セラミックス材料は、耐高温性、耐食性、高強度、高硬度に優れた優れた高性能材料です。セラミック材料科学の発展に伴い、より多くの調製技術が導入され、セラミック材料の特性は徐々に改善されてきました。セラミック材料は宇宙探査や航空宇宙などのハイテク分野で使用できます。
セラミックス材料は原子同士が共有結合やイオン結合で結合しており、金属材料は原子同士が金属結合で結合しているため、セラミックス材料と金属材料は全く異なる性質を持っています。セラミック材料は、室温でのせん断応力下での変形に対する耐性が高く、硬度が高くなります。セラミック結晶はカチオンとアニオン、およびそれらの間の化学結合で構成されているため、化学結合には方向性があり、原子の充填密度が低く、原子間隔が大きいため、セラミックは非常に脆く、加工中に多くの欠陥が発生します。典型的な難加工材です。効率的かつ低コストの加工技術を開発することは非常に重要です。
1. セラミックス素材の旋削・研削加工技術
セラミック材料は非常に脆く、セラミックと旋削加工を組み合わせるのは難しいように思えますが、セラミック材料の押し込み実験では、適切なダイヤモンド工具の角度と切削パラメータを選択すれば、セラミック材料の延性加工を実現できることが示されています。関連する実験では、超硬工具材料を使用してセラミック材料を加工できることも示しています。 Li Xiangfan 氏のセラミック材料の超精密旋削実験では、W-Co カーバイドをセラミック部品の加工に使用できることが示されました。日本の原明夫氏は、多結晶ダイヤモンド工具を使用して Al2O3 および Si3N4 セラミックを旋削しました。現在、ダイヤモンド工具はセラミック材料の旋削加工に主に使用されています。単結晶ダイヤモンド工具は研ぎ性能の点で多結晶ダイヤモンド工具よりも優れており、いずれも微細な切削であり、除去率が低く、加工品質と精度を保証することが難しく、さらなる研究が必要である。
研削は超硬合金の加工要件を満たすことができるため、セラミック材料の主要な加工方法にもなり得、その精度と効率は比較的中程度です。ダイヤモンド砥石は一般にセラミック材料を研削する際に、圧力値を超えると砥粒がワークに食い込みます。セラミック材料の耐久限界を超えると、粉砕されて破片になります。同時に、砥粒がワークを切削すると、圧縮応力と摩擦熱の作用により、砥粒の下の材料に局所的な塑性流動が生じ、砥粒が切り出されるときに変形層が形成されます。応力の消滅によりワークから変形層が消失し、切りくずが形成されます。セラミックスを切りくず生成メカニズムから見る
材料の除去方法はまだ脆弱です。研削後の表面には加工欠陥が多く残るため、深い加工は困難となります。必要なプロセス。深加工のコストを削減するために、延性領域研削の概念が近年提案されています。延性領域研削は研削面品位の向上を主な目的としており、砥粒の配置調整や精密ドレッシングなどの技術を採用し、セラミックス材料の効率的かつ高精度な加工を実現します。セラミック材料の研削には、砥石の磨耗や目詰まり、加工効率の低さなどの問題があり、さらなる研究が必要です。
2. セラミック素材の特殊加工技術
超音波加工とは、加工ツールや被加工物に超音波振動を与え、ツールとワークの間に液状研磨剤またはペースト状研磨剤を加え、弱い圧力でツールをワークに押し当てる加工です。加工中、工具とワークピースの間の超音波振動により、加工液中に浮遊する研磨粒子が、キャビテーションや過圧効果と相まって、非常に高速かつ加速して加工対象の表面に継続的に衝突して研磨することになります。処理領域では、材料除去効果が生じます。セラミックス材料の表面の脆さには超音波処理が適しており、加工の自動化が容易です。欠点は、加工効率が低く、工具寿命が短いことです。
