وسائط كاشطة من الألومينا البيضاء المنصهرة رقم 24 مش لتنظيف مغناطيسات TF بالرمل

تتكون الركائز الأساسية للمغناطيسات فائقة التوصيل من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 316LN/304L، وموصلات من سبائك النحاس، ومواد عازلة. تهدف عملية السفع الرملي إلى إزالة القشور السطحية والزيوت/الشحوم، وتحقيق خشونة سطحية مضبوطة، وتعزيز قوة تماسك طبقات العزل من الإيبوكسي أو البوليميد. تشمل القيود الأساسية الحظر التام للشوائب المغناطيسية الحديدية، ومتطلبات الحد الأدنى من التلوث المتبقي، والتحكم في ملامح السطح، وتجنب إدخال أيونات معدنية قابلة للهجرة. يحتوي أكسيد الألومنيوم الأبيض المنصهر على ≥99.2% من Al₂O₃ وهو خالٍ تقريبًا من الحديد الحر والمغناطيسية. في المقابل، يحتوي أكسيد الألومنيوم البني المنصهر على شوائب من الحديد (Fe) والتيتانيوم (Ti)؛ في ظل درجات الحرارة المنخفضة جدًا والمجالات المغناطيسية القوية التي تميز الملفات فائقة التوصيل، يمكن لهذه الشوائب أن تحفز تيارات دوامية، وضوضاء مغناطيسية، وتسخينًا موضعيًا، مما يقلل من التيار الحرج. وبناءً على ذلك، يُعدّ استخدام شبكة الألومينا البيضاء المنصهرة عالية النقاء رقم 24 الخيار الأمثل لعملية السفع الرملي لمغناطيس الترددات العالية، بينما لا تُناسبها الألومينا البنية المنصهرة، أو حبيبات الصلب، أو حبيبات الحديد. وفيما يلي توضيح للأسباب:

1. آلية المادة: الألومينا المنصهرة البيضاء خالية من الشوائب المغناطيسية الحديدية، ما يفي بمتطلبات النظافة الصارمة للمغناطيسات فائقة التوصيل العاملة في بيئات شديدة البرودة وذات مجال مغناطيسي عالٍ مع متطلبات ربط عازل. أما الألومينا المنصهرة البنية وحبيبات الصلب فتحتويان على شوائب حديدية، ما يشكل خطرًا على المغناطيس.

2. آلية حجم الجسيمات: تحقق حبيبات F24 التوازن الأمثل بين عمق نمط التثبيت وكفاءة إزالة القشور وتلف الركيزة؛ الحبيبات الأدق (F46/F60) مناسبة فقط للتخشين الخفيف بعد التشغيل الدقيق ولا يمكنها إزالة القشور الملفوفة السميكة بشكل فعال.

3. دراسات حالة هندسية: بالنسبة لملفات TF النموذجية في مشاريع مثل ITER وJT-60SA وCFETR، يُعدّ الألومينا الأبيض المنصهر ذو شبكة F24 مناسبًا باستمرار للمعالجة المسبقة للموصلات المدرفلة على الساخن. بينما يُستخدم الألومينا الأبيض المنصهر ذو شبكة 46 للموصلات المشغولة بدقة. وتُستخدم كلتا العمليتين بالتوازي في مشاريع هندسة الاندماج النووي المحلية والدولية.

4. معايير المخاطر: نظرًا لكبر حجم جزيئات F24، يجب التحكم بدقة في ضغط السفع الرملي والتنظيف بعد السفع لمنع انغراس الجزيئات والتلف الدقيق للركيزة.

