ניתוח אמפירי על שיפור היציבות הממדית של גרניט על פני ברזל יצוק בפלטפורמת בקרת תנועה של מכונת ציפוי סוללות ליתיום.

​
בתהליך הייצור של סוללות ליתיום-יון, תהליך הציפוי, כקשר מרכזי, משפיע ישירות על ביצועי הסוללות ובטיחותן. יציבות פלטפורמת בקרת התנועה של מכונת ציפוי סוללות ליתיום ממלאת תפקיד מכריע בדיוק הציפוי. גרניט וברזל יצוק, כחומרי פלטפורמה נפוצים, ההבדל ביציבות הממדית שלהם משך תשומת לב רבה. מאמר זה ינתח לעומק את השיפור המשמעותי ביציבות הממדית של גרניט בהשוואה לברזל יצוק בפלטפורמת בקרת התנועה של מכונות ציפוי סוללות ליתיום באמצעות תכונות חומר, נתונים ניסיוניים ומקרי יישום מעשיים.
תכונות החומר קובעות את בסיס היציבות
ברזל יצוק, כחומר תעשייתי מסורתי, היה בעבר בשימוש נרחב בתחום פלטפורמות בקרת תנועה בשל ביצועי היציקה המצוינים שלו ויתרונותיו העלותיים. עם זאת, לחומרי ברזל יצוק יש פגמים אינהרנטיים. המבנה הפנימי שלו מכיל כמות גדולה של גרפיט פתיתי, המקביל לסדקים פנימיים ומפחית את הנוקשות הכוללת של החומר. בינתיים, מקדם ההתפשטות התרמית של ברזל יצוק גבוה יחסית, כ-10-12 × 10⁻⁶/℃. תחת הצטברות חום הנוצרת על ידי פעולה ארוכת טווח של ציפוי סוללות ליתיום, הוא נוטה לעיוות תרמי. בנוסף, קיים לחץ יציקה בתוך ברזל יצוק. עם הזמן, שחרור הלחץ יגרום לשינויים בלתי הפיכים בגודל הפלטפורמה, דבר המשפיע על דיוק הציפוי.

גרניט הוא חומר טבעי שנוצר בתהליכים גיאולוגיים במשך מאות מיליוני שנים. מבנה הגביש הפנימי שלו צפוף ואחיד, ויש לו יציבות גבוהה מובנית. מקדם ההתפשטות הליניארית של גרניט הוא רק 0.5-8×10⁻⁶/℃, שהוא 1/2-1/3 מזה של ברזל יצוק, והוא חסין ביותר לשינויי טמפרטורה. בינתיים, גרניט הוא בעל מרקם קשה, עם חוזק דחיסה גבוה של 1,050-14,000 קילוגרם לסנטימטר רבוע. הוא יכול לעמוד ביעילות בפני פגיעות כוח חיצוניות ורעידות, ומספק בסיס מוצק ויציב לפלטפורמת בקרת התנועה. כמעט ואין מאמץ שיורי בתוכו, והוא לא יגרום לשינויים ממדיים עקב שחרור מאמץ, מה שמבטיח את יציבות הממדים של הפלטפורמה ממהות החומר.
נתונים ניסויים מאשרים את הבדלי הביצועים
כדי להשוות ויזואלית את ההבדלים ביציבות הממדית בין גרניט לברזל יצוק, צוות המחקר ביצע ניסוי מיוחד. נבחרו שתי פלטפורמות בקרת תנועה של מכונת ציפוי סוללות ליתיום מאותו מפרט, עשויות מגרניט וברזל יצוק בהתאמה, ונבדקו באותם תנאי סביבה. הניסוי דימה את תרחיש העבודה בפועל של מכונת ציפוי סוללות ליתיום. על ידי הפעלה רציפה של הציוד, נוטרו שינויי גודל הפלטפורמה בנקודות זמן שונות.
תוצאות הניסוי מראות כי לאחר פעולה רציפה במשך 24 שעות, עקב החום שנוצר כתוצאה מהפעלת הציוד, טמפרטורת פני השטח של פלטפורמת הברזל היצוק עלתה בכ-15 מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך גדלה ממד כיוון האורך של הפלטפורמה ב-0.03 מ"מ. באותם תנאים, שינוי הגודל של פלטפורמת הגרניט כמעט זניח, וטווח תנודות הגודל שלה קטן מ-0.005 מ"מ. לאחר 1000 שעות של בדיקות הזדקנות ארוכות טווח, עקב שחרור מתח פנימי והצטברות עיוות תרמי, שגיאת השטיחות של פלטפורמת הברזל היצוק התרחבה מ-0.01 מ"מ התחלתי ל-0.05 מ"מ. שגיאת השטיחות של פלטפורמת הגרניט נשמרת תמיד בטווח של 0.015 מ"מ, והיתרון של יציבות ממדית ברור.
הישגים יוצאי דופן ביישומים מעשיים
בייצור בפועל של מפעל גדול לייצור סוללות ליתיום, נעשה שימוש בעבר בפלטפורמות בקרת תנועה מברזל יצוק. ככל שזמן הפעולה של הציוד גדל, דיוק הציפוי ירד בהדרגה, מה שהביא לעובי ציפוי לא אחיד, עקביות ירודה של יריעות אלקטרודות הסוללה ושיעור מוצרים פגומים של עד 8%. כדי לפתור בעיה זו, המפעל החליף את פלטפורמות בקרת התנועה של חלק מהציוד בחומרי גרניט.
לאחר ההחלפה, יציבות הממדים של הציוד שופרה משמעותית. במהלך מחזור ייצור של שישה חודשים, מכונת הציפוי המשתמשת בפלטפורמת גרניט שמרה תמיד על שגיאת עובי הציפוי בטווח של ±2 מיקרומטר, ושיעור המוצר הפגום הופחת משמעותית לפחות מ-3%. בינתיים, מכיוון שפלטפורמות גרניט אינן דורשות כיול ותחזוקה מדויקים תכופים כמו פלטפורמות ברזל יצוק, הן חוסכות לארגונים סכום משמעותי של עלויות תחזוקת ציוד וזמן השבתה מדי שנה, ומגדילות את יעילות הייצור ביותר מ-15%.
לסיכום, ביישום פלטפורמת בקרת תנועה של מכונות ציפוי סוללות ליתיום, גרניט, עם תכונות החומר המצוינות שלו, עולה משמעותית על ברזל יצוק מבחינת יציבות ממדית. בין אם מנקודת מבט של אופי החומר, נתונים ניסיוניים או השפעות יישום מעשיות, גרניט מספק ערובה אמינה לייצור מדויק ויציב של תהליכי ציפוי סוללות ליתיום. עם השיפור המתמיד בדרישות איכות המוצר בתעשיית סוללות הליתיום, פלטפורמות בקרת תנועה עשויות גרניט יהפכו לבחירה המרכזית בתעשייה.