Januar 3, 2025

Daher ist die Verbesserung der Anpassungsfähigkeit von Bauteilen in rauen Umgebungen zu einem Schlüsselthema bei der Herstellung von Luft- und Raumfahrtelektronik und der Oberflächenbehandlung geworden. Mit der Entwicklung von Oberflächenverfestigungs- und -schutztechnologien hat sich das Potenzial von Verfahren wie Sandstrahlen und Kugelstrahlen allmählich herauskristallisiert und bietet einen wirksamen Weg zur Lösung des Problems.

Im Bereich der Luft- und Raumfahrt sind die folgenden elektronischen Präzisionsbauteile von entscheidender Bedeutung:

• Navigations- und Steuerungskomponenten: wie z. B. Trägheitsnavigationssysteme und Flugsteuerungscomputer, sind für die Lage- und Flugbahnsteuerung von Flugzeugen zuständig.
• Kommunikationsmittel: einschließlich Hochfrequenz-Funkmodulen und Satellitenantennen zur Gewährleistung der Datenübertragung in Echtzeit.
• Sensoren im Stromnetz: wie Temperatur-, Druck- und Vibrationssensoren, die die Leistung von Motor und Antriebssystem überwachen.
• Energieverwaltungsmodul: effiziente Akkus und Stromverteilungssysteme, um die Stabilität der Stromversorgung von Raumfahrzeugen zu gewährleisten.
• Elektronische Steckverbinder und Verbindungselemente: wie Leiterplatten- und Rundsteckverbinder, um die Zuverlässigkeit der elektrischen Signal- und Leistungsübertragung zu gewährleisten.

Die gemeinsamen Merkmale dieser Komponenten sind hohe Präzision, hohe Empfindlichkeit und Vielseitigkeit, und sie müssen unter verschiedenen extremen Bedingungen stabil arbeiten.

• Extreme Temperaturschwankungen: Von -60°C auf der Erdoberfläche bis zu +125°C im Weltraum ändert sich die Temperatur drastisch.
• Starke Vibrationen und Stöße: Der Start und die Landung von Flugzeugen, die Zündung des Antriebssystems und der Langzeitflug erzeugen kontinuierliche hochfrequente Vibrationen.
• Exposition gegenüber kosmischer Strahlung: Hochenergetische Teilchenstrahlung hat eine schädigende Wirkung auf die Halbleitermaterialien und Mikroschaltungen elektronischer Bauteile.
• Niederdruck- und Vakuumumgebung: Dies führt zu einer verminderten Wärmeabfuhrkapazität und einem erhöhten Risiko eines thermischen Ausfalls der Geräte.
• Chemische Korrosion und Verschleiß: wie z. B. Kühlmittelleckagen, Kraftstoffrückständen oder Staubpartikeln, die die Oberfläche von Bauteilen physisch abtragen.

Aus diesem Grund sind die Oberflächenveredelung, die Optimierung der Wärmeableitung und die strukturelle Verstärkungstechnologie zu den wichtigsten Mitteln zur Lösung dieser Herausforderungen geworden.

1. Auswahl von Hochleistungsmaterialien

• Keramische Werkstoffe: haben eine ausgezeichnete Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit und können für Gehäuse und Schutzabdeckungen verwendet werden.
• Spezielle Metalllegierungen, wie Titan- und Aluminiumlegierungen, haben eine hohe Temperatur- und Schlagfestigkeit und eignen sich für Struktur- und Leitungskomponenten.
• Polymerbeschichtung: kann zur Verbesserung der Strahlungsbeständigkeit und zur Verringerung der durch die Erosion hochenergetischer Partikel verursachten Verschlechterung von Bauteiloberflächen eingesetzt werden.

2. Modularität und struktureller Aufbau

• Modularer Aufbau: Durch die Verringerung der Komplexität und die Trennung empfindlicher Komponenten können die Auswirkungen von Umwelteinflüssen wirksam reduziert werden.
• Strukturelles Stoßdämpfungsdesign: Verwendung von Puffermaterialien und optimiertes Layout, um Schäden an Präzisionskomponenten durch Vibrationen und mechanische Stöße zu vermeiden.

1. Technologie der Präzisionsbearbeitung

• Die hochpräzise Bearbeitung gewährleistet die Passgenauigkeit und Langlebigkeit der Bauteile und verringert das Risiko von Fehlern, die durch Toleranzprobleme in rauen Umgebungen verursacht werden.
• Die Technologie der Präzisionsmikrobearbeitung wird in Halbleiterbauelementen eingesetzt, um Oberflächendefekte wirksam zu reduzieren und die Gesamtleistung zu verbessern.

2. Technologie der Oberflächenbehandlung

• Sandstrahlverfahren: Verwendung von Hochleistungs-Keramikkugeln oder Aluminiumoxid-Medien zur Reinigung der Oberfläche, zur Beseitigung von Graten und Mikrorissen sowie zur Verbesserung der Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit der Bauteile.

