Kalibrēšanas laboratoriju, pusvadītāju tīrtelpu un kosmosa metroloģijas kabinetu klusajās zālēs notiek klusa revolūcija. To nevirza tikai programmatūra vai sensori, bet gan paši materiāli, kas veido pašu mērījumu pamatu. Šīs pārmaiņas priekšgalā ir progresīvi keramikas mērinstrumenti, tostarp īpaši stabilais keramikas gaisa taisnais lineāls un ārkārtīgi stingrais augstas precizitātes silīcija karbīda (Si-SiC) paralēlskaldnis un kvadrāts. Tie nav tikai instrumenti; tie ir jaunas ēras veicinātāji, kurā stabilitāte, atkārtojamība un termiskā neitralitāte nav apspriežama.
Vairāk nekā pusgadsimtu precīzās metroloģijas jomā dominēja melnais granīts. Tā dabiskā slāpēšana, zemā termiskā izplešanās un lieliskā līdzenuma dēļ tas bija galvenais materiāls virsmas plāksnēm, kvadrātiem un taisnām malām. Tomēr, nozarēm virzoties uz submikronu un pat nanometru mēroga pielaidēm, īpaši pusvadītāju litogrāfijā, kosmosa optikā un kvantu skaitļošanā, granīta ierobežojumi ir kļuvuši arvien acīmredzamāki. Tas ir smags, atkārtotas saskares rezultātā var rasties mikrošķembas un, neskatoties uz savu reputāciju, slodzes vai vides svārstību ietekmē joprojām uzrāda nelielu ilgtermiņa šļūdi.
Iepazīstieties ar inženiertehnisko keramiku: nevis ikdienas iztēles trauslo māla trauku, bet gan blīvus, viendabīgus, augstas veiktspējas materiālus, kas kalti ārkārtīgi augstā karstumā un spiedienā. Starp tiem metroloģijas pielietojumiem izceļas divas klases: augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīds (Al₂O₃) un reakcijas ceļā savienots silīcija karbīds (Si-SiC). Lai gan abi piedāvā ievērojamus uzlabojumus salīdzinājumā ar tradicionālajiem materiāliem, tiem ir atšķirīgas lomas — un kopā tie pārstāv dimensiju metroloģijas iespējamo sasniegumu.
Piemēram, ņemiet keramikas gaisa taisno lineālu. Šis instruments, kas paredzēts lietošanai ar gaisa gultņu podiem vai optiskajiem interferometriem, prasa gandrīz perfektu taisnumu, minimālu masu un nulles termisko nobīdi. Uz alumīnija oksīda bāzes.keramikas lineāli—apstrādāti līdz plakanumam un taisnumam ±0,5 µm robežās 500 mm garumā un pulēti līdz virsmas raupjumam zem Ra 0,02 µm — nodrošina tieši to. To zemais blīvums (~3,6 g/cm³) samazina inerci dinamiskās mērīšanas sistēmās, savukārt to nemagnētiskā, nevadošā daba novērš traucējumus jutīgās elektroniskās vai magnētiskās vidēs. Vafeļu pārbaudes instrumentos vai lāzera sekošanas kalibrēšanas iestatījumos, kur pat mikrons izliekuma var sagrozīt rezultātus, keramikas gaisa taisnais lineāls nodrošina stabilu, inertu atskaites punktu, kas saglabājas patiess neatkarīgi no temperatūras svārstībām un darbības cikliem.
Bet, kad ir nepieciešama maksimāla stingrība un siltumvadītspēja, piemēram, kosmosa teleskopa spoguļu izlīdzināšanā vai lieljaudas lāzera rezorbcijas metroloģijā, inženieri pievēršas augstas precizitātes silīcija karbīda (Si-SiC) paralēlskaldņu un kvadrātveida komponentiem. Si-SiC ir viens no stingrākajiem zināmajiem materiāliem, kura Janga modulis pārsniedz 400 GPa — vairāk nekā trīs reizes lielāks nekā tēraudam — un siltumvadītspēja var sacensties ar alumīnija siltumvadītspēju. Svarīgi ir tas, ka tā termiskās izplešanās koeficientu (CTE) var pielāgot optisko stiklu vai silīcija plākšņu koeficientam, nodrošinot gandrīz nulles diferenciālo izplešanos hibrīdos mezglos. Si-SiC kvadrāts, ko izmanto kā galveno atskaites punktu EUV litogrāfijas instrumentā, ne tikai saglabās savu formu, bet arī aktīvi pretosies deformācijai no lokalizētas sildīšanas vai vibrācijas.
Šos sasniegumus padara iespējamus ne tikai materiāls, bet arī keramikas mērinstrumentu izgatavošanas meistarība. Piemēram, precīzai Si-SiC apstrādei ir nepieciešami dimanta slīpripas, submikronu CNC platformas un daudzpakāpju slīpēšanas procesi, kas tiek veikti temperatūras kontrolētā vidē. Pat neliels atlikušais spriegums no nepareizas saķepināšanas var izraisīt deformāciju pēc apstrādes. Tāpēc tikai daži pasaules ražotāji integrē materiālu sintēzi, precīzu formēšanu un galīgo metroloģiju zem viena jumta — šī spēja atšķir patiesus metroloģijas līmeņa ražotājus no vispārējiem keramikas piegādātājiem.
