എയ്‌റോസ്‌പേസ് വ്യവസായത്തിലെ പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ ഡയമണ്ട് കോംപാക്റ്റിന്റെ (PDC) ആഴത്തിലുള്ള ആപ്ലിക്കേഷൻ വിശകലനം

അമൂർത്തമായത്

ഉയർന്ന താപനില, അബ്രസീവ് തേയ്മാനം, നൂതന ലോഹസങ്കരങ്ങളുടെ കൃത്യതയുള്ള യന്ത്രവൽക്കരണം എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള അങ്ങേയറ്റത്തെ സാഹചര്യങ്ങളെ നേരിടാൻ കഴിവുള്ള വസ്തുക്കളും ഉപകരണങ്ങളും എയ്‌റോസ്‌പേസ് വ്യവസായത്തിന് ആവശ്യമാണ്. അസാധാരണമായ കാഠിന്യം, താപ സ്ഥിരത, വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം എന്നിവ കാരണം പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ ഡയമണ്ട് കോംപാക്റ്റ് (PDC) എയ്‌റോസ്‌പേസ് നിർമ്മാണത്തിൽ ഒരു നിർണായക വസ്തുവായി ഉയർന്നുവന്നിട്ടുണ്ട്. ടൈറ്റാനിയം അലോയ്‌കൾ, സംയോജിത വസ്തുക്കൾ, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള സൂപ്പർഅലോയ്‌കൾ എന്നിവ മെഷീൻ ചെയ്യുന്നത് ഉൾപ്പെടെയുള്ള എയ്‌റോസ്‌പേസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ PDC യുടെ പങ്കിനെക്കുറിച്ചുള്ള സമഗ്രമായ വിശകലനം ഈ പ്രബന്ധം നൽകുന്നു. കൂടാതെ, എയ്‌റോസ്‌പേസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായുള്ള PDC സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ ഭാവി പ്രവണതകൾക്കൊപ്പം, താപ ഡീഗ്രഡേഷൻ, ഉയർന്ന ഉൽപാദന ചെലവുകൾ തുടങ്ങിയ വെല്ലുവിളികളും ഇത് പരിശോധിക്കുന്നു.

1. ആമുഖം

കൃത്യത, ഈട്, പ്രകടനം എന്നിവയ്‌ക്കായി കർശനമായ ആവശ്യകതകളാണ് എയ്‌റോസ്‌പേസ് വ്യവസായത്തിന്റെ സവിശേഷത. ടർബൈൻ ബ്ലേഡുകൾ, സ്ട്രക്ചറൽ എയർഫ്രെയിം ഭാഗങ്ങൾ, എഞ്ചിൻ ഘടകങ്ങൾ എന്നിവ പോലുള്ള ഘടകങ്ങൾ അങ്ങേയറ്റത്തെ പ്രവർത്തന സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഘടനാപരമായ സമഗ്രത നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് മൈക്രോൺ-ലെവൽ കൃത്യതയോടെ നിർമ്മിക്കണം. പരമ്പരാഗത കട്ടിംഗ് ഉപകരണങ്ങൾ പലപ്പോഴും ഈ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിൽ പരാജയപ്പെടുന്നു, ഇത് പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ ഡയമണ്ട് കോംപാക്റ്റ് (PDC) പോലുള്ള നൂതന വസ്തുക്കൾ സ്വീകരിക്കുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

ടങ്സ്റ്റൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു സിന്തറ്റിക് ഡയമണ്ട് അധിഷ്ഠിത മെറ്റീരിയലായ PDC, സമാനതകളില്ലാത്ത കാഠിന്യവും (10,000 HV വരെ) താപ ചാലകതയും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് എയ്‌റോസ്‌പേസ്-ഗ്രേഡ് മെറ്റീരിയലുകൾ മെഷീൻ ചെയ്യുന്നതിന് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. ഈ പ്രബന്ധം PDC യുടെ മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങൾ, അതിന്റെ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകൾ, എയ്‌റോസ്‌പേസ് നിർമ്മാണത്തിൽ അതിന്റെ പരിവർത്തനാത്മക സ്വാധീനം എന്നിവ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു. കൂടാതെ, PDC സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ നിലവിലെ പരിമിതികളും ഭാവിയിലെ പുരോഗതിയും ഇത് ചർച്ച ചെയ്യുന്നു.

