Porėti keraminiai vakuuminiai griebtuvai, taip pat žinomi kaip akytieji keraminiai griebtuvai, daugiausia sudaryti iš mikroporingo keraminio sluoksnio ir atraminio rėmo. Tai yra vakuuminiai suspaudimo įtaisai, užtikrinantys vienodą neigiamo slėgio adsorbciją per mikronų{1}}lygio arba submikronų{2} lygio sujungtus porų kanalus. Tarp įvairių keraminių medžiagų aliuminio oksido keramika yra viena iš dažniausiai naudojamų medžiagų akytiesiems keraminiams vakuuminiams griebtuvams gaminti dėl savo pranašumų, tokių kaip geras cheminis stabilumas, didelis atsparumas korozijai, atsparumas aukštai-temperatūrai, didelis mechaninis stiprumas, puikus atsparumas dilimui, geras matmenų stabilumas ir didelis ekonomiškumas{5}}.
Palyginti su tradiciniais grioveliais arba perforuotais griebtuvais, akytieji keraminiai vakuuminiai griebtuvai gali pasiekti tolygesnį neigiamo slėgio pasiskirstymą visame adsorbcijos paviršiuje, taip išvengiant įtempių koncentracijos ir paviršiaus depresijos, kurią sukelia per didelė vietinė adsorbcija. Tai žymiai sumažina plonų lakštų deformaciją ir lokalizuotą žalą, kurią sukelia "įsiurbimas į griovelius". Ši savybė suteikia jiems išskirtinį pranašumą plonų, plokščių ruošinių, tokių kaip silicio plokštelės ir stiklo lakštai, preciziško apdirbimo procesuose, todėl jie ypač tinka naudoti, kai keliami aukšti lygumo, vienodo jėgos paskirstymo ir apdorojimo stabilumo reikalavimai.
Keraminiai vakuuminiai griebtuvai užtikrina ruošinio adsorbciją ir suspaudimą naudojant vakuuminį neigiamą slėgį; todėl medžiagos pralaidumas orui turi lemiamos įtakos griebtuvo darbo efektyvumui, o per{0}}porų struktūra yra stabilaus oro pralaidumo pagrindas. Tuo pačiu metu vakuuminiams griebtuvams praktiškai reikia ne tik gero oro pralaidumo, bet ir didelio mechaninio stiprumo, puikaus atsparumo dilimui, gero matmenų stabilumo ir didelio paviršiaus apdirbimo tikslumo. Be to, kai kuriais naudojimo atvejais medžiaga taip pat turėtų turėti atitinkamas elektrostatinės išsklaidymo galimybes, kad būtų veiksmingai slopinamas elektrostatinis kaupimasis ir sumažintas neigiamas elektrostatinės iškrovos poveikis ruošinio paviršiaus kokybei, apdirbimo tikslumui ir įrenginio veikimui.
Yra įvairių būdų, kaip paruošti per-poras pralaidžią keramiką, įskaitant ekstruzinį formavimą, džiovinimą šalčiu, impregnavimą organinėmis putomis, dalelių užpildymą, poras formuojančios medžiagos pridėjimą, gelio liejimą, 3D spausdinimą ir kt. Kurie iš jų labiau tinka naudoti vakuuminiuose griebtuvuose?
01 Porų-Formavimo priemonės metodas
Aliuminio oksido milteliai sumaišomi su organinėmis arba neorganinėmis poras formuojančiomis{0}}agentomis ir formuojami. Sukepinimo metu poras formuojančios medžiagos suyra arba išdega, palikdamos poras. Dažniausiai naudojamos poras formuojančios medžiagos: krakmolas, celiuliozė, naftos koksas, sacharozė, PS mikrosferos, organiniai pluoštai, PMMA mikrosferos, anglies milteliai, parafino vaškas ir kt.
02 Gelio liejimo metodas
Gelio liejimo metodas yra svarbus porėtos keramikos formavimo būdas, kurį 1990-aisiais pasiūlė JAV Oak Ridge nacionalinė laboratorija. Šis metodas apima organinių monomerų, kryžminių jungčių, katalizatorių ir iniciatorių įdėjimą į keraminę srutą. Vykdant in-situ polimerizaciją, susidaro trimatis polimerinis tinklas, kuris imobilizuoja keramines daleles srutoje ir sukuria beveik-neto{7}}formos keraminį žalią korpusą. Atsižvelgiant į naudojamo tirpiklio tipą, liejimo geliu metodą galima suskirstyti į dvi kategorijas: liejimą vandeniniu geliu ir ne-vandeninį gelio liejimą.
03 3D spausdinimo būdas
3D spausdinimo reikšmė ruošiant porėtą keramiką pirmiausia slypi perėjimu nuo „pasyvaus porų formavimo“ prie „aktyviai projektuojamų porų struktūrų“. 3D spausdinimas leidžia tiesiogiai valdyti porų morfologiją, dydį, pasiskirstymą ir jungiamumą, naudojant skaitmeninį modeliavimą ir sluoksnių-pridedant priedų gamybą, taip leidžiant sinergiškai sukurti poringos keramikos makroskopinę struktūrą ir mikroskopinę porų architektūrą.
Tyrėjai panaudojo FDM (Fused Deposition Modeling) 3D spausdinimą kartu su ko-sukepinimo integravimo procesu, kad paruoštų porėtus aliuminio oksido keramikos griebtuvus. Taikant šį metodą, sudėtinė žaliava, kurioje yra aliuminio oksido miltelių, sukepinimo priemonių ir anglies pluošto, vienakrypčiu būdu spausdinama -po-sluoksnių, todėl anglies pluoštai išsilygiuoja išilgai spausdinimo kelio. Vėliau medžiaga supjaustoma griežinėliais statmenai spausdinimo keliui. Po atrišimo ir sukepinimo susidaro struktūra su vienodai orientuotomis, pailgomis per{7}}poromis. Be to, akytasis keraminis sluoksnis yra vientisai sujungtas su didelio -grynumo aliuminio oksido pagrindu, naudojant sausą presavimą, izostatinį presavimą ir ko{10}}sukepinimą. Rezultatai rodo, kad šiuo metodu paruošti griebtuvai išlaiko didelį dujų srautą ir aukštą sąsajos sukibimo stiprumą net ir tokiomis sąlygomis, kai poringumas yra maždaug 38–40 %.
04 Džiovinimo šalčiu metodas
Džiovinimo šalčiu metodas yra porėtos keramikos paruošimo būdas, kai porų struktūroms sukurti naudojamas užšaldymo ir sublimacijos tirpiklis. Jo esmė yra šaldytų tirpiklių kristalų naudojimas kaip laikini šablonai, sukuriant porėtas struktūras dalelių atbaidant ir vėliau pašalinant sublimaciją.
Sukurtas vakuuminio griebtuvo tirpalas, pagrįstas užšaldymo-liejimo ir sublimacinio džiovinimo procesais, skirtas paruošti kryptingą per-porinį akytas adsorbcijos sluoksnį. Šis metodas naudoja vienpusį užšalimą, kad sukeltų porų kanalus, išlygintus statmenai adsorbcijos paviršiui. Tada šie kanalai sujungiami ir užsandarinami pagrindine plokšte su grioveliais, todėl gaunamas akytas vakuuminis griebtuvas, pasižymintis mažais porų dydžiais, mažu srauto praradimu, vienoda adsorbcija ir tinkamumu eksploatavimo sąlygoms, kai adsorbcijos sritis nėra visiškai uždengta.