Uzņēmumā ZHONGHUI INTELLIGENT MANUFACTURING (JINAN) GROUP CO., LTD (ZHHIMG) šī vertikālā integrācija ir mūsu misijas centrālais elements. Mūsu keramikas mērinstrumenti, tostarp keramikas gaisa taisno lineālu modeļi, kas sertificēti atbilstoši DIN 874 AA pakāpei, un augstas precizitātes silīcija karbīda (Si-Si-C) paralēlskaldņu un kvadrātveida artefakti, kas izsekojami atbilstoši PTB un NIST standartiem, tiek ražoti ISO 7. klases tīrtelpās, izmantojot patentētus sintēšanas un apdares protokolus. Katra detaļa pirms nosūtīšanas tiek pakļauta pilnīgai interferometriskai validācijai, ģeometrisko pielaižu (plakanuma, paralēlisma, perpendikulitātes) pārbaudei ar CMM un virsmas integritātes pārbaudei. Rezultāts ir atsauces klases artefakts, kas ne tikai atbilst specifikācijām, bet arī konsekventi tās pārsniedz visās partijās.
Pieprasījums pēc šādas veiktspējas strauji pieaug. Pusvadītāju ražošanā EUV un augsta NA litogrāfijas sistēmām ir nepieciešamas izlīdzināšanas struktūras, kas ir stabilas desmitiem nanometru metru mēroga attālumos — tas nav iespējams bez Si-SiC termiski mehāniskās sinerģijas. Kosmosā satelītu optiskie soliņi, kas izgatavoti no keramikas atsauces, nodrošina stabilitāti orbītā, neskatoties uz ekstremāliem termiskajiem cikliem. Pat tādās jaunās jomās kā gravitācijas viļņu noteikšana vai atomu pulksteņu izstrāde, kur ir svarīga pikometru līmeņa stabilitāte, keramikas un Si-SiC metroloģijas artefakti kļūst neaizstājami.
Svarīgi ir tas, ka šie instrumenti risina arī ilgtspējības un kopējās ekspluatācijas izmaksas. Lai gan sākotnējās investīcijas augstas precizitātes silīcija karbīda paralēlskaldnī var pārsniegt granīta ekvivalenta investīcijas, tās kalpošanas laiks intensīvas lietošanas vidē var būt 5–10 reizes ilgāks. To nav nepieciešama eļļošana, tas ir izturīgs pret visiem parastajiem šķīdinātājiem un plazmu, un tam nekad nav nepieciešama atkārtota kalibrēšana mitruma absorbcijas dēļ — atšķirībā no čuguna vai pat dažiem granīta veidiem. Kvalitātes vadītājiem, kas darbojas saskaņā ar AS9100, ISO 13485 vai SEMI standartiem, šī uzticamība tieši nozīmē samazinātu dīkstāves laiku, mazāk audita atklājumu un lielāku klientu pārliecību.
Turklāt nedrīkst aizmirst par šo instrumentu estētisko un funkcionālo eleganci. Pulēts Si-SiC kvadrāts mirdz ar metālisku spīdumu, tomēr sver mazāk nekā tērauds. Keramikas gaisa taisnais lineāls šķiet izturīgs, tomēr paceļas bez piepūles — ideāli piemērots manuālai pārbaudei šaurās vietās. Šīs uz cilvēku orientētās īpašības ir svarīgas reālās laboratorijās, kur ergonomika un lietošanas ērtums ietekmē ikdienas darbplūsmu.
Tātad, vai keramikas mērinstrumenti no jauna definē īpaši augstu precizitāti? Atbilde slēpjas datos un pieaugošajā to pasaules līderu sarakstā, kuri tagad tos nosaka kā standartu. Sākot ar nacionālajiem metroloģijas institūtiem, kas validē nākamās paaudzes garuma standartus, līdz 1. līmeņa piegādātājiem, kas sertificē elektrotransportlīdzekļu piedziņas komponentus, maiņa ir skaidra: kad ir jāsamazina nenoteiktība, inženieri uzticas inženiertehniskajai keramikai.
Un, tā kā nozares turpina savu neatlaidīgo gājienu uz atomu mēroga kontroli, viena patiesība kļūst nenoliedzama: mērīšanas nākotne netiks veidota no akmens vai lieta metālā. Tā tiks saķepināta, slīpēta un pulēta keramikā un silīcija karbīdā.
ZHONGHUI INTELLIGENT MANUFACTURING (JINAN) GROUP CO., LTD (ZHHIMG) ir pasaulē atzīts novators īpaši precīzas keramikas un silīcija karbīda metroloģijas risinājumu jomā. Specializējoties keramikas mērinstrumentos, keramikas gaisa taisnajos lineālos un augstas precizitātes silīcija karbīda (Si-SiC) paralēlskaldņu un kvadrātveida detaļās, ZHHIMG piegādā pilnībā sertificētus, laboratorijas līmeņa artefaktus pusvadītāju, kosmosa, aizsardzības un zinātniskās pētniecības lietojumprogrammām. Mūsu produktiem ir ISO 9001, ISO 14001 un CE sertifikāti, un tos uzticas vadošie tehnoloģiju uzņēmumi visā pasaulē. Iepazīstieties ar mūsu progresīvo metroloģijas portfeli vietnēwww.zhhimg.com.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 5. decembris