற்பரப்புகள் பகுதியளவு உருகுவதாலோ அல்லது வேதிவினைகளுக்கு உள்ளாகி அவற்றை இறுக்கமாக ஒன்றாகப் பிணைப்பதாலோ) இருக்கலாம். திரள்கள் உருவானவுடன், அவை துகள் அளவு பகுப்பாய்வுக் கருவிகளில் "பெரிய துகள்கள்" போலத் தோற்றமளித்து, உங்கள் கணிப்பைத் தீவிரமாகத் தவறாக வழிநடத்துகின்றன; மெருகூட்டும் திரவங்கள் போன்ற நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில், இந்தத் திரள்களே வேலைப் பொருளின் மேற்பரப்பைக் கீறிவிடும் "குற்றவாளிகளாக" இருக்கின்றன. திரள்வுப் பிரச்சினைக்குத் தீர்வு காண்பது ஒரு உலகளாவிய சவாலாகும். தூளை அரைக்கும்போது சேர்க்கைப் பொருட்களைச் சேர்ப்பது மற்றும் செயல்முறையை மேம்படுத்துவது மட்டுமின்றி, தூளின் மேற்பரப்பை மாற்றி, அதன் மீது ஒரு “மேற்பூச்சு” இடுவது மிகவும் சக்திவாய்ந்த ஒரு அணுகுமுறையாகும். இது மேற்பரப்பு ஆற்றலைக் குறைத்து, தூள் தொடர்ந்து “ஒன்றாகக் கட்டியாக” மாறுவதைத் தடுக்கும்.
III. மூன்றாவது புலி என்பது “அளவீட்டில்” உள்ள உள்ளார்ந்த நிச்சயமற்ற தன்மையாகும்.
நீங்கள் கட்டுப்படுத்திய துகள் அளவு, நீங்கள் நினைப்பதுதான் என்பதை எப்படி அறிந்துகொள்வது? துகள் அளவு பகுப்பாய்விகள் நமது கண்கள் போன்றவை, ஆனால் வெவ்வேறு அளவீட்டுக் கோட்பாடுகள் (லேசர் விளிம்பு விளைவு, வீழ்படிவாக்கம், படிமப் பகுப்பாய்வு), மற்றும் ஒரே கோட்பாட்டின் கீழ் உள்ள வெவ்வேறு மாதிரி சிதறல் முறைகள் கூட, கணிசமாக வேறுபட்ட முடிவுகளைத் தரக்கூடும். ஏற்கனவே திரண்டுள்ள தூள்களுக்கு இது குறிப்பாக உண்மையாகும்; அளவீட்டிற்கு முன் சரியான சிதறல் அடையப்படாவிட்டால் (எ.கா., சிதறல் ஊக்கிகளைச் சேர்த்தல், மீயொலி சிகிச்சை), பெறப்பட்ட தரவுகள் உண்மையான நிலையிலிருந்து வெகு தொலைவில் இருக்கும். நம்பகமான அளவீடு இல்லாமல், துல்லியமான கட்டுப்பாடு என்பது வெறும் வெற்றுப் பேச்சாகவே இருக்கும்.
இந்த சவால்கள் இருந்தபோதிலும், இந்தத் துறை தொடர்ந்து தீர்வுகளைத் தேடி வருகிறது. உதாரணமாக, முழு செயல்முறையின் செம்மைப்படுத்தலும் நுண்ணறிவும் ஒரு முக்கியப் போக்காக உள்ளது. ஆன்லைன் துகள் அளவு கண்காணிப்பு உபகரணங்கள், நிகழ்நேரத் தரவுப் பின்னூட்டம் மற்றும் நொறுக்குதல் மற்றும் வகைப்படுத்தல் அளவுருக்களின் தானியங்கிச் சரிசெய்தல் ஆகியவை ஒரு நிலையான செயல்முறைக்கு வழிவகுக்கின்றன. மேலும், மேற்பரப்பு மாற்றியமைத்தல் தொழில்நுட்பம் அதிக கவனத்தைப் பெற்று வருகிறது; இது இனி ஒரு நிகழ்வுக்குப் பிறகான "நிவாரணம்" அல்ல, மாறாக முழு தயாரிப்புச் செயல்முறையிலும் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டு, மூலத்திலிருந்தே திரள்வதைத் தடுத்து, தூளின் சிதறல் தன்மையையும் பயன்பாட்டு அமைப்புடன் அதன் இணக்கத்தன்மையையும் மேம்படுத்துகிறது. III. பயன்பாடுகளின் அழைப்பு: துகள் அளவு எவ்வாறு "தத்துவஞானியின் கல்" ஆகிறது?
