セラミックス向け高度CNC加工ソリューション

時計からナイフ、レンガ、陶器まで日常品に広く使用される材料として、セラミックスの加工は企業の材料ポートフォリオを拡大する素晴らしい方法となり得ます。これらは伝統的に窯で作られますが、加工することで工作機械ショップに独自のセールスポイントを与える有用な取り組みとなり得ます。

材料クラスとして、セラミックスは多様な形態があり、加工はトリッキーです。しかし、独自のルックアンドフィールを持ち、優れた圧縮耐久性（ただし引張力耐久性は劣る）を備え、多くの異なる製品の優れた基盤となります。

セラミック材料の加工

CNC加工でセラミックスを加工するのは、すでに焼結されている場合にかなり困難です。これらの加工硬化セラミックスは、破片と塊が四方八方に飛び散るため、かなりの課題となります。セラミック部品は、最終焼結段階の前、「グリーン」（非焼結粉末）圧縮状態またはプリシンタード「ビスク」形態で最も効果的に加工できる場合があります。

一般的に、フライス加工、ドリル加工、旋削加工のような加工方法は、プリシンタード状態のセラミック部品に適用できます。工具としては、チタン窒化物（TiN）コーティングハイス工具、超硬工具、多結晶ダイヤモンド（PCD）工具がプリシンタードセラミックスの加工に使用されます。ビスク状態では、マシン工具が達成できる材料除去率（MRR）は工具鋼とダイス鋼に匹敵します。

焼結状態では、最も一般的な加工プロセスは研削です。砥石の助けを借りて、マシンは研磨された表面仕上げを達成できます。セラミックスの研削は、研削領域を潤滑する流体クーラントで行うのがベストです。焼結セラミックスには、異なる粒度の合成または天然ダイヤモンドを異なる濃度でポリマー樹脂に圧縮したレジンボンド砥石を使用するのがベストです。

もちろん、セラミックスには多くの異なるタイプがあり、それぞれ固有の特性を持っています。これらは一般的な経験則ですが、プロセスは材料によって異なる場合があります。

セラミックスの種類

マコール（Macor）

マコールはコーニング社が所有・製造する機械加工可能なガラスセラミックです。航空宇宙、医療、半導体生産で多くの用途があります。機械加工可能なガラスセラミックスを使用するのは、少量生産が必要だが高価なツーリング費用が選択肢にない場合のコスト効率の良い方法です。マコールの連続使用温度は800°C、ピーク温度は1,000°Cです。熱膨張はほとんどの金属とシーリングガラスと一致します。マコールは非濡れ性で、ゼロ気孔率を示し、延性材料とは異なり変形しません。また高電圧、様々な周波数、高温で効果的な絶縁体です。真空環境でも「アウトガス」を出しません。

アルミナ（Alumina）

アルミナは優れた機械的・電気的特性を持ち、幅広い用途につながります。アルミナは特性を向上させるために設計された添加剤を含む様々な純度で製造できます。幅広いセラミック加工方法で成形でき、様々なサイズと形状を生産するために加工や成形が可能です。さらに、メタライジングとろう付け技術を用いて金属や他のセラミックスに容易に接合できます。

アルミニウム窒化物（Aluminum nitride）

アルミニウム窒化物はアルミナより低い熱膨張を示し、シリコンウェーハの膨張と密接に一致し、メタライズ可能で、半導体用途に理想的な材料となります。

アルミナシリケート（ラバ/Lava）

アルミナシリケートまたはラバは機械加工可能なセラミック材料です。高使用温度、優れた熱的・電気的絶縁特性を持ちます。

窒化ホウ素（Boron nitride）

窒化ホウ素は標準的な超硬ドリルで加工できます。BNは高い電気抵抗、低誘電率と損失正接、低熱膨張、化学的不活性、良好な熱衝撃耐性を示します。これらの特性により、BNは真空部品、様々な電気部品、原子力用途に有用な材料となります。

ガラス（パイレックス/Pyrex、バイコア/Vycor、類似材料）

様々なタイプのガラスは、光学的特性、高い熱衝撃耐性、絶縁特性が必要な多くの用途で使用されます。

グラファイト（Graphite）

炭素ベースのセラミック材料として、グラファイトはポリマー状態に応じて様々な密度で存在できます。グラファイトは優れた熱衝撃耐性と耐薬品性を持ち、金型、炉用ボート、メッキ陽極、ろう付け治具に理想的な材料です。

ムライト（Mullite）

ムライトは高温安定性、強度、クリープ耐性により優れた構造材料です。低誘電率と高い電気絶縁能力を持ちます。典型的な用途には窯家具、炉センター管、熱交換部品、断熱部品、ローラーがあります。ムライトは加工可能ですが、レーザー加工の方がより便利です。

マイカレックス（Mycalex）

強度と温度性能が異なる複数のグレードから選択でき、マイカレックスは複雑な部品に加工できる優れた機械加工可能セラミック絶縁材料です。産業機器の小さな部品によく使用されます。

石英（Quartz）

優れた熱的、化学的、光学的特性を持つ石英は、照明と半導体分野でよく使用されます。ダイヤモンド工具、研削、ウォータージェットが最適です。研磨技術があらゆる切削技術よりはるかに有用です。

炭化ケイ素（Silicon carbide）

炭化ケイ素は高硬度と耐摩耗性で知られています。一般的な用途にはポンプシール、バルブ部品、摩耗の激しい部品があります。この材料の高い硬度値にもかかわらず、比較的脆く、ダイヤモンド研削技術でしか加工できません。通常、アチソングラファイト抵抗炉で製造され、微粉末または結合塊として形成され、粉末原料として使用する前に粉砕・粉碎する必要があります。

ステアタイト（Steatite）

ステアタイトのコストは他のセラミック材料と比較して相対的に低いです。絶縁と耐温性が懸念される用途で有用です。

ジルコニア（Zirconia）

安定化ジルコニアは、アルミナの融点をはるかに超える温度で化学的・耐食性を提供します。これらの特性により、歯科用途と義肢にかなり良い材料となります。高硬度のため加工は難しいですが、高切削速度（670m/分以上）で処理すると助けになります。ジルコニアセラミックスは他のセラミック材料と比較して大量の応力を吸収する能力があります。室温で最高の機械的強度と靭性を示します。

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