CNC加工におけるアルミナ、ジルコニアなどの総合ガイド

CNC 機械加工で使用されるセラミックの種類を理解することで、エンジニア、製品設計者、および調達の専門家は、要求の厳しい用途に最適な材料を選択することができます。 

このブログでは、重要なセラミック・オプション、硬度や切削性などの特性や特徴、そして実際の使用例を紹介します。素晴らしい数字と明らかな専門家の意見が期待されます。

精密CNC加工プロセスにおけるセラミックスの主な種類

1.アルミナの陶磁器 CNC の機械化

アルミナセラミックCNC加工 は、最も広く使われているプロセスのひとつである。アルミナ（Al 2 O 2 ）は非常に硬く（モース硬度～9）、耐摩耗性に優れ、電気絶縁材料であり、価格も手頃である。96%アルミナのような最新のグレードは、曲げ強度が最大380MPa、熱伝導率が最大25W/m・Kである。

• 機械加工性： アルミナは、その硬さにもかかわらず、クーラント中のダイヤモンド工具で加工するのに精密である。
• アプリケーション 摩耗部品（バルブ、シール）、電子機器用基板、産業機械部品に最適。

テクニカルセラミックスの工業用CNC加工の50 %以上がアルミナをベースにしている。

2.精密部品用ジルコニアセラミックス

安定したジルコニア（ZrO 2 ）、特にイットリアをドープしたもの（YSZ ）は、アルミナの破壊靭性（1015倍）よりもはるかに高い靭性を提供し、硬い（約8.5モース）。

• 硬度と被削性： アルミナより少し硬度が低いが、非常に強靭である。ダイヤモンド工具は、遅い送り速度でのCNC加工を可能にする。
• アプリケーション 歯科用インプラント、精密ノズル、ベアリング、航空宇宙用センサーの部品。

比較理解

硬度と加工性に関してアルミナとジルコニアを比較すると、アルミナの方がわずかに硬く、ジルコニアの方が衝撃や熱衝撃に強いため、ジルコニアは複雑な形状にも精密に対応できる²。

3.窒化ケイ素マシナブルセラミックス

窒化ケイ素マシナブルセラミックス（Si₃₄）は、高強度（～1000 MPa）、優れた耐熱衝撃性、低熱膨張（～3×10-6 / K）を兼ね備えている。

• 機械加工性： 従来の難削材では加工はより困難であったが、高圧クーラントと立方晶窒化ホウ素（cBN）またはダイヤモンド工具を備えた最新のCNCシステムを使用することで、複雑なSi 3 N 4部品を作成することが可能である。
• アプリケーション 切削工具、高速用途のタービン部品、高温用途のベアリング。

4.高温セラミックス テクニカルセラミックス テクニカルセラミックス

炭化ケイ素（SiC）や高度なアルミナ混合物を含む高温用途のテクニカルセラミックスは、高温を必要とする用途で理想的な性能を発揮する。

• 炭化ケイ素： 非常に高い硬度（9 9.5モース）、120W/m K以上の熱伝導率。キルン家具、発熱体、半導体加工に使用される。
• 高性能アルミナ混合物： 従来の1,500 °C+に対応できるように設計されており、より優れたクリープ・スタミナを備えている。
• 機械加工： 標準的なCNCでは作れず、ダイヤモンド研削が必要。オプションで、焼結後に後研磨を行うことで、CNCのような成形が可能。

5.プロトタイピングにおける機械加工可能なガラスセラミックス

プロトタイピングにおける機械加工可能なガラスセラミックス（例えばMacor）は等方性であり、標準的な金属加工工具を使用して機械加工が可能である。

• 特徴 硬度が低く（約5モース）、機械加工が可能な合金のような金属で、ドリルやタップだけでなく、フライス加工もできる。
• アプリケーション 標準プロトタイプフィクスチャー、真空フィードスルー、カスタムラボ部品。

高速サイクルにより、より難しいセラミックに移行する前に、設計を検証することができる。

6.航空宇宙、医療、エレクトロニクスに適したセラミックとは？

航空宇宙

• 窒化ケイ素と炭化ケイ素：タービンブレード、ベアリング、ノズル。
• ジルコニア: センサーハウジング; 摩耗部品。
• メディカル

ジルコニア 生体適合性が高く、強靭であるため、歯科インプラントや人工関節に使用されている。

アルミナ 人工股関節と診断用電子機器

エレクトロニクス

• アルミナ: マイクロエレクトロニクスに使用される旧規格の基板で、高い絶縁耐力を持つ。
• 機械加工可能なガラスセラミックス： 特殊アプリケーション、カスタムエンクロージャ、テストフィクスチャ。

アルミナとジルコニアの比較：硬度と被削性の比較

CNCにおけるセラミックスの実世界での応用 

ジルコニア製の自動車用センサーブラケット： ある例では、ジルコニア製ブラケットを1,000℃、10 6回の振動サイクルで試験したところ、アルミナ製の代替品よりも優れた性能を示した。

窒化ケイ素製タービンローター： Si3N4ローターを備えた産業用タービンを1,200 10,000 5で運転し、摩耗率は<2 5 %であった。

機械加工可能なガラスセラミック製実験器具： 試作した機械加工可能なガラスセラミックは、アルミナ製の実験用治具が使える場所で優れており、開発時間を50㏄も短縮できた。

エレクトロニクスエレクトロニクス アルミナ基板は高周波RFデバイスに使用され、96％のアルミナ基板は低誘電損失とCNC公差により、シグナルインテグリティが20％優れている。

セラミック製品に関するFAQ：CNCノルウェー機械加工におけるセラミックの手順

1.CNC加工で使用できる代表的なセラミックにはどのようなものがありますか？

通常のセラミックスとは、アルミナ（Al 2 O 3 ）、ジルコニア（ZrO 2 ）、窒化ケイ素（Si 3 N 4 ）、高温テクニカルセラミックス、機械加工可能なガラスセラミックスなどである。いずれも、特定の方法で使用するための特定の特性を有している。

2.アルミナセラミックはどのようにCNC加工されますか？

アルミナ・セラミックスは、摩耗部品、電子基板、工業部品の製造において、CNC機械加工で非常に一般的な用途がある。優れた硬度と電気絶縁性を提供します。

3.の違いは何ですか？ ジルコニアセラミックス 精密部品のアルミナ化？

ジルコニアはアルミナよりも硬度が穏やかですが、かなり強靭です。これは、主に医療や航空宇宙産業で使用される精密部品や複雑な形状の部品、耐衝撃性部品に関する利点です。

4.窒化ケイ素のマシナブルセラミックスは、高 ַ熱の状況で使用できますか？

はい：窒化ケイ素（Si ahn NF）、窒化ケイ素は高温や応力に対して良好な挙動を示す。耐熱衝撃性に優れているため、通常、高速回転するタービンやエンジンの部品、切削工具などに使用されます。

5.機械加工可能なガラスセラミックスは、プロトタイピングにおいてどのような用途に適していますか？

機械加工が可能なガラス・セラミックは、標準的な工具の使用が望まれるプロトタイピングに適している。簡単かつ迅速に成形することができ、その後、より耐久性があり硬いセラミック材料に移行します。