CNC-Bearbeitung für Keramik

Als Material, das in Alltagsgegenständen weit verbreitet ist, von Uhren und Messern bis hin zu Ziegeln und Töpferwaren, kann die Bearbeitung von Keramik eine großartige Möglichkeit sein, das Materialportfolio eines Unternehmens zu erweitern. Obwohl sie traditionell in einem Ofen hergestellt werden, kann die Bearbeitung ein lohnendes Unterfangen sein, das Ihrer Maschinenwerkstatt ein Alleinstellungsmerkmal verleiht.

Als Materialklasse gibt es Keramik in einer Vielzahl von Formen, und ihre Bearbeitung kann schwierig sein. Sie sind jedoch einzigartig in ihrem Aussehen und ihrer Haptik, haben ein hohes Maß an Druckfestigkeit (wenn auch weniger Zugfestigkeit) und bieten eine gute Basis für eine Reihe verschiedener Produkte.

Bearbeitung von keramischen Werkstoffen

Die CNC-Bearbeitung von Keramik kann etwas schwierig sein, wenn sie bereits gesintert wurde. Diese behandelte gehärtete Keramik kann eine Herausforderung darstellen, da Trümmer und Teile überall herumfliegen. Keramikteile können vor dem abschließenden Sinterschritt am effizientesten bearbeitet werden, entweder in ihrem kompakten „grünen“ Zustand (ungesintertes Pulver) oder als vorgesinterte „Biskuit“.

Im Allgemeinen können Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Bohren, Drehen auf Keramikteile im gesinterten Zustand angewendet werden. In Bezug auf Werkzeuge werden bei der Bearbeitung von Sinterkeramik mit Titannitrid (TiN) beschichtete Hochgeschwindigkeitsstahlwerkzeuge, Wolframkarbidwerkzeuge und Werkzeuge aus polykristallinem Diamant (PKD) verwendet. Im Biskuitzustand kann der MRR, den eine Werkzeugmaschine erreichen kann, dem von Werkzeug- und Gesenkstählen entsprechen.

Im gesinterten Zustand ist das häufigste Bearbeitungsverfahren das Schleifen. Mit der Schleifscheibe kann die Maschine eine polierte Oberfläche erzielen. Auch das Schleifen von Keramik erfolgt am besten mit einem Kühlmittel, das den zu schleifenden Bereich schmiert. Für Sinterkeramik werden am besten kunstharzgebundene Scheiben mit synthetischem oder natürlichem Diamant unterschiedlicher Körnung verwendet, die in unterschiedlichen Konzentrationen in Polymerharz eingepresst werden.

Natürlich gibt es viele Arten von Keramik und alle haben ihre eigenen Eigenschaften. Dies sind allgemeine Regeln, aber diese Prozesse können variieren.

Arten von Keramik

Makor

Macor ist eine bearbeitbare Glaskeramik, die Eigentum von Corning Inc. ist und von Corning Inc. hergestellt wird. Sie hat viele Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin und in der Halbleiterproduktion. Der Einsatz von bearbeitbarer Glaskeramik ist eine kostengünstige Lösung, wenn kleine Stückzahlen produziert werden müssen, aber hohe Werkzeugkosten keine Option sind. Die Dauergebrauchstemperatur von Macor beträgt 800°C mit einer maximalen Temperatur von 1000°C. Seine Wärmeausdehnung passt zu den meisten Metallen und Einschmelzgläsern. Außerdem ist Macor nicht benetzend, weist keine Porosität auf und verformt sich im Gegensatz zu duktilen Materialien nicht. Darüber hinaus ist es ein effektiver Isolator bei Hochspannung, verschiedenen Frequenzen und hohen Temperaturen. Es wird auch in Vakuumumgebungen nicht „ausgasen“.

Tonerde

Aluminiumoxid hat gute mechanische und elektrische Eigenschaften, die zu einer breiten Palette von Anwendungen führen. Aluminiumoxid kann in einer Reihe von Reinheiten mit Additiven zur Verbesserung der Eigenschaften hergestellt werden. Es kann unter Verwendung einer Vielzahl von Keramikverarbeitungsverfahren geformt und bearbeitet oder geformt werden, um eine Vielzahl von Größen und Formen herzustellen. Darüber hinaus kann es unter Verwendung von Metallisierungs- und Löttechniken leicht mit Metallen oder anderen Keramiken verbunden werden.

