지르코니아 세라믹 링 가공의 어려움은 무엇인가요?

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지르코니아 세라믹 링고강도, 고온 저항성, 내식성 등 우수한 특성을 지닌 알루미늄은 5G 통신, 신에너지 자동차, 항공우주, 바이오 의약품 등의 분야에서 핵심 부품으로 자리 잡았습니다. 하지만 가공 과정이 까다롭고 조금만 실수해도 제품이 폐기될 수 있습니다.

재료 특성: 높은 취성, 쉬운 상 변형, "나이프 팁 춤"과 같은 가공
지르코니아 세라믹의 모스 경도는 레벨 9(다이아몬드에 이어 두 번째)에 달하며 굽힘 강도는 1000MPa 이상이지만 응력 집중으로 인해 가공 중 가장자리 파손 및 파편화가 발생하기 쉽습니다. 더욱 까다로운 점은 온도 변화에 따라 결정 구조가 상전이를 겪는다는 점입니다:
저온 상 전이: 온도가 1170℃ 이하일 때 지르코니아는 약 4%의 부피 팽창과 함께 정방정상에서 단방정상으로 변하여 재료 내부에 미세 균열이 발생합니다.
가공 열 효과: 연삭 공정 중에 발생하는 열을 적시에 방출하지 않으면 국부적인 온도 상승으로 상전이 현상이 발생하여 공작물 표면에 '숨겨진 균열'이 나타나고 완제품의 강도가 떨어질 수 있습니다.
업계의 고충: 5G 기지국 필터 세라믹 링을 가공할 때 상전이로 인해 표면 균열이 발생하면 신호 전송 손실이 크게 증가하고, 균열은 신에너지 자동차 배터리용 절연 링 생산에서 단락의 위험을 초래할 수 있습니다.
솔루션:
저온 처리 기술: 액체 질소를 사용하여 연삭 디스크를 냉각하고 -196℃ 이하로 처리 온도를 제어하여 상전이 현상을 억제합니다.
세분화된 연삭 프로세스: 거친 연삭 단계에서는 다이아몬드 연삭 휠을 사용하여 과도한 재료를 빠르게 제거하고, 미세 연삭 단계에서는 세라믹 본드 연삭 휠로 전환하여 열 축적을 줄입니다.
온라인 모니터링 시스템: 적외선 온도계를 통해 처리 영역 온도를 실시간으로 모니터링하여 냉각수 유량을 동적으로 조정합니다.

초박형 구조: 두께가 0.1-1mm에 불과하여 "스레딩 바늘 리드"처럼 가공할 수 있습니다.
지르코니아 세라믹 링의 두께는 일반적으로 밀리미터 또는 밀리미터 미만 범위이며 가공하는 동안 다음 요구 사항을 동시에 충족해야 합니다:
평탄도 오차 ≤ 1μm(머리카락 한 가닥의 1/100에 해당);
표면 거칠기 Ra ≤ 0.05 μ m(거울 효과에 가까움);
가장자리가 접히거나 가장자리에 버가 없습니다.
업계의 고충: 반도체 웨이퍼 절단 장비의 베어링 링 가공에서 과도한 평탄도는 웨이퍼 표면에 긁힘을 유발할 수 있으며, 인공 관절 보철물용 씰링 링 생산에서 표면 거칠기가 표준 이하이면 관절 마모를 가속화할 수 있습니다.
솔루션:
특별한 고정 장치 디자인: 진공 흡착 + 탄성 막 고정 방법을 채택하여 기존의 기계식 고정 장치로 인한 국부적 응력 집중을 방지합니다. 예를 들어 특정 기업에서 개발한 '생체 공학 문어 흡입 컵' 고정 장치는 0.5μm 이내의 공작물 변형을 제어할 수 있습니다.
초정밀 연삭기: 에어 플로팅 스핀들(20000rpm 속도)과 나노 스케일 다이아몬드 연삭유를 결합하여 원자 수준의 제거를 달성합니다. 일본 제조업체의 5축 연결 연삭기는 표면 거칠기 Ra가 0.01μm인 세라믹 링을 가공할 수 있습니다.
폴리싱 프로세스 최적화: '거친 연마(동판+다이아몬드 마이크로 파우더) → 반정밀 연마(철판+알루미나 마이크로 파우더) → 정밀 연마(세라믹 플레이트+실리카 솔)'의 3단계 공정을 채택하여 최종 표면 광택도는 90% 이상에 도달할 수 있습니다.

