Bewerking van aluminiumoxidekeramiek: een gedetailleerde uitleg

Aluminiumoxide keramische bewerking

Verspanen is niet beperkt tot het vormen van metalen en kunststoffen; het kan ook worden toegepast op diverse keramische materialen met behulp van gespecialiseerd gereedschap en de juiste bewerkingsvariabelen. Aluminiumoxidekeramiek is een veelgebruikt keramisch bewerkingsmateriaal dat op grote schaal wordt gebruikt voor de productie van halfgeleidercomponenten, isolatoren en medische onderdelen, om er maar een paar te noemen.

Dit hoogwaardige keramische materiaal is gemaakt van een samenstelling van additieven en aluminiumoxide (Al₂O₃). In de techniek en de industrie staat het bekend om zijn hoge hardheid, slijt- en chemische bestendigheid, druksterkte en isolerende eigenschappen.

Omdat het geen standaardmateriaal is, zijn er diverse specifieke aandachtspunten bij de bewerking van aluminiumoxidekeramiek, van de eigenschappen van het basismateriaal en het gereedschap tot de nabewerking.

Dit artikel zal bespreken Hoe wordt aluminiumoxide gemaakt?, de eigenschappen ervan, overwegingen voor Keramische CNC-bewerkingen toepassingen in diverse sectoren.

Laten we beginnen.

Eigenschappen van aluminiumoxidekeramiek 

Aluminiumoxide 

Aluminiumoxide, of aluminiumoxidekeramiek, is een hoogwaardig materiaal dat uitstekende sterkte, hardheid, thermische stabiliteit, chemische neutraliteit, elektrische isolatie en duurzaamheid biedt. Het kan consistent presteren tot 1600 °C en is bestand tegen thermische schokken.

Laten we de onderstaande lijst bekijken om de eigenschappen van aluminiumoxide te begrijpen:

• Mechanische krachtAluminiumoxide staat bekend om zijn hoge buig- en druksterkte en is bestand tegen hoge spanningen zonder te breken. 
• Hardheid en slijtvastheid: De hardheid van aluminiumoxide is > 1500 HV (Vickers-schaal)En het is bestand tegen slijtage en schuren.
• Treksterkte: Aluminiumoxide heeft een matige treksterkte (tot 300 MPa) en is van nature bros, wat een aanzienlijk nadeel is voor veel toepassingen. 
• Thermische isolatie: Aluminiumoxide is bestand tegen warmteoverdracht en behoudt zijn mechanische eigenschappen zelfs bij hoge temperaturen.
• Elektrische isolatie: Het geleidt geen elektriciteit en absorbeert elektrische schokken met hoge spanning. De diëlektrische sterkte van aluminiumoxide is 10 tot 35 kV/mm.
• Chemische neutraliteit: Aluminiumoxide is neutraal ten opzichte van agressieve zuren, basen en oplosmiddelen, zelfs bij hoge temperaturen, wat gunstig is voor toepassingen in de chemische industrie.
• Biocompatibel en niet-magnetisch: Aluminiumoxide is veilig te gebruiken in tandheelkundige en medische toepassingen. Bovendien is het, vanwege zijn niet-magnetische eigenschappen, geschikt voor gevoelige elektronica.

Hoe wordt aluminiumoxide geproduceerd? Concept en keramische fabricagemethode

Productie van aluminiumoxide

Laten we eerst eens kijken naar de samenstelling van hoe aluminiumoxidekeramiek wordt gemaaktAluminiumoxide (Al₂O₃) poeder is het belangrijkste bestanddeel en vormt doorgaans 90 tot 99% van de samenstelling. Vervolgens worden bindmiddelen en additieven met het poeder gemengd. Het type mengcomponenten (bindmiddelen, additieven, smeermiddelen, enz.) hangt af van de gebruikte productietechniek voor aluminiumoxide en de gewenste kwaliteit. Vervolgens zijn er drie belangrijke fabricagemethoden voor aluminiumoxidekeramiek: Isostatisch persen, extrusie en spuitgieten. 

Isostatisch persen 

Bij deze methode wordt een met een mengsel gevulde rubberen mal vanuit alle richtingen aangedrukt, waardoor het mengsel aan de binnenkant wordt geperst en in de gewenste vorm wordt gebracht. Tijdens dit proces wordt hydrostatische druk gebruikt. Nadat het persen is voltooid, wordt het keramiek ontdaan van bindmiddel en gesinterd.

