Usinage CNC pour la céramique

En tant que matériau largement utilisé dans les articles de tous les jours, des horloges aux couteaux en passant par les briques et la poterie, l’usinage de la céramique peut être un excellent moyen d’élargir le portefeuille de matériaux d’une entreprise. Bien qu’ils soient traditionnellement fabriqués à l’aide d’un four, leur usinage peut être une entreprise utile qui donne à votre atelier d’usinage un argument de vente unique.

En tant que classe de matériaux, la céramique se présente sous une variété de formes et leur usinage peut être délicat. Cependant, ils sont uniques dans leur apparence et leur toucher, ont un grand niveau d’endurance à la compression (bien que moins en termes d’endurance à la force de traction) et fournissent une base décente pour un certain nombre de produits différents.

Usinage des matériaux céramiques

Les céramiques d’usinage CNC peuvent être un peu difficiles si elles ont déjà été frittées. Ces céramiques durcies traitées peuvent poser un défi car les débris et les morceaux voleront partout. Les pièces en céramique peuvent être usinées le plus efficacement avant l’étape finale de frittage, soit dans leur état compact « vert » (poudre non frittée), soit sous forme de « bisque » préfrittée.

Généralement, les méthodes d’usinage comme le fraisage, le perçage, le tournage peuvent être appliquées aux pièces céramiques à l’état préfritté. En termes d’outillage, les outils en acier rapide revêtus de nitrure de titane (TiN), les outils en carbure de tungstène et les outils en diamant polycristallin (PCD) sont utilisés dans l’usinage des céramiques préfrittées. À l’état de bisque, le MRR qu’une machine-outil peut atteindre peut correspondre à celui des aciers à outils et à matrices.

En ce qui concerne l’état fritté, le processus d’usinage le plus courant est celui de la rectification. À l’aide de la meule abrasive, la machine peut obtenir une finition de surface polie. Le meulage de la céramique est également mieux fait avec un liquide de refroidissement qui lubrifie la région à meuler. Pour les céramiques frittées, il est préférable d’utiliser des meules à liant résine avec du diamant synthétique ou naturel de différentes granulométries pressées à différentes concentrations dans de la résine polymère.

Bien sûr, il existe de nombreux types de céramiques et elles ont toutes leurs propres caractéristiques. Ce sont des règles générales, mais ces processus peuvent varier.

Types de Céramique

Macor

Macor est une vitrocéramique usinable détenue et produite par Corning Inc. Elle a de nombreuses applications dans la production aérospatiale, médicale et de semi-conducteurs. L’utilisation de vitrocéramiques usinables est une solution rentable lorsque de petites quantités doivent être produites, mais que des frais d’outillage élevés ne sont pas une option. La température d’utilisation continue de Macor est de 800°C avec une température maximale de 1 000°C. Sa dilatation thermique correspond à la plupart des métaux et des verres d’étanchéité. Macor est également non mouillant, ne présente aucune porosité et, contrairement aux matériaux ductiles, ne se déforme pas. De plus, c’est un isolant efficace à haute tension, à diverses fréquences et à haute température. Il ne « dégazera » pas non plus dans les environnements sous vide.

Alumine

L’alumine possède de bonnes propriétés mécaniques et électriques conduisant à une large gamme d’applications. L’alumine peut être produite dans une gamme de puretés avec des additifs conçus pour améliorer les propriétés. Il peut être formé à l’aide d’une grande variété de méthodes de traitement de la céramique et peut être usiné ou formé pour produire une grande variété de tailles et de formes. De plus, il peut être facilement joint à des métaux ou à d’autres céramiques en utilisant des techniques de métallisation et de brasage.

Nitrure d’aluminium

Le nitrure d’aluminium présente une dilatation thermique plus faible que l’alumine qui correspond étroitement à la dilatation des tranches de silicium et il peut être métallisé, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications semi-conductrices.

Silicate d’alumine (Lave)

Le silicate d’alumine ou Lava est un matériau céramique usinable. Il a une température d’utilisation élevée et d’excellentes propriétés d’isolation thermique / électrique.

Nitrure de bore

Le nitrure de bore peut être usiné à l’aide de forets en carbure standard. Le BN présente une résistance électrique élevée, une constante diélectrique et une tangente de perte faibles, une faible dilatation thermique, une inertie chimique et une bonne résistance aux chocs thermiques. Avec ces propriétés, le BN se prête à un matériau utile pour les composants sous vide, divers composants électriques et applications nucléaires.

Verre (Pyrex, Vycor et matériaux similaires)

Différents types de verre sont utilisés dans de nombreuses applications où une résistance optique élevée aux chocs thermiques et des propriétés isolantes sont requises.

Graphite

En tant que matériau céramique à base de carbone, le graphite peut se présenter sous différentes densités en fonction de son état polymère. Le graphite a également une excellente résistance aux chocs thermiques et aux produits chimiques, ce qui en fait un matériau idéal pour les moules, les nacelles de four, les anodes de placage et les appareils de brasage.

Mullite

La mullite est un excellent matériau structurel en raison de sa stabilité à haute température, de sa résistance et de sa résistance au fluage. Il a une faible constante diélectrique et des capacités d’isolation électrique élevées. Les applications typiques incluent les meubles de four, le tube central du four, les pièces d’échange de chaleur, les pièces d’isolation thermique et les rouleaux. Bien que la mullite soit usinable, elle est plus pratique au laser.

Mycalex

Avec plusieurs qualités au choix, variant en termes de résistance et de performances thermiques, Mycalex est un excellent matériau isolant en céramique usinable qui peut être fabriqué en pièces complexes. Il est souvent utilisé pour les petites pièces dans les équipements industriels.

Quartz

Avec ses propriétés thermiques, chimiques et optiques supérieures, le quartz est souvent utilisé dans les domaines de l’éclairage et des semi-conducteurs. Il est préférable de les faire avec des outils diamantés, un meulage ou un jet d’eau. Les techniques abrasives sont beaucoup plus utiles que toutes les techniques de coupe.

Carbure de silicium

Le carbure de silicium est connu pour sa grande dureté et sa résistance à l’abrasion. Les applications courantes incluent : les joints de pompe, les composants de vanne et les pièces à forte usure. Malgré les valeurs de dureté élevées de ce matériau, il est néanmoins relativement fragile et ne peut être usiné qu’avec des techniques de meulage au diamant. En règle générale, il est produit dans un four à résistance en graphite Acheson et peut être formé sous forme de poudre fine ou de masse liée, qui doit être broyée et broyée avant de pouvoir être utilisée comme matière première de poudre.

Stéatite

Le coût de la stéatite est relativement faible par rapport aux autres matériaux céramiques. Il est utile dans les applications où l’isolation et la résistance à la température sont une préoccupation.

Zircone

La zircone stabilisée offre une résistance chimique et à la corrosion à des températures bien supérieures au point de fusion de l’alumine. Ces caractères en font un très bon matériau pour les applications dentaires et les prothèses. Sa dureté élevée peut le rendre difficile à usiner, mais il aide à le traiter à des vitesses de coupe élevées (supérieures à 670 m/minute). Les céramiques de zircone ont la capacité d’absorber de grandes quantités de contraintes par rapport aux autres matériaux céramiques. Il présente la résistance mécanique et la ténacité les plus élevées à température ambiante.