장비 개조: 기존 공작 기계는 현지 조건에 적합하지 않으며 맞춤형 수정이 필요합니다.
지르코니아 세라믹 가공은 장비 강성, 스핀들 정확도 및 보호 성능에 대한 엄격한 요구 사항을 부과합니다:
공작 기계 강성: 연삭력에 의해 발생하는 진동에 견딜 수 있어야 하며, 그렇지 않으면 공작물 진동이 발생하기 쉬워 표면이 과도하게 흔들리기 쉽습니다.
스핀들 정확도: 방사형 런아웃은 1μm 이하여야 하며, 그렇지 않으면 공작물 표면으로 복제되어 주기적인 오차를 형성합니다.
먼지 보호: 세라믹 파우더는 경도가 높아 공작기계 가이드, 나사 및 기타 부품에 마모가 발생하기 쉬워 장비 수명을 단축시킵니다.
업계의 고충: 항공 우주 엔진의 연소실 라이너용 세라믹 링 가공에서 기존 공작 기계는 강성이 부족하여 최대 40%의 높은 불량률을 보였고, 원자로용 연료 피복 씰 생산에서는 세라믹 먼지 오염으로 인해 공작 기계 고장률이 300%까지 증가했습니다.
솔루션:
전문 세라믹 조각 및 밀링 기계 : 대리석 베드 (낮은 열 변형 계수), 선형 모터 드라이브 (기계적 전달 오류 없음), 완전 밀폐형 보호 커버 (IP67 레벨 씰), 지르코니아 세라믹 링을 24 시간 연속으로 처리 할 수있는 장비를 갖추고 있습니다. 예를 들어, 국내 장비의 연간 생산 능력은 대당 100,000개, 합격률은 98.5%에 달합니다.
도구 혁신: 경도가 경질 합금의 10배에 달하고 수명이 50배나 긴 다결정 다이아몬드(PCD) 공구를 사용합니다. 모 기업에서 개발한 '마이크로 톱니 PCD 절삭 공구'는 절삭날에 0.1mm 깊이의 미세 홈을 새겨 절삭력을 크게 줄이고 모서리 파손의 위험을 최소화할 수 있습니다.
지능형 가공 시스템: 힘 피드백 센서와 진동 모니터링 모듈을 통합하여 이송 속도와 절삭 깊이를 실시간으로 조정합니다. 특정 5G 필터 세라믹 링 생산 라인에서는 이 시스템을 통해 처리 시간을 120분에서 45분으로 단축했습니다.

지르코니아 세라믹 링은 업계의 문제점을 어떻게 해결할 수 있을까요?
지르코니아 세라믹 링은 가공 난이도가 매우 높지만 성능상의 이점 덕분에 대체할 수 없는 핵심 부품입니다:
5G 통신: 고주파 및 저손실 특성(유전율 25, 손실 계수 10 Ω- cm의 절연 저항으로 배터리 구획의 화재 절연 효율이 5 배 증가하고 단락 위험이 90% 감소합니다.
생체 의학: 생체 적합성(세포 독성 없음)과 매우 매끄러운 표면(Ra<0.01 μ m)은 인공 관절의 수명을 20년 이상으로 연장하여 금속 관절의 수명인 10년을 훨씬 뛰어넘습니다.
항공우주: 700MPa의 인장 강도와 열 충격 저항(Δ T=1000 ℃/s)으로 로켓 엔진 연소실의 극한 환경에서도 견딜 수 있어 비행 안전을 보장합니다.

지르코니아 세라믹 링 가공은 재료, 공정, 장비의 세 가지 주요 과제를 극복해야 하는 '정밀 예술'입니다. 저온 가공, 초정밀 연삭, 지능형 장비 및 기타 기술의 획기적인 발전으로 가공 비용이 개당 수천 위안에서 수백 위안으로 떨어지면서 5G, 신에너지, 헬스케어와 같은 산업의 업그레이드가 가속화되고 있습니다.

브루드세 세라믹 는 알루미나 세라믹, 지르코니아 세라믹, 질화 규소 세라믹, 질화 알루미늄 세라믹, 실리콘 카바이드 세라믹, 탄화 붕소 세라믹, 바이오 세라믹, 기계 가공 가능 세라믹 등 다양한 고품질 석영 유리를 공급 및 판매합니다. 다양한 세라믹 제품의 맞춤형 요구 사항을 충족할 수 있습니다.