알루미나 세라믹에 구멍을 뚫는 방법
알루미나 세라믹 은 높은 경도, 높은 내마모성, 우수한 절연성 및 화학적 안정성으로 인해 전자, 항공우주 및 기계와 같은 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 높은 경도와 취성은 특히 구멍을 뚫는 중요한 단계에서 가공에 큰 어려움을 초래하기도 합니다.
1, 전통적인 펀칭 방법
（1） 기계식 드릴링
기계식 드릴링은 일반적으로 경질 합금 드릴 비트 또는 다이아몬드 드릴 비트를 사용하는 일반적인 드릴링 방법입니다. 드릴 비트는 고속으로 회전하며 절삭력을 통해 알루미나 세라믹 소재를 서서히 제거합니다. 그러나 알루미나 세라믹의 높은 경도로 인해 드릴 비트의 마모 속도가 매우 빨라 단기간에 드릴 비트를 교체해야 하는 경우가 많아 가공 비용이 증가할 뿐만 아니라 생산 효율도 떨어집니다. 또한 기계 드릴링 시 발생하는 절삭력이 상대적으로 커서 세라믹 소재에 쉽게 균열을 일으키고 불량률을 높일 수 있습니다. 균열 발생을 줄이기 위해서는 드릴링 속도, 이송 속도 및 절삭 깊이와 같은 매개 변수를 엄격하게 제어해야 합니다.
（2） 초음파 드릴링
초음파 드릴링은 초음파의 고주파 진동을 사용하여 공구 헤드와 알루미나 세라믹 연마재 사이에 고속 충격 및 연마 효과를 생성하여 드릴링의 목적을 달성하는 것입니다. 이 방법은 작은 구멍과 불규칙한 구멍을 가공하는 데 적합하며 균열 발생을 어느 정도 줄일 수 있습니다. 기계식 드릴링에 비해 초음파 드릴링은 절삭력이 낮고 세라믹 재료에 대한 손상이 상대적으로 적습니다. 그러나 초음파 드릴링의 처리 속도가 느리고 장비 비용이 높으며 작업자에 대한 기술 요구 사항도 상대적으로 높습니다.
2, 고급 드릴링 기술
（1） 전기 스파크 드릴링
전기 스파크 드릴링은 방전에 의해 생성 된 고온을 사용하여 알루미나 세라믹을 국부적으로 용융 또는 기화시켜 구멍을 뚫는 목적을 달성하는 비접촉식 가공 방법입니다. 전기 스파크 드릴링 과정에서 전극과 세라믹 재료 사이에 일정한 간격이 유지되고 펄스 전원 공급 장치에서 생성 된 고전압을 통해 전극과 재료 사이에 방전 채널이 형성됩니다. 방전 시 발생하는 높은 온도는 세라믹 소재를 빠르게 녹이고 기화시켜 작은 구멍을 형성할 수 있습니다. 방전 횟수가 증가함에 따라 이러한 구덩이는 점차적으로 연결되어 구멍을 형성합니다. 전기 스파크 드릴링은 재료 경도에 의해 제한되지 않으며 높은 가공 정확도와 우수한 표면 품질로 다양한 모양과 크기의 구멍을 가공할 수 있습니다. 동시에 가공 중 기계적 절삭력이 없기 때문에 응력으로 인한 세라믹 재료의 균열 문제를 피할 수 있습니다. 그러나 방전 드릴링 장비의 비용이 상대적으로 높고 가공 속도가 상대적으로 느리며 가공 표면에 일정 두께의 열화 층이 형성되어 후속 가공이 필요합니다.
（2） 레이저 드릴링
레이저 드릴링은 고에너지 밀도 레이저 빔을 사용하여 알루미나 세라믹 재료를 순간적으로 녹이고 기화시켜 구멍을 형성하는 기술입니다. 레이저 빔은 에너지 집중도와 방향성이 우수하여 매우 짧은 시간 내에 세라믹 재료에 에너지를 전달하여 녹는점 이상으로 빠르게 가열할 수 있다는 장점이 있습니다. 레이저 드릴링 과정에서 레이저 빔 출력, 펄스 폭, 초점 위치와 같은 파라미터는 드릴링의 품질과 효율에 큰 영향을 미칩니다. 이러한 파라미터를 정밀하게 제어하면 다양한 구멍 직경과 깊이를 정밀하게 가공할 수 있습니다. 레이저 드릴링은 빠른 가공 속도, 고정밀, 비접촉 가공의 장점을 가지고 있어 응력으로 인한 세라믹 소재의 균열 문제를 효과적으로 방지할 수 있습니다. 또한 레이저 드릴링은 자동화된 가공을 달성하고 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 레이저 드릴링 장비는 고가이며 운영 비용이 높고 작업자의 기술 요구 사항이 매우 높습니다.
（3） 워터젯 드릴링
워터젯 드릴링은 연마재를 운반하는 고압 워터젯을 사용하여 알루미나 세라믹에 충격 절단을 수행함으로써 구멍을 뚫는 목적을 달성하는 것입니다. 고압 워터 제트가 작은 노즐을 통과하면 속도가 음속의 몇 배에 달하여 강력한 충격력을 발생시킬 수 있습니다. 연마제의 시너지 효과로 워터젯은 세라믹 재료를 효율적으로 제거할 수 있습니다. 워터젯 드릴링은 열 영향 영역이 없고 표면 품질이 우수하여 열 손상으로 인한 세라믹 재료의 균열 문제를 효과적으로 피할 수 있다는 장점이 있습니다. 한편 워터젯 드릴링은 다양한 모양과 크기의 구멍을 가공할 수 있으며 가공 중 환경 오염을 최소화할 수 있습니다. 그러나 워터젯 드릴링 장비의 비용이 상대적으로 높기 때문에 특수 고압 펌프와 연마재 이송 시스템이 필요하고 처리 속도가 상대적으로 느립니다.
3적절한 펀칭 방법 선택을 위한 제안 사항
- 조리개와 깊이를 기준으로 선택합니다: 작고 얕은 구멍의 경우, 재료 손상을 최소화하면서 고정밀 가공이 가능하므로 초음파 드릴링과 레이저 드릴링이 더 나은 선택입니다. 크고 깊은 구멍의 경우 기계식 드릴링과 워터젯 드릴링이 더 적합할 수 있지만 처리 속도는 느리지만 장비 비용이 상대적으로 낮습니다.
- 가공 정확도와 표면 품질을 고려하세요: 가공 정확도와 표면 품질에 대한 요구 사항이 높은 경우, 방전 드릴링과 레이저 드릴링은 고정밀 가공과 우수한 표면 품질을 얻을 수 있으므로 이상적인 선택입니다. 하지만 이 두 가지 방법의 장비 비용은 상대적으로 높습니다.
- 처리 효율성과 비용을 고려하세요: 고효율 가공이 필요한 경우 처리 속도가 빠른 레이저 드릴링과 워터젯 드릴링이 더 나은 선택입니다.