2. എയ്‌റോസ്‌പേസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് പ്രസക്തമായ പിഡിസിയുടെ മെറ്റീരിയൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ

2.1 അങ്ങേയറ്റത്തെ കാഠിന്യവും വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധവും  

അറിയപ്പെടുന്നതിൽ വച്ച് ഏറ്റവും കാഠിന്യമുള്ള വസ്തുവാണ് വജ്രം, കാർബൺ ഫൈബർ-റൈൻഫോഴ്‌സ്ഡ് പോളിമറുകൾ (CFRP), സെറാമിക് മാട്രിക്സ് കോമ്പോസിറ്റുകൾ (CMC) പോലുള്ള ഉയർന്ന ഉരച്ചിലുകളുള്ള എയ്‌റോസ്‌പേസ് വസ്തുക്കൾ മെഷീൻ ചെയ്യാൻ PDC ഉപകരണങ്ങളെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

കാർബൈഡ് അല്ലെങ്കിൽ സിബിഎൻ ഉപകരണങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഉപകരണ ആയുസ്സ് ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, അതുവഴി മെഷീനിംഗ് ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നു.

2.2 ഉയർന്ന താപ ചാലകതയും സ്ഥിരതയും

ടൈറ്റാനിയം, നിക്കൽ അധിഷ്ഠിത സൂപ്പർഅലോയ്‌കളുടെ അതിവേഗ മെഷീനിംഗ് സമയത്ത് കാര്യക്ഷമമായ താപ വിസർജ്ജനം താപ രൂപഭേദം തടയുന്നു.

ഉയർന്ന താപനിലയിൽ (700°C വരെ) പോലും അത്യാധുനിക സമഗ്രത നിലനിർത്തുന്നു.

2.3 രാസ നിഷ്ക്രിയത്വം

അലൂമിനിയം, ടൈറ്റാനിയം, സംയുക്ത വസ്തുക്കൾ എന്നിവയുമായുള്ള രാസപ്രവർത്തനങ്ങളെ പ്രതിരോധിക്കും.

നാശത്തെ പ്രതിരോധിക്കുന്ന എയ്‌റോസ്‌പേസ് അലോയ്‌കൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുമ്പോൾ ഉപകരണ തേയ്‌മാനം കുറയ്ക്കുന്നു.

2.4 ഒടിവ് കാഠിന്യവും ആഘാത പ്രതിരോധവും

ടങ്സ്റ്റൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഈട് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, മുറിക്കൽ പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ തടസ്സമുണ്ടാകുമ്പോൾ ഉപകരണം പൊട്ടുന്നത് കുറയ്ക്കുന്നു.

3. എയ്‌റോസ്‌പേസ്-ഗ്രേഡ് ഉപകരണങ്ങൾക്കായുള്ള പിഡിസിയുടെ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയ

3.1 ഡയമണ്ട് സിന്തസിസും സിന്ററിംഗും

ഉയർന്ന മർദ്ദം, ഉയർന്ന താപനില (HPHT) അല്ലെങ്കിൽ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (CVD) വഴിയാണ് സിന്തറ്റിക് വജ്ര കണികകൾ നിർമ്മിക്കുന്നത്.

5–7 GPa ലും 1,400–1,600°C ലും സിന്ററിംഗ് നടത്തുമ്പോൾ വജ്രധാന്യങ്ങൾ ഒരു ടങ്സ്റ്റൺ കാർബൈഡ് അടിവസ്ത്രവുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു.

3.2 പ്രിസിഷൻ ടൂൾ ഫാബ്രിക്കേഷൻ

ലേസർ കട്ടിംഗും ഇലക്ട്രിക്കൽ ഡിസ്ചാർജ് മെഷീനിംഗും (EDM) PDC യെ കസ്റ്റം ഇൻസെർട്ടുകളിലേക്കും എൻഡ് മില്ലുകളിലേക്കും രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.

നൂതനമായ ഗ്രൈൻഡിംഗ് ടെക്നിക്കുകൾ കൃത്യമായ മെഷീനിംഗിനായി അൾട്രാ മൂർച്ചയുള്ള കട്ടിംഗ് അരികുകൾ ഉറപ്പാക്കുന്നു.

