Mâm cặp chân không bằng gốm xốp, còn được gọi là mâm cặp gốm xốp, chủ yếu bao gồm một lớp gốm vi mô và khung đỡ. Chúng là các thiết bị kẹp chân không có thể đạt được sự hấp phụ áp suất âm đồng đều thông qua các kênh lỗ rỗng được kết nối với nhau ở cấp độ micron-hoặc cấp độ submicron-. Trong số các vật liệu gốm khác nhau, gốm alumina là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất để chế tạo mâm cặp chân không bằng gốm xốp nhờ các ưu điểm như ổn định hóa học tốt, chống ăn mòn mạnh,-chịu nhiệt độ cao, độ bền cơ học cao, chống mài mòn tuyệt vời, ổn định kích thước tốt và hiệu quả chi phí-cao.
So với mâm cặp có rãnh hoặc đục lỗ truyền thống, mâm cặp chân không bằng gốm xốp có thể đạt được sự phân bố áp suất âm đồng đều hơn trên toàn bộ bề mặt hấp phụ, do đó tránh được sự tập trung ứng suất và suy giảm bề mặt do hấp phụ cục bộ quá mức gây ra. Điều này làm giảm đáng kể sự biến dạng và hư hỏng cục bộ của các tấm mỏng do “bị hút vào các rãnh”. Đặc tính này mang lại cho chúng lợi thế khác biệt trong quy trình gia công chính xác các phôi mỏng, phẳng như tấm silicon và tấm kính, khiến chúng đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng có yêu cầu cao về độ phẳng, phân bổ lực đồng đều và độ ổn định xử lý.
Mâm cặp chân không bằng gốm đạt được khả năng hấp phụ và kẹp phôi thông qua áp suất âm chân không; do đó, độ thoáng khí của vật liệu có tác động quyết định đến hiệu suất làm việc của mâm cặp và cấu trúc-lỗ xuyên qua là nền tảng để đạt được độ thoáng khí ổn định. Đồng thời, mâm cặp chân không trong các ứng dụng thực tế không chỉ yêu cầu độ thoáng khí tốt mà còn có độ bền cơ học cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời, độ ổn định kích thước tốt và độ chính xác gia công bề mặt cao. Hơn nữa, trong một số trường hợp ứng dụng, vật liệu cũng phải có khả năng tản tĩnh điện thích hợp để ngăn chặn sự tích tụ tĩnh điện một cách hiệu quả và giảm tác động bất lợi của việc phóng tĩnh điện lên chất lượng bề mặt phôi, độ chính xác gia công và hiệu suất của thiết bị.
Có nhiều phương pháp khác nhau để chuẩn bị gốm sứ thoáng khí qua- lỗ chân lông, bao gồm ép đùn, làm khô bằng đông lạnh, ngâm tẩm bọt hữu cơ, đóng gói hạt, bổ sung chất tạo lỗ chân lông-, đúc gel, in 3D, v.v. Những cái nào phù hợp hơn cho ứng dụng trong mâm cặp chân không?
01 Phương pháp tạo lỗ chân lông-
Bột alumina được trộn với các chất tạo lỗ chân lông hữu cơ hoặc vô cơ-và được tạo hình. Trong quá trình thiêu kết, các tác nhân hình thành lỗ chân lông-bị phân hủy hoặc đốt cháy, để lại lỗ chân lông. Các chất tạo lỗ chân lông-thường được sử dụng bao gồm tinh bột, cellulose, than cốc dầu mỏ, sucrose, vi cầu PS, sợi hữu cơ, vi cầu PMMA, bột carbon, sáp parafin, v.v.
02 Phương Pháp Đúc Gel
Phương pháp đúc gel là một kỹ thuật quan trọng để tạo thành gốm xốp, được Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge ở Hoa Kỳ đề xuất vào những năm 1990. Phương pháp này bao gồm việc thêm các đơn phân hữu cơ, chất liên kết chéo-, chất xúc tác và chất khởi đầu vào hỗn hợp gốm. Thông qua-quá trình trùng hợp tại chỗ, một mạng lưới polyme ba-chiều được hình thành, giúp cố định các hạt gốm trong hỗn hợp bùn, tạo ra thân gốm màu xanh lá cây có hình dạng-lưới-gần. Dựa trên loại dung môi được sử dụng, phương pháp đúc gel có thể được chia thành hai loại: đúc gel nước và đúc gel không{9}}nước.
03 3D Phương pháp in
Tầm quan trọng của in 3D đối với việc chế tạo gốm xốp chủ yếu nằm ở sự chuyển đổi từ "hình thành lỗ chân lông thụ động" sang "cấu trúc lỗ chân lông được thiết kế chủ động". In 3D cho phép kiểm soát trực tiếp hình thái, kích thước, sự phân bố và khả năng kết nối của các lỗ thông qua mô hình kỹ thuật số và sản xuất bồi đắp từng lớp-từng lớp, từ đó cho phép thiết kế tổng hợp cả cấu trúc vĩ mô và kiến trúc lỗ vi mô của gốm xốp.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp in 3D FDM (Mô hình lắng đọng hợp nhất) kết hợp với quy trình tích hợp đồng thiêu kết để chuẩn bị mâm cặp gốm alumina xốp. Trong phương pháp này, nguyên liệu tổng hợp chứa bột alumina, chất hỗ trợ thiêu kết và sợi cacbon được in từng lớp-từng lớp{4}}theo cách một chiều, làm cho các sợi cacbon thẳng hàng dọc theo đường in. Sau đó, vật liệu được cắt thành từng lát vuông góc với đường in. Sau khi liên kết và thiêu kết, một cấu trúc có các lỗ rỗng được định hướng đồng đều và kéo dài qua{7}}sẽ được hình thành. Hơn nữa, lớp gốm xốp được liên kết toàn diện với chất nền alumina có độ tinh khiết cao thông qua quá trình ép khô, ép đẳng tĩnh và đồng thiêu kết. Kết quả chỉ ra rằng các mâm cặp được chế tạo bằng phương pháp này duy trì dòng khí cao và độ bền liên kết bề mặt cao ngay cả trong các điều kiện có độ xốp khoảng 38% đến 40%.
04 Phương pháp đông khô
Phương pháp đông khô là một kỹ thuật chế tạo gốm xốp sử dụng quá trình đông lạnh và thăng hoa bằng dung môi để tạo cấu trúc lỗ rỗng. Bản chất của nó nằm ở việc sử dụng các tinh thể dung môi đông lạnh làm mẫu tạm thời, tạo ra các cấu trúc xốp thông qua lực đẩy hạt và loại bỏ thăng hoa sau đó.
Giải pháp mâm cặp chân không dựa trên quy trình-đúc đông lạnh và sấy thăng hoa để chuẩn bị lớp hấp phụ có hướng xuyên qua- lỗ xốp đã được phát triển. Phương pháp này sử dụng phương pháp đóng băng một chiều để tạo ra các kênh lỗ rỗng thẳng hàng vuông góc với bề mặt hấp phụ. Các kênh này sau đó được kết hợp và bịt kín bằng một tấm đế có các rãnh, tạo ra mâm cặp chân không xốp có đặc điểm là kích thước lỗ nhỏ, tổn thất dòng chảy thấp, hấp phụ đồng đều và phù hợp với các điều kiện vận hành khi vùng hấp phụ không được bao phủ hoàn toàn.