เม็ดขัดอลูมินาหลอมสีขาวเบอร์ 24 สำหรับพ่นทรายทำความสะอาดแม่เหล็ก TF

วัสดุหลักของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด TF ประกอบด้วยเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก 316LN/304L ตัวนำโลหะผสมทองแดง และเมทริกซ์ฉนวน วัตถุประสงค์ของการพ่นทรายคือการกำจัดคราบตะกรันและน้ำมัน/จาระบีบนพื้นผิว การทำให้พื้นผิวหยาบอย่างควบคุมได้ และเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะของชั้นฉนวนอีพ็อกซีหรือโพลีอิไมด์ ข้อจำกัดที่สำคัญ ได้แก่ การห้ามสิ่งเจือปนที่เป็นแม่เหล็กอย่างเด็ดขาด ข้อกำหนดสำหรับการปนเปื้อนตกค้างน้อยที่สุด โปรไฟล์พื้นผิวที่ควบคุมได้ และการหลีกเลี่ยงการนำไอออนโลหะที่เคลื่อนที่ได้เข้ามา อะลูมินาหลอมสีขาวมี Al₂O₃ ≥99.2% และแทบไม่มีเหล็กอิสระและแม่เหล็ก ในทางตรงกันข้าม อะลูมินาหลอมสีน้ำตาลมีสิ่งเจือปนของเหล็ก (Fe) และไทเทเนียม (Ti) ภายใต้อุณหภูมิเยือกแข็งและสนามแม่เหล็กแรงสูงซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของขดลวดตัวนำยิ่งยวด สิ่งเจือปนเหล่านี้สามารถเหนี่ยวนำกระแสไหลวน สัญญาณรบกวนแม่เหล็ก และความร้อนเฉพาะจุด ซึ่งจะลดกระแสวิกฤตลง ด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นต้องใช้ตะแกรงอลูมินาหลอมสีขาวบริสุทธิ์สูงเบอร์ 24สำหรับการพ่นทรายด้วยแม่เหล็ก TF ในขณะที่อลูมินาหลอมสีน้ำตาล เม็ดเหล็ก และเม็ดเหล็กหล่อ ไม่เหมาะสม โดยมีเหตุผลเฉพาะเจาะจงดังต่อไปนี้:

1. กลไกของวัสดุ: อลูมินาหลอมสีขาวปราศจากสิ่งเจือปนที่เป็นแม่เหล็ก ทำให้ตรงตามข้อกำหนดด้านความสะอาดที่เข้มงวดสำหรับแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำมากและสนามแม่เหล็กสูง รวมถึงต้องการการเชื่อมต่อฉนวน อลูมินาหลอมสีน้ำตาลและเม็ดเหล็กมีสิ่งเจือปนของเหล็ก ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการดับของแม่เหล็ก

2. กลไกขนาดอนุภาค: เม็ดขัด F24 ให้ความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างความลึกของลวดลายการยึดเกาะ ประสิทธิภาพในการกำจัดคราบ และความเสียหายของพื้นผิว เม็ดขัดที่ละเอียดกว่า (F46/F60) เหมาะสำหรับการขัดหยาบเบาๆ หลังจากการกลึงที่แม่นยำเท่านั้น และไม่สามารถกำจัดคราบหนาๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. กรณีศึกษาทางวิศวกรรม: สำหรับขดลวด TF ต้นแบบในโครงการต่างๆ เช่น ITER, JT-60SA และ CFETR นั้น ตาข่ายอลูมินาหลอมสีขาว F24 เหมาะสมอย่างสม่ำเสมอสำหรับการปรับสภาพตัวนำที่รีดร้อน ในขณะที่ตาข่าย WFA 46 ใช้สำหรับตัวนำที่ผ่านการกลึงอย่างแม่นยำ กระบวนการทั้งสองนี้ถูกนำมาใช้ควบคู่กันในโครงการวิศวกรรมฟิวชั่นทั้งในประเทศและต่างประเทศ

4. พารามิเตอร์ความเสี่ยง: เนื่องจากอนุภาค F24 มีขนาดใหญ่ แรงดันในการพ่นทรายและการทำความสะอาดหลังการพ่นทรายจึงต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด เพื่อป้องกันการฝังตัวของอนุภาคและความเสียหายระดับจุลภาคต่อพื้นผิว

สำหรับรายละเอียดเชิงลึกเกี่ยวกับการเลือกขนาดเม็ดทรายและวัสดุขัด:

ก่อนอื่น เหตุใดจึงควรเลือกใช้อลูมินาหลอมสีขาวขนาด 24 เมช?