3.3 ഉപരിതല ചികിത്സയും കോട്ടിംഗുകളും

സിന്ററിംഗ് കഴിഞ്ഞുള്ള ചികിത്സകൾ (ഉദാ: കോബാൾട്ട് ലീച്ചിംഗ്) താപ സ്ഥിരത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

ഡയമണ്ട് പോലുള്ള കാർബൺ (DLC) കോട്ടിംഗുകൾ വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

4. പിഡിസി ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രധാന എയ്‌റോസ്‌പേസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ

4.1 മെഷീനിംഗ് ടൈറ്റാനിയം അലോയ്‌കൾ (Ti-6Al-4V)  

വെല്ലുവിളികൾ: ടൈറ്റാനിയത്തിന്റെ കുറഞ്ഞ താപ ചാലകത പരമ്പരാഗത യന്ത്രങ്ങളിൽ ഉപകരണങ്ങൾ വേഗത്തിൽ തേയ്മാനത്തിന് കാരണമാകുന്നു.

പിഡിസി ഗുണങ്ങൾ:

കട്ടിംഗ് ശക്തികളും താപ ഉൽപാദനവും കുറച്ചു.

ഉപകരണത്തിന്റെ ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു (കാർബൈഡ് ഉപകരണങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് 10 മടങ്ങ് വരെ കൂടുതൽ).

ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: വിമാന ലാൻഡിംഗ് ഗിയർ, എഞ്ചിൻ ഘടകങ്ങൾ, ഘടനാപരമായ എയർഫ്രെയിം ഭാഗങ്ങൾ.

4.2 കാർബൺ ഫൈബർ-റൈൻഫോഴ്സ്ഡ് പോളിമർ (CFRP) മെഷീനിംഗ്  

വെല്ലുവിളികൾ: CFRP വളരെ ഘർഷണ സ്വഭാവമുള്ളതിനാൽ, ഉപകരണത്തിന്റെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള ജീർണതയ്ക്ക് കാരണമാകുന്നു.

പിഡിസി ഗുണങ്ങൾ:

മൂർച്ചയുള്ള കട്ടിംഗ് അരികുകൾ കാരണം ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഡീലാമിനേഷനും ഫൈബർ പുൾ-ഔട്ടും.

വിമാന ഫ്യൂസ്ലേജ് പാനലുകളുടെ അതിവേഗ ഡ്രില്ലിംഗും ട്രിമ്മിംഗും.

4.3 നിക്കൽ അധിഷ്ഠിത സൂപ്പർഅലോയ്‌കൾ (ഇൻകോണൽ 718, റെനെ 41)  

വെല്ലുവിളികൾ: അങ്ങേയറ്റത്തെ കാഠിന്യവും ജോലി കാഠിന്യവും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന ഫലങ്ങൾ.

പിഡിസി ഗുണങ്ങൾ:

ഉയർന്ന താപനിലയിൽ കട്ടിംഗ് പ്രകടനം നിലനിർത്തുന്നു.

ടർബൈൻ ബ്ലേഡ് മെഷീനിംഗിലും ജ്വലന അറ ഘടകങ്ങളിലും ഉപയോഗിക്കുന്നു.

4.4 ഹൈപ്പർസോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുള്ള സെറാമിക് മാട്രിക്സ് കോമ്പോസിറ്റുകൾ (CMC)**  

വെല്ലുവിളികൾ: അമിതമായ പൊട്ടലും ഉരച്ചിലിന്റെ സ്വഭാവവും.

പിഡിസി ഗുണങ്ങൾ:

മൈക്രോ-ക്രാക്കിംഗ് ഇല്ലാതെ കൃത്യമായ ഗ്രൈൻഡിംഗും എഡ്ജ് ഫിനിഷിംഗും.

പുതുതലമുറ എയ്‌റോസ്‌പേസ് വാഹനങ്ങളിലെ താപ സംരക്ഷണ സംവിധാനങ്ങൾക്ക് ഇത് വളരെ പ്രധാനമാണ്.

4.5 അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് പോസ്റ്റ്-പ്രോസസ്സിംഗ്

ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ: 3D പ്രിന്റഡ് ടൈറ്റാനിയം, ഇൻകോണൽ ഭാഗങ്ങൾ പൂർത്തിയാക്കുന്നു.

പിഡിസി ഗുണങ്ങൾ:

സങ്കീർണ്ണമായ ജ്യാമിതികളുടെ ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള മില്ലിംഗ്.