فيما يتعلق بالجوانب الأعمق لحجم الحبيبات واختيار المواد الكاشطة:

أولاً، لماذا نختار الألومينا البيضاء المنصهرة ذات 24 شبكة؟

تتميز حبيبات الألومينا البيضاء المنصهرة ذات حجم 24 مش بحجم اسمي يتراوح بين 600 و850 ميكرومتر تقريبًا. توفر هذه الحبيبات الكبيرة ذات الحواف الحادة طاقة صدم عالية لكل ضربة، مما يجعلها مناسبة لتخشين طبقات الأكسيد السميكة، وقشور المطاحن السميكة، ومواد قاعدة الموصلات ذات المساحة الكبيرة؛ ويمكنها تحقيق عمق تثبيت كبير (Rz 60-100 ميكرومتر) في تمريرة واحدة. تتطلب أنظمة ربط العزل عمق تثبيت كبير، وتعزز العمق الكبير بشكل ملحوظ قوة التشابك الميكانيكي عند سطح التلامس مع راتنج الإيبوكسي.

• تُنتج أحجام الحبيبات الدقيقة (F46/F60) ملامح سطحية ضحلة فقط (Rz 20-45 ميكرومتر)، مما يؤدي إلى ضعف قوة الترابط؛ وفي ظل ظروف التيار العالي والتغيرات الحرارية في درجات الحرارة المنخفضة، تكون طبقة العزل عرضة للتقشر أو الانفصال. تستخدم العملية الأساسية لموصلات الأغشية الرقيقة في معهد فيزياء البلازما المحلي F46 – وهو خيار متوسط ​​الخشونة مُصمم للموصلات ذات طبقات الأكسيد الأخف – ويمثل مسارًا مختلفًا عن طريقة F24.

• تُولّد حبيبات الصنفرة ذات الأحجام الأكبر من F24 (مثل F12/F16) طاقة صدمية مفرطة، مما يُسبب تشوهًا لدنًا، وتشققات دقيقة على السطح، وتركيزًا للإجهاد في المادة الأساسية. أثناء دورات التبريد والتسخين عند درجة حرارة منخفضة تبلغ 4.2 كلفن، قد يؤدي انتشار التشققات الدقيقة إلى فشل الموصل نتيجة الإجهاد. علاوة على ذلك، فإن حبيبات الصنفرة الخشنة عُرضةٌ بشدة لتراكم الجسيمات التي يصعب تنظيفها؛ ويمكن أن تعمل الجسيمات المتراكمة كمصادر للعيوب عند تعرضها للمجالات المغناطيسية.

• يمثل WFA F24 نقطة التوازن المثلى للتخشين: فهو يوفر عمقًا كافيًا لملف التثبيت، وتشوهًا بلاستيكيًا قابلًا للتحكم، وسهولة في التنظيف. ونتيجة لذلك، يُعدّ أكسيد الألومنيوم الأبيض المنصهر F24 مناسبًا للمعالجة المسبقة للموصلات ذات طبقات الأكسيد السميكة في مواصفات تصنيع ملفات TF في أجهزة الاندماج النووي الدولية.

ثانياً، لماذا لا يتم اختيار مواد كاشطة أخرى للتفجير؟

• الألومينا المنصهرة البنية (BFA): منخفضة التكلفة ولكنها تحتوي على الحديد والتيتانيوم؛ الشوائب المغناطيسية الحديدية المتبقية تسبب تسخينًا موضعيًا في المجالات المغناطيسية القوية، مما قد يؤدي إلى إخمادها، مما يجعلها غير مناسبة للمغناطيسات فائقة التوصيل TF.

• كربيد السيليكون (SiC): يتميز بصلابة أعلى وقدرة قطع قوية، لكن جزيئاته هشة للغاية؛ عند الكسر، يندمج المسحوق فائق النعومة بسهولة في الركيزة ويصعب تنظيفه للغاية؛ يشكل خطر التوصيل الكهربائي، لذلك لا يمكن استخدامه في أنظمة العزل.

• حبيبات الصلب / خرز الحديد: مغناطيسية حديدية؛ تم استبعادها فوراً.

• الخرز الزجاجي: شكل كروي؛ مناسب فقط لتشطيب الأسطح ولكنه غير قادر على إنشاء شكل تثبيت كافٍ؛ ينتج عنه ضعف قوة ربط العزل؛ يستخدم فقط للتلميع، وليس لتخشين السطح قبل الربط.