Beispiele für Materialersatz

Top Seiko verfügt über reiche Erfahrung in der Präzisionsbearbeitung ultraharter Materialien wie Hochleistungskeramik, Quarzglas und Borosilikatglas sowie Refraktärmetalle wie Wolfram, Molybdän und Tantal. Als Teil unseres umfassenden Bearbeitungsservices bieten wir unseren Kunden Unterstützung bei der Materialauswahl an, damit sie das beste Material für ihren Zweck und ihr Budget auswählen können.

Kunststoffe und traditionelle/herkömmliche Metalle wie Eisen, Aluminium und Edelstahl können durch Keramik oder Refraktärmetalle ersetzt werden, um eine bessere Leistung zu erzielen: höhere Hitzebeständigkeit, höhere oder niedrigere Wärmeleitfähigkeit, bessere Verschleißfestigkeit, verbesserte Formstabilität bei Hitze und weitere Vorteile.
Wir sind Experten für die Bearbeitung dieser hochleistungsfähigen, ultraharten Materialien mit engen Toleranzen.
Nachstehend finden Sie eine Auswahl aktueller Fälle von erfolgreichem Materialersatz.

Fall 1

Ein Problem mit Brandspuren wurde durch die Verwendung von Quarzglas als Werkstoff gelöst.

Problem:: Unser Kunde hatte Probleme mit Verbrennungsspuren, die während des Laserschweißens auf der Oberfläche des lasertransmittierenden Acrylbauteils auftraten. Da die Verbrennungsspuren die Lasertransmission beeinträchtigten, musste die Komponente zweimal pro Woche geschliffen werden, um sie zu entfernen.

Lösung:: Unsere Ingenieure halfen unserem Kunden, das Material der Komponente von Acryl auf Quarzglas umzustellen, das hervorragende thermische und optische Eigenschaften aufweist.

Ergebnis:: Dank der hohen Hitzebeständigkeit von Quarzglas ist ein Schleifen nicht mehr notwendig. Da außerdem der durch Verbrennungsspuren verursachte Transmissionsverlust des Lasers entfällt, verringert sich die Laserausgangsleistung.

Fall 2

Ein Problem der thermischen Verformung wurde mit maschinell bearbeitbarer Keramik gelöst.

Problem:: Thermische Klebevorrichtungen aus Aluminium verformten sich bei einer Arbeitstemperatur von 250℃, was eine schlechte Klebequalität und/oder fehlerhafte Produkte zur Folge hatte.

Lösung:: Unsere Ingenieure empfahlen, das Material von Aluminium durch maschinell bearbeitbare Keramik zu ersetzen.

Ergebnis:: Dank der höheren thermischen Stabilität der maschinell bearbeitbaren Keramik verformen sich die Vorrichtungen nicht mehr und die Klebeleistung hat sich um etwa 20% verbessert.

Fall 3

Die Verwendung von Zirconiumdioxid als Schneidewerkstoff erhöht die Lebensdauer des Werkzeugs.

Problem:: Für die Bearbeitung von Metallen wurden Werkzeuge aus Werkzeugstahl verwendet. Die bei der Bearbeitung entstehende Hitze führte zu übermäßigem Werkzeugverschleiß. Daher musste das Werkzeug häufig ausgetauscht werden, was jedes Mal zu Ausfallzeiten führte. „Das war sehr kostspielig und zeitraubend“, beschwerte sich unser Kunde.

Lösung:: Da Zirconiumdioxid eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist, beschlossen wir, das Schneidwerkzeug aus Zirconiumdioxid herzustellen.

Ergebnis:: Zirconiumdioxid verbesserte die Verschleißqualität im Vergleich zu Werkzeugstahl erheblich. „Am wichtigsten ist, dass wir jetzt Metalle mit weniger Ausfallzeiten bearbeiten können“, schätzt unser Kunde.

Fall 4

Hochreines Wolfram bietet eine hervorragende Strahlenschutzleistung für Gammakameras.

Problem:: Schwermetall wurde als Abschirmungsmaterial zum Schutz vor hochgradiger Strahlung verwendet. Die unzureichende Strahlenabschirmung führte jedoch dazu, dass die Gammakameras leicht kaputt gingen.

Lösung:: Zur Verbesserung der Strahlungsabschirmung wird empfohlen, das Abschirmungsmaterial Schwermetall durch hochreines Wolfram zu ersetzen.

Ergebnis:: Dank seiner hohen Dichte bot hochreines Wolfram eine wirksame Strahlenabschirmung. Als Ergebnis wurde die Gammakamera mit Wolframabschirmung in Produktion genommen.

Fall 5

Durch die Verwendung von Wolfram-Schwermetall-Legierungen für eine Positioniervorrichtung, die für die Herstellung elektrischer Komponenten in der Automobilindustrie entscheidend ist, konnte die Größe der Vorrichtung bei gleichem Gewicht reduziert werden.

Problem:: Die Herstellung der Vorrichtung aus rostfreiem Stahl würde die Größenanforderungen nicht erfüllen. Um die Größe bei gleichem Gewicht zu verringern, war ein Material mit einer relativen Dichte von mehr als 17,5/cm3 erforderlich. Außerdem musste die Chlor- und Schwefelbeständigkeit der Vorrichtung verbessert werden, um ihre Lebensdauer zu erhöhen.

Lösung:: Wolfram-Schwermetall-Legierungen wurden als Ersatz für Edelstahl empfohlen, da sie eine hohe relative Dichte (18 g/cm3) und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

Ergebnis:: Die Vorrichtung ist nun kompakt und hat eine längere Lebensdauer.

Fall 6

Die Verwendung von hochreinem Aluminiumoxid verbessert die Hitzebeständigkeit von Formen und erhöht die Produktivität erheblich.

