I. บทนำ: ขอบเขตเทคโนโลยีของวัสดุโลหะผสมพิเศษ

ในด้านการบินและอวกาศ การบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และการผลิตอุปกรณ์ระดับสูง โลหะผสมสำหรับซีลที่มีการขยายตัวคงที่ของเหล็ก-นิกเกิลกลายเป็นวัสดุสำคัญเนื่องจากคุณสมบัติการจับคู่การขยายตัวด้วยความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ บริษัท ชิงชวนนิวแมททีเรียล (เจิ้งโจว) จำกัด ได้สร้างอุปสรรคทางเทคโนโลยีและข้อได้เปรียบในการอุตสาหกรรมในด้านนี้ ด้วยความสามารถในการวิจัยและพัฒนาการผลิตโลหะบริสุทธิ์สูงและโลหะผสมพิเศษ บทความนี้จะวิเคราะห์ความสามารถทางเทคโนโลยีของบริษัทจากสามด้าน ได้แก่ การวางแผนทางเทคโนโลยี กระบวนการหลัก และการประยุกต์ใช้ที่เป็นตัวอย่าง

2. การวางแผนด้านเทคโนโลยี: ความสามารถในการวิจัยและพัฒนาตลอดห่วงโซ่และการปรับแต่งตามความต้องการ

Qingchuan New Materials ใช้โรงงานมาตรฐานสมัยใหม่ในเขตเทคโนโลยีสูงเจิ้งโจวเป็นฐาน และสร้างระบบเทคโนโลยีครบวงจรตั้งแต่การออกแบบวัสดุ การเตรียมการหลอมละลาย ไปจนถึงการแปรรูปอย่างแม่นยำ ข้อได้เปรียบหลักของบริษัทสะท้อนให้เห็นใน:

1. การควบคุมส่วนประกอบของวัสดุอย่างแม่นยำ
สำหรับสถานการณ์การปิดผนึกที่แตกต่างกัน (เช่น แก้วนิ่ม เซรามิก การบรรจุหีบห่อเซมิคอนดักเตอร์) โดยการปรับเปลี่ยนปริมาณนิกเกิล (Ni) และโคบอลต์ (Co) (เช่น ในโลหะผสม 4J33 มี Ni 32.1%~33.6% และ Co 14.0%~15.2%) เพื่อให้เกิดการจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นกับวัสดุพื้นฐานได้อย่างแม่นยำในช่วง 20℃~450℃ โดยควบคุมความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวให้อยู่ภายใน ±0.8×10⁻⁶/℃

2. นวัตกรรมกระบวนการหลอม
ใช้กระบวนการผสมผสานระหว่างการหลอมเผาแบบเหนี่ยวนำสูญญากาศ (VIM) + การหลอมเผาด้วยเศษไฟฟ้า (ESR)/การหลอมเผาด้วยการบริโภคสูญญากาศ (VAR) เพื่อควบคุมปริมาณแก๊ส (เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน) ให้อยู่ในระดับที่ต่ำมาก เพื่อรับประกันความบริสุทธิ์ของโลหะผสมและความสม่ำเสมอของส่วนประกอบ ตัวอย่างเช่น ในการผลิตโลหะผสมอุณหภูมิสูงแบบหล่อ K418 โดยใช้เทคโนโลยีการแข็งตัวแบบกำหนดทิศทาง เพื่อให้เกิดการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของγ' เฟสเสริมแรง (Ni₃(Al,Ti)) ทำให้ความแข็งแรงต่อเนื่องของวัสดุที่อุณหภูมิสูง 900℃ เพิ่มขึ้น 30%