Aluminiumnitrid

Aluminiumnitrid zeigt eine geringere Wärmeausdehnung als Aluminiumoxid, was der Ausdehnung von Siliziumwafern sehr nahe kommt, und es kann metallisiert werden, was es zu einem idealen Material für Halbleiteranwendungen macht.

Tonerde-Silikat (Lava)

Aluminiumoxidsilikat oder Lava ist ein maschinell bearbeitbares Keramikmaterial. Es hat eine hohe Gebrauchstemperatur und hervorragende thermische/elektrische Isolationseigenschaften.

Bornitrid

Bornitrid kann mit Standard-Hartmetallbohrern bearbeitet werden. BN hat einen hohen elektrischen Widerstand, eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen Verlustfaktor, eine geringe Wärmeausdehnung, chemische Trägheit und eine gute Temperaturwechselbeständigkeit. Mit diesen Eigenschaften eignet sich BN als nützliches Material für Vakuumkomponenten, verschiedene elektrische Komponenten und Nuklearanwendungen.

Glas (Pyrex, Vycor und ähnliche Materialien)

Verschiedene Glasarten werden in vielen Anwendungen verwendet, bei denen eine hohe optische Temperaturwechselbeständigkeit und isolierende Eigenschaften erforderlich sind.

Graphit

Als Keramikmaterial auf Kohlenstoffbasis kann Graphit je nach Polymerzustand unterschiedliche Dichten aufweisen. Graphit hat auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Temperaturwechsel und Chemikalien, was es zu einem idealen Material für Formen, Ofenschiffchen, Plattierungsanoden und Lötvorrichtungen macht.

Mullit

Mullit ist aufgrund seiner hohen Temperaturstabilität, Festigkeit und Kriechfestigkeit ein hervorragendes Konstruktionsmaterial. Es hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante und hohe elektrische Isolierfähigkeiten. Zu den typischen Anwendungen gehören Ofenschränke, Ofenmittelrohre, Wärmetauscherteile, Wärmeisolierteile und Walzen. Obwohl Mullit bearbeitbar ist, ist es mit einem Laser praktischer.

Mycalex

Mit mehreren Qualitäten zur Auswahl, die sich in Festigkeit und Wärmeleistung unterscheiden, ist Mycalex ein hervorragend bearbeitbares keramisches Isoliermaterial, das zu komplexen Teilen verarbeitet werden kann. Es wird häufig für Kleinteile in Industrieanlagen verwendet.

Quarz

Aufgrund seiner hervorragenden thermischen, chemischen und optischen Eigenschaften wird Quarz häufig in den Bereichen Beleuchtung und Halbleiter eingesetzt. Sie werden am besten mit Diamantwerkzeugen, Schleifen oder Wasserstrahl durchgeführt. Schleiftechniken sind weitaus nützlicher als alle Schneidtechniken.

Siliziumkarbid

Siliziumkarbid ist bekannt für seine hohe Härte und Abriebfestigkeit. Zu den üblichen Anwendungen gehören: Pumpendichtungen, Ventilkomponenten und Teile mit hohem Verschleiß. Trotz der hohen Härtewerte dieses Materials ist es dennoch relativ spröde und kann nur mit Diamantschleiftechniken bearbeitet werden. Typischerweise wird es in einem Acheson-Graphit-Widerstandsofen hergestellt und kann zu einem feinen Pulver oder einer gebundenen Masse geformt werden, die zerkleinert und gemahlen werden muss, bevor es als Pulverrohstoff verwendet werden kann.

Steatit

Die Kosten für Speckstein sind im Vergleich zu anderen keramischen Materialien relativ niedrig. Es ist nützlich in Anwendungen, bei denen Isolierung und Temperaturbeständigkeit von Bedeutung sind.

Zirkonia

Stabilisiertes Zirkonoxid bietet Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit bei Temperaturen weit über dem Schmelzpunkt von Aluminiumoxid. Diese Eigenschaften machen es zu einem sehr guten Material für Dentalanwendungen und Prothesen. Seine hohe Härte kann die Bearbeitung erschweren, hilft aber bei der Bearbeitung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten (über 670 m/min). Zirkonoxid-Keramik hat im Vergleich zu anderen Keramikmaterialien die Fähigkeit, große Mengen an Spannung zu absorbieren. Es weist bei Raumtemperatur die höchste mechanische Festigkeit und Zähigkeit auf.