Problem:: Formen aus hitzebeständigem Harz wurden zur Herstellung von Aktivkohle für Wasserreinigungssysteme verwendet. Seine unzureichende Hitzebeständigkeit für die Anwendung beim Formgeben war jedoch ein Hauptgrund für die geringe Produktivität.

Lösung:: Da hochreines Aluminiumoxid hohen Temperaturen von bis zu 1.300℃ standhalten kann und im Vergleich zu anderen Keramiken relativ preiswert ist, empfahlen wir unserem Kunden, Formen aus 99,5% Aluminiumoxid herzustellen.

Ergebnis:: „Der Austausch von hitzebeständigem Formmaterial gegen hochreines Aluminiumoxid hat die Produktivität deutlich verbessert“, freut sich unser Kunde.

Fall 7

Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) bieten optimale thermische Leistung für Lötdüsen.

Problem:: Ein Hersteller von Lötmaschinen benötigte Lötdüsen, die sich bei hohen Temperaturen nicht verformen und ausreichend Wärme leiten konnten. Sie hatten Probleme mit ihren Lötdüsen aus Kupfer, die sich aufgrund der Hitzeentwicklung während des Betriebs verformten, was eine schlechte Lötqualität zur Folge hatte.

Lösung:: Wir schlugen vor, Kupfer durch MMC (Metallmatrix-Verbundwerkstoffe) zu ersetzen, da dieses Material hervorragende mechanische und thermische Eigenschaften wie hohe Haltbarkeit, geringe Wärmeausdehnung und hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Ergebnis:: MMC-Lötdüsen leiten ausreichend Wärme ohne thermische Verformung, was die Lötqualität deutlich verbessert. Dieser Kunde ist heute ein führender Lötmaschinenhersteller, der hauptsächlich die Automobilindustrie beliefert.

Fall 8

Das Problem der ungleichmäßigen Beschichtung wird durch Chemikaliendosierdüsen aus Quarzglas gelöst.

Problem:: Schlitzdüsen aus rostfreiem Stahl verzogen sich während des Betriebs und verursachten eine ungleichmäßige Beschichtung der Chemikalie.

Lösung:: Schlitzdüsen aus rostfreiem Stahl verzogen sich während des Betriebs und verursachten eine ungleichmäßige Beschichtung der Chemikalie.

Ergebnis:: Unser Kunde ist sehr zufrieden mit den verzugsfreien Schlitzdüsen, die für eine gleichmäßige Beschichtung sorgen. Durch diese Änderung wurde auch die Lebensdauer der Düse verlängert.

Fall 9

Extrem langlebige Tungsten Vorrichtungen verbessern die Produktivität.

Problem:: Vorrichtungen aus Aluminiumoxid konnten der starken Hitze während der Wärmebehandlung nicht standhalten und waren häufig rissig oder gebrochen.

Lösung:: Wolfram wurde wegen seiner außergewöhnlich hohen Festigkeit bei sehr hohen Temperaturen als Ersatz für Aluminiumoxid empfohlen.

Ergebnis:: Die extrem haltbaren Wolfram-Vorrichtungen ermöglichten eine stabile Verarbeitung und eine erhebliche Steigerung der Produktivität.

Fall 10

Die Verwendung von Molybdän als Wärmeübertragungsmaterial hat die Klebequalität einer Vorrichtung zum Kleben durch Thermokompression unglaublich verbessert.

Problem:: Bei einer Vorrichtung zum Kleben durch Thermokompression gab es ein Problem mit der Heizphase, die nicht genug Wärme für eine genaue Temperaturmessung durch ein Thermoelement leiten konnte. Die Phase wurde aus rostfreiem Stahl gefertigt, einem Metall mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit. Die ungenaue Temperaturmessung verhinderte, dass das Temperaturkontrollsystem richtig funktionierte, was zu einer schlechten Klebequalität führte.

Lösung:: Da Molybdän eine etwa 9-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Edelstahl besitzt, empfahlen unsere Ingenieure, die Heizphase aus hochreinem Molybdän herzustellen.

Ergebnis:: „Die Molybdän-Heizphase ermöglichte eine korrekte Temperaturregelung, was die Qualität der Verklebung erheblich verbesserte“, so unser Kunde.

Fall 11

Verformungsproblem gelöst mit Silicium – Siliciumcarbid-Metallmatrix-Verbundkeramikmaterial.

Problem:: Die Platte aus Silizium verzog sich bei der Wärmebehandlung von Halbleiter-Wafern.

Lösung:: Wir empfahlen, das Silicium durch Si50 / SiC50 Metallmatrix-Verbundkeramik zu ersetzen, um die strukturellen und thermischen Eigenschaften der Wärmebehandlungsplatte zu verbessern.

Ergebnis:: Aufgrund der erhöhten Steifigkeit und der geringeren Wärmeausdehnung weist die Platte nun keine Probleme mehr mit Verformungen auf.

Fall 12

Der Ersatz von Invar durch Quarzglas für eine bessere thermische Stabilität ermöglichte eine zuverlässige, genaue und stabile Gasanalyse.

Problem:: Das Gasanalysegerät hatte ein Problem mit seiner kritischen Komponente aus Invar, die sich bei steigender Temperatur ausdehnte und eine instabile Gasmessung verursachte.

Lösung:: Aufgrund der hohen thermischen Stabilität und der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit wurde empfohlen, Invar durch Quarzglas zu ersetzen.

Ergebnis:: Dank der sehr geringen Wärmeausdehnung von Quarzglas wurde das Bauteil thermisch stabil, so dass das Gasanalysegerät auch bei hohen Temperaturen zuverlässig, genau und stabil messen kann.