എയ്‌റോസ്‌പേസ്-ഗ്രേഡ് ഉപരിതല ഫിനിഷ് ആവശ്യകതകൾ കൈവരിക്കുന്നു.

5. എയ്‌റോസ്‌പേസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലെ വെല്ലുവിളികളും പരിമിതികളും

5.1 ഉയർന്ന താപനിലയിലെ താപ ശോഷണം

700°C ന് മുകളിൽ ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ സംഭവിക്കുന്നു, ഇത് സൂപ്പർഅലോയ്‌കളുടെ ഡ്രൈ മെഷീനിംഗ് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

5.2 ഉയർന്ന ഉൽപ്പാദനച്ചെലവ്

ചെലവേറിയ HPHT സിന്തസിസും വജ്ര വസ്തുക്കളുടെ വിലയും വ്യാപകമായ സ്വീകാര്യതയെ നിയന്ത്രിക്കുന്നു.

5.3 തടസ്സപ്പെട്ട കട്ടിംഗിലെ പൊട്ടൽ

ക്രമരഹിതമായ പ്രതലങ്ങൾ (ഉദാ: CFRP-യിൽ ദ്വാരങ്ങൾ തുരന്നത്) മെഷീൻ ചെയ്യുമ്പോൾ PDC ഉപകരണങ്ങൾ ചിപ്പ് ചെയ്തേക്കാം.

5.4 പരിമിതമായ ഫെറസ് ലോഹ അനുയോജ്യത

ഉരുക്ക് ഘടകങ്ങൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുമ്പോൾ രാസ തേയ്മാനം സംഭവിക്കുന്നു.

6. ഭാവി പ്രവണതകളും നൂതനാശയങ്ങളും

6.1 മെച്ചപ്പെടുത്തിയ കാഠിന്യത്തിനായുള്ള നാനോ-സ്ട്രക്ചേർഡ് പിഡിസി

നാനോ-ഡയമണ്ട് ഗ്രെയ്നുകൾ ഉൾപ്പെടുത്തുന്നത് ഒടിവ് പ്രതിരോധം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

6.2 സൂപ്പർഅലോയ് മെഷീനിംഗിനുള്ള ഹൈബ്രിഡ് PDC-CBN ഉപകരണങ്ങൾ  

പിഡിസിയുടെ വസ്ത്ര പ്രതിരോധവും സിബിഎന്റെ താപ സ്ഥിരതയും സംയോജിപ്പിക്കുന്നു.

6.3 ലേസർ സഹായത്തോടെയുള്ള പിഡിസി മെഷീനിംഗ്

മുൻകൂട്ടി ചൂടാക്കുന്ന വസ്തുക്കൾ മുറിക്കൽ ശക്തി കുറയ്ക്കുകയും ഉപകരണത്തിന്റെ ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

6.4 എംബഡഡ് സെൻസറുകളുള്ള സ്മാർട്ട് പിഡിസി ടൂളുകൾ

പ്രവചന അറ്റകുറ്റപ്പണികൾക്കായി ഉപകരണ തേയ്മാനത്തിന്റെയും താപനിലയുടെയും തത്സമയ നിരീക്ഷണം.

7. ഉപസംഹാരം

എയ്‌റോസ്‌പേസ് നിർമ്മാണത്തിന്റെ ഒരു മൂലക്കല്ലായി PDC മാറിയിരിക്കുന്നു, ഇത് ടൈറ്റാനിയം, CFRP, സൂപ്പർഅലോയ്‌കൾ എന്നിവയുടെ ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള മെഷീനിംഗ് സാധ്യമാക്കുന്നു. താപ ഡീഗ്രഡേഷൻ, ഉയർന്ന ചെലവുകൾ തുടങ്ങിയ വെല്ലുവിളികൾ നിലനിൽക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, മെറ്റീരിയൽ സയൻസിലും ടൂൾ ഡിസൈനിലുമുള്ള തുടർച്ചയായ പുരോഗതി PDC-യുടെ കഴിവുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നു. നാനോ-സ്ട്രക്ചേർഡ് PDC, ഹൈബ്രിഡ് ടൂളിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെയുള്ള ഭാവിയിലെ നവീകരണങ്ങൾ അടുത്ത തലമുറ എയ്‌റോസ്‌പേസ് നിർമ്മാണത്തിൽ അതിന്റെ പങ്ക് കൂടുതൽ ഉറപ്പിക്കും.