セラミック材料のレーザー加工では、非常に高いエネルギー密度のレーザー光をセラミック材料の表面に照射し、その光エネルギーがセラミック表面に吸収され、その一部が熱エネルギーに変換され、局所的な温度が上昇します。急激に増加し、溶解や蒸発を引き起こし、ピットが形成されます。エネルギーが吸収され続けると、ピット内の蒸気が急速に膨張し、溶融した材料が高速で噴出し、指向性の高い衝撃波が発生します。その結果、材料は高温、溶融、蒸発、衝撃の作用によって侵食されます。レーザー加工は効率的で環境に優しいですが、光点表面の温度勾配によりセラミック材料の表面に微小な亀裂が発生しやすく、レーザー装置が高価で使用コストが高くなります。
放電加工は主に電極間の放電により発生する高温の溶解・気化により材料を除去します。 EDM は導電性材料の加工に適しています。セラミック材料は電気絶縁体であるため、特別なプロセスを採用する必要があります。 1 つの高電圧 EDM 方法では、尖った電極と平らな電極の間に絶縁セラミック材料のワークピースを配置します。 2 つの電極間に高い DC または AC 電圧が印加されると、鋭利な電極近くの媒体が破壊され、グロー放電による侵食が発生します。もう一つの加工方法は、薄い金属メッシュを補助電極としてセラミックのワークピースに押し付け、補助電極とツール電極をそれぞれパルス電源のプラス極とマイナス極に接続し、油性作動流体中に入れる方法です。両極間にパルス電圧を印加すると、金属材料のガス化、噴射、スパッタリングなどにより、電気火花がワーク上の補助電極を通過する際に、ツールと補助電極との間で火花放電が発生します。これらの機能によりセラミック部品の表面が導電化し、加工を継続することができます。別の加工方法は、放電加工用の導電性材料でセラミックの表面をコーティングすることです。放電加工は加工効率の低さや加工面の品質確保が難しいなどの課題を抱えており、さらなる研究が必要です。
3. 特殊加工補助旋削・ 研削技術
旋削加工や研削加工の効率は比較的高いですが、工具に対する要求が非常に高く、セラミック材料の表面品質を保証することが難しく、成形されたセラミック部品の加工も困難です。セラミックス素材の加工精度と加工範囲を向上させるため、旋削・研削加工に特殊加工技術を導入することで、より高い加工効率と面品位を同時に実現します。
超音波研削は、工具やワークに超音波振動を加えて研削することで、超音波の高周波振動とキャビテーションを利用して材料を除去する方法であり、セラミック材料の加工に適しています。材料の脆性が増加するにつれて、効率は徐々に増加します。超音波研削技術は、研削温度を大幅に下げ、砥石の寿命を延ばし、加工精度と表面品質を向上させることができます。
レーザー補助旋削技術は、セラミック材料の旋削加工中に、レーザーによって発生する高温によって材料のせん断領域が軟化し、セラミックの切削抵抗を低減します。これにより、セラミック材料の効率的な延性加工が実現されます。
オンライン電解研削技術は、研削プロセスに電解技術を導入し、連続的に限られた量の電解を使用して砥石表面の金属結合を侵食し、それによって砥石をドレッシングして、微粉末砥粒を連続的に露出させるという目的を達成します。 。オンライン電解技術は、日本理化学研究所の研究成果であり、セラミックス材料の加工は超精密加工のレベルに達します。
4. コストの傾向
セラミック材料加工技術の継続的な進歩と進歩により、生産効率は大幅に向上し、セラミック加工コストも低下し続けています。
5.結論
ハイテク分野におけるセラミック材料の幅広い応用により、その加工技術の研究が促進されています。セラミックス材料は硬度が高く脆いため、従来の旋削・研削技術では加工が困難ですが、特殊な加工技術を用いることで効率的かつ低コストとなるため、従来の旋削・研削技術と特殊な加工技術を組み合わせた工法となります。今後のセラミック加工の最も主流となる技術研究の動向。
