bóng đá tỷ lệ tổng hợp củng cố tương lai của chúng ta

Khi nghĩ đến bóng đá tỷ lệ, hầu hết mọi người đều tưởng tượng ra những viên đá quý lấp lánh được cắt thành những hình thù đẹp mắt. Điều mà nhiều người không nhận ra là bóng đá tỷ lệ cũng là một công cụ thiết yếu để đặt nền móng cho một nền kinh tế thông tin năng động.

Những đặc tính độc đáo khiến bóng đá tỷ lệ trở nên hữu ích là kết quả của quá trình được rèn sâu trong lòng đất hàng trăm triệu năm trước. Nhiệt độ và áp suất cực cao đã sắp xếp các nguyên tử cacbon thành các khối tứ diện chặt chẽ, mỗi nguyên tử liên kết với bốn nguyên tử khác để tạo ra một mạng lưới cực kỳ bền—và là chất cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên.

Nhờ nhiều thập kỷ đổi mới và tiến bộ công nghệ trên khắp thế giới, bao gồm cả ở Sumitomo Electric, con người có thể tạo ra bóng đá tỷ lệ. Và chúng tôi có thể chế tạo những viên bóng đá tỷ lệ tổng hợp này để hoạt động tốt hơn so với những viên bóng đá tỷ lệ tự nhiên.

bóng đá tỷ lệ tổng hợp nhanh chóng chứng tỏ giá trị của chúng như một công cụ: chúng rẻ hơn và sở hữu độ cứng và độ bền đồng đều hơn bóng đá tỷ lệ tự nhiên. Khi được nghiền thành bột, các ứng dụng công nghiệp như cắt và đánh bóng sẽ chính xác và dễ dàng hơn.

Giờ đây, bóng đá tỷ lệ tổng hợp là thành phần thiết yếu của các công cụ gia công cần thiết để sản xuất nhiều loại sản phẩm, chẳng hạn như ống kính quang học và các bộ phận điện tử. Ống kính máy ảnh nhỏ gọn trong điện thoại thông minh của bạn có thể đã được sản xuất bằng các khuôn được gia công chính xác bằng các công cụ có đầu bóng đá tỷ lệ tổng hợp. Những viên bóng đá tỷ lệ này rất quan trọng đối với hoạt động sản xuất thế hệ tiếp theo đòi hỏi độ chính xác cao hơn, độ bền được cải thiện, chi phí thấp hơn, tốc độ nhanh hơn và tác động môi trường nhỏ hơn.

Sumitomo Electric bắt đầu phát triển bóng đá tỷ lệ tổng hợp vào những năm 1970 làm vật liệu làm công cụ mới. Những viên bóng đá tỷ lệ được trồng trong phòng thí nghiệm đầu tiên trên thế giới được tạo ra ở dạng bột tại Hoa Kỳ vào năm 1954. Tại Sumitomo Electric, các kỹ sư đảm nhận nhiệm vụ sản xuất những viên bóng đá tỷ lệ đơn tinh thể lớn hơn và chất lượng cao hơn.

Họ đã đạt được thành công đáng kể. Sử dụng công nghệ siêu áp suất nổi tiếng của mình, vào năm 1982, Sumitomo Electric đã sản xuất ra viên bóng đá tỷ lệ tổng hợp lớn nhất vào thời điểm đó: 1,2 carat, tương đương khoảng 240 miligam và kích thước 5mm. Pha lê thậm chí còn lọt vào Sách kỷ lục Guinness thế giới năm 1985. Ngày nay, người ta có thể sản xuất những viên bóng đá tỷ lệ tổng hợp chất lượng cao có kích thước khoảng 10 carat, tương tự như những viên trong hình bên dưới.