• Shot-Peening-Verfahren: Mit Hilfe von hochfesten Partikeln wird die Materialoberfläche getroffen, eine Druckspannungsverteilung erzeugt und die Widerstandsfähigkeit des Bauteils gegenüber mechanischen Einwirkungen verbessert. Es eignet sich besonders für Teile von Flugzeugtriebwerken, die Vibrationen standhalten müssen.
• Beschichtungstechnologie: So können beispielsweise hochtemperatur- und strahlungsbeständige Beschichtungen die Umweltverträglichkeit elektronischer Bauteile weiter verbessern.

Die Rolle der Sandstrahltechnik

Die Sandstrahltechnologie bietet zuverlässigen Schutz und Leistungsoptimierung für elektronische Präzisionsbauteile, indem hocheffiziente Medien zur Beeinflussung der Materialoberfläche eingesetzt werden:

1. Verbesserung der Oberflächengüte

Zur Optimierung der Oberfläche von Steckverbindergehäusen können Sandstrahlmittel (z. B. ultrafeine Tonerde) winzige Grate oder unregelmäßige Oberflächen während der Bearbeitung entfernen und die Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen verhindern. Dies ist bei Steckverbindern für Raumfahrzeuge oder Sensorgehäusen von entscheidender Bedeutung und kann deren Lebensdauer effektiv verlängern.

2. Entfernen von Metalloxiden und Verunreinigungen

Hochreine Aluminiumoxidmedien können dank ihrer chemischen Stabilität die Oxidschicht auf der Metalloberfläche schnell entfernen und verhindern, dass die Korrosionsquelle die leitenden Eigenschaften von Präzisionsbauteilen beeinträchtigt. So müssen beispielsweise die Lötstellen und Kontaktpunkte von Avionikmodulen sauber und oxidationsfrei gehalten werden, und Sandstrahlen kann genau diese Anforderung erfüllen.

3. Anpassung an komplexe Geometrien

Das Sandstrahlverfahren kann in Verbindung mit der verfeinerten Partikelgröße des Mediums leicht in die komplexen Oberflächen elektronischer Bauteile eindringen, wie z. B. in die mehrpolige Struktur von Flugzeugsteckern. Diese Fähigkeit gewährleistet eine durchgängig gleichmäßige Oberflächenbehandlung ohne tote Winkel, die die Zuverlässigkeit beeinträchtigen.

4. Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit

Elektronische Präzisionsbauteile sind in Umgebungen mit hohen Vibrationen (z. B. in Antriebssystemen der Luftfahrt) anfällig für mechanische Spannungsschäden. Das Kugelstrahlen mit Keramik- oder Zirkonoxidkugeln kann eine Druckspannungsschicht auf der Oberfläche des Gehäuses bilden, die Risswachstumsrate verringern und die Ermüdungslebensdauer verbessern.

5. Verhinderung von Spannungsrisskorrosion

Elektronische Module und Steuerungen in der Luft- und Raumfahrt sind anfällig für Ausfälle, wenn sie korrosiven Chemikalien ausgesetzt sind. Kugelstrahlen verbessert die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche. Bei modularen Verpackungsgehäusen für elektronische Flugsteuerungseinheiten kann das Kugelstrahlen beispielsweise die Erosion von Metallwerkstoffen durch Salzsprühnebel und Feuchtigkeit erheblich verringern.

6. Verstärkung von Verbundwerkstoffoberflächen

Bei neuen Verbundwerkstoffen, die in Raumfahrzeugen verwendet werden, können Zirkonoxid-Strahlmittel die Festigkeit der Grenzflächen verbessern, eine leichte Konstruktion gewährleisten und eine hohe Zuverlässigkeit erreichen. Dies ist besonders wichtig für Präzisionssensorkomponenten in Tragrahmen von Flugzeugtriebwerken.

Empfohlene Medien und ihre Eigenschaften

Keramische Strahlperlen für die Oberflächenveredelung

Eigenschaften: Keramikkugeln haben eine hohe Härte und ausgezeichnete Haltbarkeit, eine glatte Oberfläche und eine gleichmäßige Partikelgröße, wodurch die Staubentwicklung während der Verarbeitung reduziert und Umweltschutz und Sauberkeit gewährleistet werden können.

Anwendbare Szenarien: Geeignet für Gehäuse von elektronischen Bauteilen, die eine hochpräzise Oberflächenbehandlung erfordern, wie z. B. Steckergehäuse für die Luft- und Raumfahrt und empfindliche elektronische Bauteile.

Problemlösung: Wirksame Beseitigung von Oberflächenfehlern bei gleichzeitiger Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen.