3. การปรับปรุงระบบการอบชุบด้วยความร้อน
เพื่อตอบสนองความต้องการในการควบคุมเม็ดธาตุของโลหะผสมเชื่อมปิด ได้มีการพัฒนากระบวนการอบอ่อนแบบแบ่งขั้น:
- การอบผ่อนคลายความเครียด: อุณหภูมิ 430℃~540℃ ดำรงอุณหภูมิไว้ 1~2 ชั่วโมง แล้วทำการระบายความร้อนในเตาหรือระบายความร้อนในอากาศ
- การบำบัดด้วยการออกซิไดซ์ล่วงหน้า: อุณหภูมิคงที่ 1000℃~1100℃ ในบรรยากาศไฮโดรเจนเปียกเป็นเวลา 30 นาที สร้างฟิล์มออกไซด์ที่หนาแน่น 2~4μm เพิ่มความแข็งแรงของการเชื่อมต่อที่ขอบเขตปิดผนึก
- การอบอ่อนด้วยการรีคริสตัลไลเซชัน: 850℃~950℃ ด้วยไฮโดรเจนหรือการระบายความร้อนช้าในสภาพสูญญากาศ เพื่อให้เกิดโครงสร้างออสเทนไนต์ที่สม่ำเสมอ

3. กระบวนการหลัก: เทคนิคการปฏิบัติจริงในการเชื่อมต่อและจับคู่

ยกตัวอย่างการเชื่อมประสานระหว่างโลหะผสม 4J33 กับเซรามิกอลูมินา 95% เป็นต้นว่า บริษัท Qingchuan New Materials ได้บรรลุการจับคู่ที่มีความน่าเชื่อถือสูงผ่านเทคโนโลยีดังต่อไปนี้:

1. วิธีการอบชุบแบบสองขั้นตอน
สำหรับแถบโลหะในสภาพการแปรรูปเย็น ให้บ่มที่อุณหภูมิ 850℃ ในบรรยากาศไฮโดรเจนเป็นเวลา 30 นาที เพื่อขจัดแรงเครียดภายใน จากนั้นเพิ่มอุณหภูมิขึ้นถึง 900℃ และบ่มเป็นเวลา 60 นาที แล้วทำการระบายความร้อนลงต่ำกว่า 200℃ ด้วยอัตราเร็ว ≤5℃/นาที เพื่อหลีกเลี่ยงการเคลื่อนตัวของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวที่เกิดจากการโตของเม็ดโลหะผิดปกติ

2. ความร่วมมือในกระบวนการบัดกรี
เลือกใช้วัสดุเชื่อมจากระบบเงิน-ทองแดง-ไทเทเนียม โดยกำหนดอุณหภูมิในการเชื่อมที่ 830℃~850℃ เพื่อหลีกเลี่ยงช่วงที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไม่เป็นเส้นตรงใกล้จุดคิวรีของโลหะผสม (440℃) และลดความเสี่ยงจากการไม่เข้ากันทางความร้อน หลังจากเชื่อมแล้วให้ทำการอบอ่อนตัวเพื่อลดความเครียดที่ 550℃ เพื่อขจัดความเครียดที่เหลืออยู่มากกว่า 80% และยืนยันความสามารถในการกันอากาศ (≤1×10⁻⁹ Pa·m³/s) โดยการทดสอบวัฏจักรการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูง-ต่ำ 10 ครั้ง ที่ -60℃~200℃

3. การปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานที่ไม่เป็นมาตรฐาน
สำหรับชิ้นส่วนเชื่อมปิดขนาดใหญ่ (เช่น แผ่นเทอร์ไบน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง > 200 มม.) ให้สำรองช่องว่างชดเชยการขยายตัว 0.1% ~ 0.3% สำหรับชิ้นส่วนผนังบางมาก (ความหนาผนัง < 0.5 มม.) ให้ลดอุณหภูมิการบัดกรีลง 10℃ ~ 15℃ และลดเวลาในการรักษาอุณหภูมิ เพื่อป้องกันการบิดเบือนจากอุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น ในโครงการเชื่อมปิดใบพัดเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยานแห่งหนึ่ง ผ่านการปรับปรุงกระบวนการทำให้อัตราผลผลิตที่ดีของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นจาก 65% เป็น 92%