Bất chấp thành tựu này, các kỹ sư của Sumitomo Electric tin rằng họ có thể tạo ra thứ gì đó mạnh mẽ hơn nữa. Với đủ lực từ hướng đúng, các tinh thể có thể vỡ hoặc tách ra theo các mặt phẳng yếu, một đặc tính gọi là sự phân tách. Điều này đúng với bóng đá tỷ lệ đơn tinh thể tự nhiên và tổng hợp. Các kỹ sư đã xây dựng dựa trên quy trình sử dụng nhiệt để thiêu kết bóng đá tỷ lệ để phát triển một sản phẩm mới: bóng đá tỷ lệ nano đa tinh thể. bóng đá tỷ lệ nano đa tinh thể là các hạt bóng đá tỷ lệ mịn liên kết chặt chẽ và trực tiếp với nhau mà không có bất kỳ tạp chất nào trong ranh giới hạt.

Để có được một viên bóng đá tỷ lệ nano đa tinh thể không hề dễ dàng. Nó đòi hỏi phải tạo ra những điều kiện khắc nghiệt: nhiệt độ duy trì ở mức 2.700 độ C kết hợp với áp suất cực cao tương đương với việc đặt ba tòa tháp Eiffel trong lòng bàn tay. Sumitomo Electric đã thực hiện được điều này bằng cách đặt một mẫu than chì đặc biệt vào một thiết bị có nhiều đe, một loại máy thường thấy ở các viện nghiên cứu chuyên ngành. Một máy ép thủy lực đẩy các đe lại với nhau để tạo ra các điều kiện cần thiết nhằm tạo ra một viên bóng đá tỷ lệ nano đa tinh thể.

Viên bóng đá tỷ lệ đa tinh thể mới này đặt ra một thách thức khác. Mặc dù việc cắt và đánh bóng bề mặt của bóng đá tỷ lệ tự nhiên thông thường tương đối dễ dàng, nhưng bóng đá tỷ lệ đa tinh thể nano lại có độ cứng như nhau trên mọi bề mặt. Ngoài ra, chúng không có đặc tính phân tách như bóng đá tỷ lệ đơn tinh thể. Tuy nhiên, Sumitomo Electric đã phát triển các công nghệ mới sử dụng gia công phóng điện và gia công bằng laze để có thể xử lý bóng đá tỷ lệ đa tinh thể nano.

Phải mất hơn 20 năm để phát triển một viên bóng đá tỷ lệ nano đa tinh thể hoạt động tốt hơn bóng đá tỷ lệ đơn tinh thể. Nhưng những nỗ lực của các kỹ sư của Sumitomo Electric đã được đền đáp và bóng đá tỷ lệ đa tinh thể nano đang thay đổi căn bản cách thức sản xuất khuôn mẫu.

Các công cụ sử dụng những viên bóng đá tỷ lệ này không bị hao mòn, giúp nhà sản xuất có thể cải thiện độ chính xác. Và bằng cách kết hợp vật liệu siêu cứng này vào trung tâm gia công, nó đã giúp quá trình sản xuất diễn ra nhanh hơn—một chiếc khuôn mà người thợ thủ công phải mất 20 ngày để xử lý lại có thể được chế tạo với độ chính xác cao trong vài giờ.

Độ cứng đáng kinh ngạc cũng có nghĩa là các mảnh vụn được tạo ra khi gia công khuôn vẫn không bị nhiễm bẩn bởi các hạt bị mòn từ dụng cụ bóng đá tỷ lệ. Những mảnh vụn đó có thể được tái sử dụng để tạo ra nhiều khuôn hơn, giảm tác động đến môi trường trong quá trình sản xuất.

Ngay cả khi bóng đá tỷ lệ đa tinh thể nano của Sumitomo Electric cách mạng hóa các quy trình sản xuất truyền thống, chúng tôi vẫn đang nghiên cứu các ứng dụng mới mang tính đổi mới. Ví dụ, bóng đá tỷ lệ có thể hoạt động như một vật liệu tương thích sinh học để sử dụng trong sản xuất khớp và răng nhân tạo. Khả năng của bóng đá tỷ lệ đa tinh thể nano của Sumitomo Electric là vô tận.