Extrusie 

Bij extrusie wordt een mengsel van aluminiumoxide, bindmiddelen en thermoplastische weekmakers met behulp van een schroefpers of andere mechanismen in de extrusiematrijs geperst. Deze methode produceert lange profielen van aluminiumoxidekeramiek. Het is niet alleen economisch, maar garandeert ook uniformiteit.

Injection Molding

Keramisch spuitgieten (CIM) heeft de voorkeur voor complexe en precieze vormen. Bij dit proces worden de grondstof, aluminiumoxide, en het mengelement verwarmd en in de mal geïnjecteerd zodra het mengsel vloeibaar is geworden. De hoge injectiedruk (in sommige gevallen tot wel 400 MPa) vult de mal en vormt een compacte vorm. Vervolgens wordt het product uit de mal verwijderd en ondergaat het ontbindings- en sinteringsproces.

Bewerkingsprocessen voor aluminiumoxidekeramiek

Keramische bewerkingsprocessen

Zodra keramische componenten zijn geproduceerd, kunnen ze worden bewerkt met CNC-freesmachines, draaibanken, boormachines, slijpmachines en andere apparatuur om de vorm en afmetingen nauwkeurig te bepalen, functies toe te voegen en het oppervlak te verfijnen.

Laten we vijf bewerkingsprocessen voor aluminiumoxidekeramiek nader bekijken: snijden, frezen, draaien, boren en slijpen. 

CNC snijden 

Het is niet te vergelijken met het splijten van een werkstuk, maar eerder een initieel proces van materiaalverwijdering om de geometrie vorm te geven. 

• tooling: Diamantgecoate frezen kunnen de beste gereedschappen zijn voor het snijden van aluminiumoxide.
• Cutting Speed: 100–200 m/min
• Feed: Zeer laag, 5–30 mm/min

CNC frezen 

Keramisch frezen omvat het gebruik van roterende frezen met meerdere snijkanten om materiaal te verwijderen en holtes, profielen, contouren, enz. te creëren.

• tooling: Diamantgecoate of volledig diamanten vingerfrezen in een star bewerkingscentrum
• Spindel snelheid: 2500-5000 tpm
• Feed: 0.02–0.10 mm/omwenteling
• Diepte van de snede: 0.1 – 3.0 mm

CNC Draaien 

Het symmetrische keramische werkstuk roteert, en een stationair gereedschap vormt het tot de gewenste geometrie. 

• tooling: CBN- of diamantgecoate draai-inzetstukken. Spindel: ~1500–3000 tpm
• Feed: 0.02–0.20 mm/omwenteling
• Diepte van de snede: 0.05 – 1.5 mm

CNC boren

Het houdt in dat er gaten van de gewenste vorm en grootte worden gemaakt door middel van een pulserende beweging van boorpunten.

• tooling: Diamantgecoate of PCD-boren
• Spindel: 2500-3500 tpm
• Feed: 0.05–0.10 mm/omwenteling

CNC slijpen 

Slijpen verwijst naar het proces waarbij kleine hoeveelheden materiaal worden verwijderd met behulp van slijpschijven om de juiste afmetingen te verkrijgen en oppervlakken glad te maken.

• Wielsnelheid: 20–35 m/s
• Invoeren/doorvoeren: 0.01 – 0.05 mm
• Diepte: 0.02–0.5 mm per doorgang

Dit zijn algemene aanbevelingen gebaseerd op gangbare praktijken in de industrie; de ​​werkelijke aanvoersnelheid en -snelheid kunnen afhangen van meerdere factoren. Fabrikanten voeren ook proeven uit om de bewerkingsparameters te optimaliseren.

Uitdagingen en preventiestrategieën bij de bewerking van aluminiumoxidekeramiek 

De volgende punten zijn de belangrijkste uitdagingen die zich kunnen voordoen tijdens de precisie CNC-bewerking: van keramische materialen van aluminiumoxide.