துகள் அளவைக் கட்டுப்படுத்த ஏன் இவ்வளவு சிரமப்பட வேண்டும்? நடைமுறைப் பயன்பாடுகளைப் பார்க்கும்போது இது தெளிவாகிறது. நீலக்கல் திரைகள் மற்றும் சிலிக்கான் தகடுகளை மெருகூட்டுவது போன்ற துல்லியமான அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டல் துறையில், பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு நுண்தூளின் துகள் அளவுப் பரவல் ஒரு "உயிர்நாடி" ஆகும். இதற்கு, "அளவுக்கு அதிகமான துகள்கள்" ("அரிக்கும் துகள்கள்" அல்லது "கொல்லும் துகள்கள்" என்றும் அழைக்கப்படுபவை) முற்றிலும் இல்லாத, மிகவும் குறுகிய மற்றும் சீரான துகள் அளவுப் பரவல் தேவைப்படுகிறது. இல்லையெனில், ஒரு சிறிய ஆழமான கீறல் கூட விலை உயர்ந்த முழு வேலைப் பொருளையும் பாழாக்கிவிடும். அதே நேரத்தில், தூளில் கடினமான கட்டிகள் இருக்கக்கூடாது, இல்லையெனில் மெருகூட்டும் திறன் குறைவாக இருக்கும், மேலும் மேற்பரப்புப் பூச்சு திருப்திகரமாக இருக்காது. இங்கு, துகள் அளவு கட்டுப்பாடு நானோ அளவில் கடுமையாகப் பராமரிக்கப்படுகிறது.
பீங்கான் சூளைப் பொருட்கள் மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை உலை உறைகள் போன்ற மேம்பட்ட வெப்பத்தடுப்புப் பொருட்களில், துகள் அளவு கட்டுப்பாடு என்பது "துகள் அளவுப் பரவலை" மையமாகக் கொண்டுள்ளது. பெரிய மற்றும் சிறிய துகள்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட விகிதத்தில் கலக்கப்படுகின்றன; பெரிய துகள்கள் கட்டமைப்பை உருவாக்குகின்றன, மற்றும் சிறிய துகள்கள் இடைவெளிகளை நிரப்புகின்றன. இது உயர் வெப்பநிலையில் அடர்த்தியான மற்றும் வலிமையான உருகுதலுக்கு வழிவகுக்கிறது, இதன் விளைவாக நல்ல வெப்ப அதிர்ச்சித் தடுப்புத்திறன் கிடைக்கிறது. துகள் அளவுப் பரவல் பொருத்தமற்றதாக இருந்தால், அந்தப் பொருள் நுண்துளைகளுடன் நீடித்து உழைக்காததாகவோ அல்லது மிகவும் உடையக்கூடியதாகவும் விரிசல் ஏற்படக்கூடியதாகவும் இருக்கும். குண்டு துளைக்காத பீங்கான்கள் மற்றும் தேய்மானத்தைத் தாங்கும் சீல் வளையங்கள் போன்ற சிறப்பு பீங்கான்களின் துறையில், தூள் துகளின் அளவு, உருகுதலுக்குப் பிறகான நுண்கட்டமைப்பு மற்றும் இறுதிச் செயல்திறனை நேரடியாகப் பாதிக்கிறது. மிக நுண்ணிய மற்றும் சீரான தூள்கள் அதிக உருகுதல் செயல்பாட்டைக் கொண்டுள்ளன, இது குறைந்த வெப்பநிலையில் அதிக அடர்த்தி மற்றும் நுண்ணிய தானியங்களைக் கொண்ட பீங்கான்களை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது, இதனால் அவற்றின் வலிமை மற்றும் கடினத்தன்மையை கணிசமாக மேம்படுத்துகிறது. இங்கே, பீங்கான் பொருளை "வலுப்படுத்துவதற்கான" உள்ளார்ந்த இரகசியம் துகள் அளவே ஆகும்.