Yttrium-stabilisierte Zirkoniumdioxid-Perlen

Eigenschaften: Zirkoniumdioxidkugeln sind für ihre hohe Dichte und hervorragende Schlagfestigkeit bekannt. Sie eignen sich für die Verstärkung der Oberfläche von Materialien, insbesondere mit ausgezeichneter Stabilität unter hohen Temperaturen und hoher Belastung.

Anwendbare Szenarien: Empfohlen für verstärkende Strahlverfahren für Triebwerkskomponenten, Motorgehäuse und Schutzschichten für elektronische Module.

Lösung des Problems: Verbesserung der Ermüdungs- und Spannungskorrosionsbeständigkeit von Bauteilen durch Verstärkung der Oberflächenspannung und Verlängerung der Lebensdauer von Bauteilen.

Keramikkugeln für Shot Peening

Merkmale: Keramikkugeln haben eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und können während der Oberflächenbehandlung Druckspannungen erzeugen, ohne die Substratoberfläche zu beschädigen.

Anwendbare Szenarien: Geeignet für die Verstärkung der Hülle von Raumfahrzeugen und empfindlichen elektronischen Modulen, wie z. B. Navigations- und Steuereinheiten, in Umgebungen mit starken Vibrationen.

Problemlösung: Verringerung der Ausbreitung von Oberflächenrissen, deutliche Verbesserung der Ermüdungslebensdauer von Werkstoffen und Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Oberflächenschicht.

Sphärische Aluminiumoxid-Strahlmittel

Eigenschaften: Bekannt für seine ultrafeine Partikelgröße und hohe Härte, kann es eine extrem hochpräzise Oberflächenbehandlung erreichen, während die Integrität des bearbeiteten Werkstücks und die stabilen chemischen Eigenschaften erhalten bleiben und die behandelte Oberfläche nicht verunreinigt wird.

Anwendbare Szenarien: Besonders geeignet für die Mikrobearbeitung von Mikrosensoren, PCB-Anschlussstiften und anderen empfindlichen elektronischen Komponenten.

Problemlösung: Entfernung von Oxiden und Verunreinigungen, Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit und Verbesserung der Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit von elektronischen Präzisionsbauteilen.

Durch die Synergie von Sandstrahlen und Shotpeening sind diese Oberflächenbehandlungsmedien zum wichtigsten Hilfsmittel für elektronische Präzisionskomponenten geworden, um eine hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit in rauen Umgebungen zu erreichen.

Zirkoniumdioxid-Perlen verstärken Sensorgehäuse von Raumfahrzeugen.

Fall: Ein Luft- und Raumfahrtunternehmen verwendet Zirkoniumdioxidkugeln zum Shoot-Peening des Sensorgehäuses eines Raumfahrzeugs, um dessen Ermüdungs- und Spannungskorrosionsbeständigkeit zu verbessern. Zirkoniumdioxid-Perlen haben eine extrem hohe Härte und Verschleißfestigkeit. Nach dem Feinstrahlverfahren ist das Sensorgehäuse widerstandsfähiger gegen Stöße und Umweltveränderungen. Nach dieser Behandlung verbessert sich die Ermüdungsfestigkeit des Sensors in extremen Umgebungen um etwa 30%, und die Lebensdauer wird verlängert.

Keramische Perlen verbessern die Oberflächenrauheit von Steckverbindern für die Luftfahrt.

Fall: Bei einem Avionikprojekt werden Keramikkugeln zur Verbesserung der Oberflächenrauheit von Steckverbindern für die Luftfahrt verwendet. Durch das Sandstrahlverfahren können Keramikkugeln winzige Oberflächendefekte wirksam beseitigen und die elektrische Leitfähigkeit und die Signalübertragungsleistung des Steckverbinders verbessern. Die Oberflächenrauheit des behandelten Steckverbinders wird um 40% verringert, was die Leistungsstabilität des Steckverbinders bei Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung und in Umgebungen mit hohen Temperaturen erheblich verbessert.

Aluminiumoxid-Medien entfernen Oberflächenoxide von Bauteilen.

Fall: Ein Militärunternehmen verwendet Aluminiumoxid-Medien zum Sandstrahlen von Präzisionsteilen von Flugzeugtriebwerken, um Oberflächenoxide zu entfernen. Tonerdepartikel entfernen nicht nur Oxidschichten, sondern schützen auch die Metalloberflächen vor weiterer Korrosion. Nach Tests in Hochtemperatur- und Hochdruckumgebungen zeigten die behandelten Teile eine 25% höhere Haltbarkeit als unbehandelte Teile. Diese Technologie wurde bereits bei mehreren Flugzeugtriebwerksprojekten eingesetzt und hat die Lebensdauer der Triebwerkskomponenten erheblich verlängert.

Anhand dieser Fälle wird deutlich, dass die Wahl der richtigen Oberflächenbehandlungsmittel für elektronische Präzisionsbauteile in der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung ist, da sie nicht nur die Leistung der Bauteile verbessern, sondern auch ihre Lebensdauer erheblich verlängern können.

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