Keramische schuurkracht en hardheid

Omdat aluminiumoxidekeramiek een hard en schurend materiaal is, is het lastig te bewerken. Zelfs diamantgecoate aluminiumoxidesnijgereedschappen kunnen slijten als de parameters voor de bewerking van aluminiumoxidekeramiek niet correct worden gekozen.

Risico op scheuren in het materiaal

Door de broze aard van keramiek en de lage breuktaaiheid ontstaan ​​er scheuren in het materiaal wanneer de snijbelasting de veilige limiet overschrijdt.   

Warmteontwikkeling op het gereedschap

De lage thermische geleidbaarheid van aluminiumoxidekeramiek verhindert een effectieve warmteafvoer, die ontstaat door de wrijving tussen het gereedschap en het werkstuk. Deze warmteophoping kan leiden tot dimensionale vervorming en snelle slijtage van het gereedschap.

Complexe vormbewerking

De beperkte toegankelijkheid van gereedschap, trillingen en broosheid van keramiek maken het lastig om complexe vormen en structuren te bewerken. Denk bijvoorbeeld aan diepe, smalle holtes, dunne wanden (< 1.0 mm), microkanalen en ingewikkelde vrije vormen.

Preventie strategieën 

Om de uitdagingen bij het bewerken van aluminiumoxidekeramiek te overwinnen en scheuren en defecten te voorkomen, kunt u de onderstaande strategieën volgen.

• Houd rekening met de maakbaarheid en optimaliseer het gereedschapspad voor minimale trillingen. 
• Kies je bewerkingsgereedschap zorgvuldig; zowel het materiaal als de coating van het gereedschap moeten in overweging worden genomen.
• Gebruik geschikte koelvloeistoffen en smeermiddelen.
• Gebruik ultrasoon-ondersteunde bewerking om de snijkracht te minimaliseren.
• Zorg voor een stevige bevestiging en minimaliseer de trillingen tijdens het bewerken.

Toepassingen van de bewerking van aluminiumoxidekeramiek 

Bewerkte onderdelen van aluminiumoxidekeramiek

CNC-bewerking wordt gebruikt voor de productie van uiteenlopende keramische onderdelen van aluminiumoxide in diverse industrieën, van elektrotechniek en elektronica tot medische apparatuur en de lucht- en ruimtevaart. De onderstaande tabel geeft een overzicht van toepassingsvoorbeelden van de bewerking van aluminiumoxidekeramiek in verschillende industrieën.

Als u geïnteresseerd bent in het bewerken van andere niet-metalen materialen, lees dan verder over CNC-bewerking van composieten hier."

Opsommen

Aluminiumoxide kan tot onderdelen worden bewerkt, ongeacht of het om een ​​groene of een harde keramische vorm gaat. De primaire vormgeving wordt bereikt door middel van methoden zoals spuitgieten, extrusie en andere. Vervolgens wordt nabewerking gebruikt om de vorm te corrigeren, kenmerken toe te voegen en de afwerking te verfijnen. 

Het is ondertussen essentieel om de juiste gereedschappen en bewerkingsvariabelen te gebruiken, samen met andere strategieën, om de mogelijke uitdagingen bij de bewerking van keramiek te overwinnen. Kortom, de bewerkingsmogelijkheden van de beschikbare apparatuur en de technische expertise hebben een aanzienlijke invloed op de resultaten van de aluminiumoxidebewerking. U moet met deze factoren rekening houden bij het kiezen van een fabrikant voor uw bewerking. CNC-bewerkingsdiensten.

Veelgestelde vragen

Is aluminiumoxide een keramisch materiaal?

Ja, aluminiumoxide is een hoogwaardig keramisch materiaal, gemaakt van anorganisch materiaal, aluminiumoxide (Al₂O₃).

Hoe wordt aluminiumoxide in keramiek gebruikt?

Ruw aluminiumoxidepoeder uit bauxiet wordt gebruikt als primaire grondstof, die wordt gemengd met bindmiddelen en additieven om een ​​grondstof voor de keramische productie te maken.

Waaruit bestaat aluminiumoxide?

Aluminiumoxide wordt geproduceerd uit bauxieterts met behulp van het Bayer-proces.

Hoe snijd je aluminiumoxide?

Aluminiumoxidekeramiek kan met diamantgecoate zagen of slijpschijven op lage snelheid worden gesneden, maar waterstraalsnijden is ook een effectief alternatief.