고순도 알루미나 세라믹 구조 부품을 가공하는 방법

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고순도 알루미나 세라믹 구조 부품 는 높은 경도, 고온 저항성, 내식성, 우수한 전기 절연성, 낮은 열팽창 계수 등 우수한 성능으로 인해 반도체, 항공우주, 의료 장비, 신에너지 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 하지만 경도와 취성이 높아 가공이 어렵고 특수 공정과 장비를 사용해야 하는 단점이 있습니다.

1, 원재료 준비
고순도 알루미나 세라믹의 출발점은 고순도 알루미나 분말(Al ₂ O3 함량 ≥ 99.9%)입니다. 초미분 분쇄 기술을 사용하여 분말의 입자 크기를 1μm 이하로 제어하여 재료의 균일성과 밀도를 보장합니다. 또한 소결 성능을 향상시키기 위해 일반적으로 소량의 소결 보조제(예: MgO, SiO ₂ 등)를 추가해야 합니다. 스프레이 과립화 공정은 입자의 유동성을 최적화하는 데 자주 사용됩니다. 폴리비닐 알코올(PVA) 또는 수용성 파라핀을 바인더로 첨가하여 분말을 구형으로 만들고 밀도가 느슨하며 유동성 각도가 30° 미만이 되도록 합니다.

2, 성형 과정
구조 구성 요소의 모양과 정밀도 요구 사항에 따라 적절한 성형 방법을 선택합니다. 일반적인 성형 공정에는 다음이 포함됩니다:

-건식 프레스 성형: 간단한 기하학적 형상(예: 길이 대 직경 비율이 4:1 이하인 부품)에 적합하며 유압 또는 기계식 프레스를 통해 200MPa의 압력으로 분당 15-50개의 성형 효율로 빠르게 성형할 수 있습니다.
-그라우팅 성형: 복잡하고 불규칙한 부품에 적합하며, 석고 몰드를 사용하여 슬러리의 수분을 흡수하고 모양으로 응고시킵니다. 서스펜션 시스템을 안정화하기 위해 슬러리에 유화제(예: 폴리 아크릴 아미드)와 바인더(예: 메틸 셀룰로오스)를 추가해야 합니다.
-주조 성형+사전 임베딩 기술: 미세 기공 또는 채널을 포함하는 복잡한 구조 부품의 경우 알루미나 슬러리를 시트로 주조하고 폴리비닐 부티랄(PVB) 충전재를 사전 내장한 다음 온도 등압 프레스(75-100℃, 100-200MPa)로 성형합니다. 소결 후 충전재는 증발하여 정밀한 기공 채널을 형성합니다.
-등방성 압력 형성: 액체 또는 기체 매체를 통해 압력(200-400MPa)을 균일하게 가하면 빌릿의 밀도가 더 높고 균일해져 복잡한 구조에 적합합니다.

3, 소결 공정
소결은 세라믹의 특성을 결정하는 핵심 단계로, 고온 결합을 통해 입자를 조밀하게 만드는 과정입니다. 일반적인 소결 공정에는 다음이 포함됩니다:

-대기압 소결: 기존 구조 부품에 적합한 1600℃ 이상의 고온에서 수행됩니다.
-열간 등방성 프레싱(HIP): 고온 고압 가스 매체에서 균일한 압력으로 밀도를 30-50%까지 높일 수 있어 항공 베어링 및 핵연료 부품과 같은 고부가가치 제품에 적합합니다.
-열간 프레스 소결: 압력(10-40 MPa) 하에서 소결, 소결 온도를 1400-1600℃로 낮출 수 있으며 밀도는 99.5%보다 큽니다.
-스파크 플라즈마 소결(SPS): 빠른 가열(수백°C/분), 짧은 시간(5~20분)에 치밀화 완료, 미세 입자 크기.

소결된 배아는 내부 균열이나 다공성 결함이 없는지 확인하기 위해 X-레이 검사를 거쳐 후속 정밀 가공을 위한 토대를 마련해야 합니다.

4, 정밀 가공
고순도 알루미나 세라믹의 경도는 다이아몬드(모스 경도 9) 다음으로 높기 때문에 정밀 가공을 위해서는 초경도 공구와 CNC 기술을 사용해야 합니다. 일반적인 가공 방법은 다음과 같습니다:

-다이아몬드 공구 절삭: 세라믹 조각 및 밀링 기계에는 입방정 질화 붕소(CBN) 또는 다이아몬드 공구가 장착되어 있어 절단 매개변수(속도>3000rpm, 이송 속도 0.01mm/회)를 최적화하여 마이크로미터 수준의 정확도를 달성합니다.
-연삭 및 연마: 다이아몬드 연삭 휠(입자 크기 # 200~# 2000)을 사용하여 표면 거칠기 Ra가 최대 0.1 μ m인 연삭을 하며, 거친 연삭에서 미세 연삭까지 단계별로 연마하고 마지막으로 서브미크론 등급 알루미나 분말 또는 다이아몬드 석고 연마를 사용하여 거울 효과를 얻을 수 있습니다.
-레이저 가공: 펨토초 또는 피코초 레이저는 초박형 또는 복잡한 미세 구조에 적합한 ±5μm의 정확도로 드릴링 및 절단에 사용할 수 있습니다.
-방전 가공: 방전을 통해 재료를 에칭하여 고경도 세라믹을 슬롯 가공하고 절단하는 데 적합합니다.
-초음파 가공: 고주파 진동을 사용하여 벽이 얇거나 복잡한 공작물을 연마하여 모서리 파손의 위험을 줄입니다.

5, 표면 처리
세라믹 구조 부품의 성능을 더욱 향상시키기 위해서는 표면 처리가 필수적인 단계입니다. 일반적인 표면 처리 방법에는 다음이 포함됩니다:

-연마: 화학적 기계적 연마(CMP)는 표면 거칠기를 Ra<1nm로 줄여 광학 창 및 반도체 부품에 적합합니다.
-코팅: 요구 사항에 따라 세라믹 표면에 부식 방지 코팅을 적용할 수 있습니다.

6, 품질 검사
가공 후에는 치수 정확도, 표면 평활도, 내부 결함 등을 포함하여 고순도 알루미나 세라믹 구조 부품에 대한 종합적인 품질 검사가 필요합니다. 내부 결함을 감지하기 위해 일반적으로 X-레이 검사 및 초음파 검사와 같은 기술이 사용됩니다.

고순도 처리 기술 알루미나 세라믹 구조 부품 는 원료 준비부터 최종 표면 처리까지 복잡하고 정밀하며, 각 단계는 최종 제품의 성능에 큰 영향을 미칩니다.