4. การประยุกต์ใช้ที่เป็นตัวอย่าง: การตรวจสอบเทคโนโลยีในหลายสาขา

1. ด้านอวกาศและอากาศยาน
Qingchuan New Materials ได้จัดหาแหวนปิดผนึกโลหะผสม 4J33 ให้กับเครื่องยนต์อากาศยานรุ่นหนึ่ง ผ่านการทดสอบการจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นในช่วงอุณหภูมิทั้งหมดตั้งแต่ -60℃ ถึง 600℃ เพื่อให้การขยายตัวจากความร้อนสอดคล้องกับวัสดุคอมโพสิตเซรามิก (CMC) หลังจากเปลี่ยนมาใช้วัสดุนำเข้า ทำให้ต้นทุนลดลง 35% และระยะเวลาการส่งมอบสั้นลง 50%

2. ขอบเขตการบรรจุอิเล็กทรอนิกส์
ในการบรรจุเซมิคอนดักเตอร์ ความแม่นยำในการจับคู่ค่าการขยายตัวของแถบโลหะผสม 4J33 ที่กำหนดเองกับซิลิคอนวาฟเฟอร์อยู่ที่ ±0.5×10⁻⁶/℃ โดยการบำบัดด้วยการออกซิไดซ์ล่วงหน้าเพื่อเพิ่มความชุ่มชื้นของฟิล์มออกซิไดซ์กับโลหะเชื่อม ทำให้ความหนาแน่นของการบรรจุเพิ่มขึ้นถึง 1×10⁻¹² Pa·m³/s ซึ่งตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของอุปกรณ์สื่อสาร 5G ในด้านความน่าเชื่อถือ

3. ขอบเขตอุปกรณ์การแพทย์
สำหรับการผลิตเซ็นเซอร์ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิและความดันสูง ได้มีการพัฒนาโลหะผสม 4J33 ที่มีกำมะถันต่ำ (S≤0.01%) เพื่อหลีกเลี่ยงการเคลื่อนที่ของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวที่เกิดจากการเกิดคาร์ไบด์ตามขอบผลึก หลังจากการทดสอบความเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง ความแข็งแรงของวัสดุยังคงรักษาไว้ได้ ≥400MPa เพื่อรับประกันความเสถียรภาพของเซ็นเซอร์ในระยะยาว

ห้า, บทสรุป: นวัตกรรมวัสดุที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยี

บริษัท ชิงช่วน นิวแมททีเรียล (เจิ้งโจว) จำกัด ได้สร้างความสามารถที่สมบูรณ์ตั้งแต่การวิจัยและพัฒนาในห้องปฏิบัติการจนถึงการนำไปใช้ในเชิงอุตสาหกรรมในด้านโลหะผสมเชื่อมประสานที่มีการขยายตัวคงที่ของเหล็ก-นิกเกิล ผ่านการสร้างนวัตกรรมร่วมกันในด้านการออกแบบส่วนประกอบของวัสดุ การควบคุมกระบวนการหลอม และเทคโนโลยีการเชื่อมประสานที่เข้ากันได้ ผลลัพธ์ทางเทคโนโลยีของบริษัทไม่เพียงแต่ให้บริการในด้านการผลิตระดับสูง เช่น อวกาศและการบิน และการบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น แต่ยังเป็นการนำเสนอโซลูชันที่สามารถทำซ้ำได้สำหรับการอัพเกรดเทคโนโลยีวัสดุโลหะผสมพิเศษที่ผลิตในประเทศอีกด้วย ในอนาคต ด้วยการเติบโตของความต้องการด้านการผลิตอัจฉริยะและอุปกรณ์ระดับสูง ชิงช่วน นิวแมททีเรียลจะดำเนินการพัฒนาเชิงบูรณาการด้านวัสดุ-กระบวนการ-อุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง เพื่อผลักดันให้วัสดุโลหะผสมพิเศษพัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและสถานการณ์การนำไปใช้ที่กว้างขึ้น