ผงอลูมินาหลอมสีขาวขนาด 24 เมช มีขนาดอนุภาคโดยประมาณ 600–850 ไมโครเมตร อนุภาคขนาดใหญ่และมีขอบคมให้พลังงานกระแทกสูงต่อการขัดแต่ละครั้ง ทำให้เหมาะสำหรับการทำให้พื้นผิวหยาบของชั้นออกไซด์หนา คราบตะกรันจากโรงงาน และวัสดุฐานตัวนำขนาดใหญ่ สามารถสร้างโปรไฟล์การยึดเกาะที่ลึก (Rz 60–100 ไมโครเมตร) ได้ในการขัดเพียงครั้งเดียว ระบบการยึดติดฉนวนต้องการความลึกของโปรไฟล์การยึดเกาะที่มาก และโปรไฟล์ที่ลึกจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะเชิงกลที่ส่วนต่อประสานของเรซินอีพ็อกซีได้อย่างมาก

• ขนาดเม็ดทรายที่ละเอียดกว่า (F46/F60) ทำให้ได้โปรไฟล์ที่ตื้นเท่านั้น (Rz 20–45 μm) ส่งผลให้ความแข็งแรงในการยึดติดไม่เพียงพอ ภายใต้สภาวะกระแสไฟฟ้าสูงและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่ำ ชั้นฉนวนมีแนวโน้มที่จะหลุดลอกหรือแยกตัวออก กระบวนการพื้นฐานสำหรับตัวนำ TF ที่สถาบันฟิสิกส์พลาสมาในประเทศใช้ F46 ซึ่งเป็นตัวเลือกความหยาบปานกลางที่ออกแบบมาสำหรับตัวนำที่มีชั้นออกไซด์ที่บางกว่า ซึ่งแสดงถึงเส้นทางกระบวนการที่แตกต่างจากวิธีการ F24

• ขนาดเม็ดทรายที่หยาบกว่า F24 (เช่น F12/F16) จะสร้างพลังงานกระแทกมากเกินไป ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติก รอยแตกขนาดเล็กบนพื้นผิว และความเค้นกระจุกตัวในวัสดุฐาน ในระหว่างการทดสอบที่อุณหภูมิต่ำ 4.2K การแพร่กระจายของรอยแตกขนาดเล็กอาจนำไปสู่ความล้มเหลวจากความล้าของตัวนำ นอกจากนี้ เม็ดทรายหยาบยังมีแนวโน้มที่จะเกิดการฝังตัวของอนุภาคซึ่งยากต่อการทำความสะอาด อนุภาคที่ฝังตัวอยู่สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งที่มาของข้อบกพร่องเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก

• WFA F24 แสดงถึงจุดสมดุลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการปรับผิวหยาบ: ให้ความลึกของโปรไฟล์ยึดเกาะที่เพียงพอ การเสียรูปพลาสติกที่ควบคุมได้ และความสามารถในการทำความสะอาด ดังนั้น อลูมินาหลอมสีขาว F24 จึงเหมาะสมสำหรับการปรับสภาพตัวนำที่มีชั้นออกไซด์หนาตามข้อกำหนดการผลิตขดลวด TF ในอุปกรณ์ฟิวชั่นระดับสากล

ประการที่สอง เหตุใดจึงไม่เลือกใช้สารขัดถูชนิดอื่นในการพ่นทราย?

• อลูมินาหลอมสีน้ำตาล (BFA): ราคาถูก แต่มีส่วนประกอบของเหล็กและไทเทเนียม สารเจือปนเฟอร์โรแมกเนติกที่ตกค้างจะทำให้เกิดความร้อนเฉพาะจุดในสนามแม่เหล็กแรงสูง ซึ่งอาจกระตุ้นให้เกิดการดับตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้ไม่เหมาะสำหรับแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดแบบ TF

• ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC): มีความแข็งสูงและมีความสามารถในการตัดที่ดีเยี่ยม แต่เม็ดอนุภาคเปราะมาก เมื่อแตกหัก ผงละเอียดจะฝังตัวอยู่ในวัสดุได้ง่ายและทำความสะอาดได้ยากมาก อีกทั้งยังมีความเสี่ยงต่อการนำไฟฟ้า จึงไม่สามารถใช้ในระบบฉนวนได้

• เม็ดเหล็ก/ลูกเหล็ก: มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก จึงตัดทิ้งไปทันที

• ลูกปัดแก้ว: รูปทรงกลม เหมาะสำหรับตกแต่งพื้นผิวเท่านั้น แต่ไม่สามารถสร้างโปรไฟล์การยึดเกาะที่เพียงพอ ส่งผลให้ความแข็งแรงในการยึดเกาะของฉนวนต่ำ ใช้สำหรับการขัดเงาเท่านั้น ไม่ใช่สำหรับการทำให้พื้นผิวหยาบก่อนการยึดติด