지르코니아 세라믹 밸브 코어를 가공하는 방법은 무엇입니까?
지르코니아 세라믹 밸브 코어높은 경도, 내마모성, 내식성, 고온 저항성을 갖춘 알루미늄은 에너지 및 전력, 화학 야금, 수처리와 같은 산업 분야에서 기존 금속 밸브 코어를 대체할 수 있는 이상적인 소재가 되었습니다. 그러나 가공 시 높은 재료 취성 및 고정밀 요구 사항과 같은 문제에 직면합니다.
핵심 처리 방법 및 기술 프로세스
지르코니아 세라믹 밸브 코어의 가공에는 주로 다음과 같은 주요 링크를 포함하는 다중 공정 협업 프로세스 체인을 형성하기 위해 재료 특성과 정밀 제조 요구 사항의 조합이 필요합니다:
- 원자재 준비 및 절단
분말 준비: 균일한 입자 크기 분포(D50 ≤ 0.5 μ m) 및 순도 ≥ 99.5%의 초미세 지르코니아 분말을 졸-겔법, 열수 합성법 또는 공침법으로 제조하여 소결 재료의 밀도가 ≥ 99%가 되도록 합니다.
공백 형성: 저온 등방성 프레스 기술을 사용하여 분말을 균일한 밀도의 블랭크로 압축하여 소결 수축률의 차이를 줄입니다. 복잡한 구조의 밸브 코어의 경우 사출 성형 또는 3D 프린팅 기술을 사용하여 그물에 가까운 크기로 성형할 수 있습니다.
절단 과정: 취성 재료의 특성에 따라 기존의 기계식 절단을 대체하기 위해 유압식 절단 또는 레이저 절단이 선호됩니다. 유압 절단은 가닛 연마제와 결합된 고압 워터젯(압력 ≥ 300MPa)을 사용하여 가장자리 거칠기 Ra ≤ 3.2μm로 열이 없는 영역 절단을 달성합니다. - 정밀 연마 및 연마
평면 연삭: 양면 연삭기를 사용하여 다이아몬드 마이크로 파우더(입자 크기 W5-W40)를 연마재로 사용하고, 일정한 압력 제어(압력 0.5-2MPa)를 통해 평탄도 1㎛ 이하, 표면 조도 Ra 0.1㎛ 이하의 가공 효과를 얻을 수 있습니다.
구형 연마: 볼 밸브 코어의 경우 자기 유변학적 연마 기술을 사용하여 자기장을 통해 연마 용액의 점도를 제어함으로써 구형 진원도 0.5μm 이하, 표면 평활도 최대 W2 수준(거울 연마에 해당)의 초정밀 가공을 달성합니다.
가장자리 모따기: EDM 또는 초음파 가공을 통해 밸브 코어의 모서리를 0.1~0.3mm 모따기하여 응력 집중 지점을 제거하고 취성 파손의 위험을 줄입니다. - CNC 정밀 조각 및 불규칙 가공
도구 선택: 가공 중 빠른 공구 마모를 방지하기 위해 지르코니아의 1.5배 이상의 경도를 가진 다이아몬드 코팅 공구(경도 HV ≥ 8000) 또는 다결정 다이아몬드(PCD) 공구를 사용해야 합니다.
속도 제어: 스핀들 회전 속도는 8000~12000rpm 범위 내에서 엄격하게 제어해야 합니다. 회전 속도가 낮으면(15000rpm) 원심력에 의한 공구 진동이 발생하여 표면이 과도하게 흔들릴 수 있습니다.
피드 전략: 단일 층 절삭 깊이가 0.05mm 이하이고 이송 속도가 50-100mm/min 사이에서 제어되는 레이어 밀링 기술을 채택하여 작은 절삭 깊이와 높은 이송 속도를 조합하여 효율적인 가공을 달성합니다. - 소결 및 후처리
고온 소결: 1600~1700℃의 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 4~6시간 동안 소결하여 이론 밀도 99% 이상의 밀도, 로크웰 경도 HRA ≥ 88, 굴곡 강도 ≥ 800MPa를 달성합니다.
치료 강화: 안정제로 3-5 mol% 이트륨 산화물(Y2O3)을 첨가하고 마르텐사이트 변환 강화 메커니즘을 활용하여 파단 인성을 8-10 MPa - m ¹/²로 높여 내충격성을 크게 향상시켰습니다.
표면 코팅: 밸브 코어의 밀봉 표면에 2~5 μm의 두께로 다이아몬드형 탄소(DLC) 코팅을 증착하면 마찰 계수를 0.05~0.1로 낮추고 내마모성을 3~5배 향상시킬 수 있습니다.
처리의 어려움과 기술 혁신 솔루션
- 재료 취성으로 인한 가공 결함
문제입니다: 지르코니아 세라믹의 파단 인성은 금속의 1/10에 불과하며 가공 중에 미세 균열 전파가 발생하기 쉬워 모서리 파단이나 표면 균열이 발생할 수 있습니다.
솔루션:
공정 최적화: 초음파 보조 가공 기술을 채택하여 고주파 진동(20-40kHz)을 통해 절삭력을 감소시켜 균열 발생 가능성을 최소화합니다.
장비 업그레이드: 5축 연동 CNC 공작 기계를 사용하여 공구 경로 최적화를 통해 절삭력이 고르게 분산되어 국부적인 응력 집중을 방지합니다. - 수축률 제어의 어려움
문제입니다: 소결 과정에서 부피 수축률은 15-20%에 달할 수 있으며 부적절한 제어로 인해 치수 편차가 발생할 수 있습니다.
솔루션:
분말 수정: 소결 보조제로 0.5-1wt% 알루미나(Al2O3)를 추가하고 소결 온도를 50-100℃ 낮추고 수축 변동을 ± 0.5% 이내로 제어합니다.
보정 설계: CAD 모델에서 2-3%의 보정량을 설정하고 리버스 엔지니어링을 통해 실제 수축률을 확인하여 정밀한 크기 제어를 달성합니다. - 불규칙한 구조 처리 시 낮은 효율성
문제입니다: 복잡한 흐름 채널이나 비대칭 구조를 처리하려면 여러 번의 클램핑이 필요하며, 한 번에 최대 8~12시간의 처리 시간이 소요됩니다.
솔루션:
신속한 프로토타이핑 기술: 광중합 3D 프린팅(SLA)을 사용하여 세라믹 바디를 준비하고 저온 탈지(800℃) 및 급속 소결(1500℃/2시간)을 결합하여 처리 주기를 24시간 이내로 단축합니다.
복합 머시닝 센터: 밀링, 연삭 및 방전 가공(EDM) 기능을 하나로 통합하여 공정 통합을 통해 클램핑 시간을 줄이고 가공 효율을 40% 이상 향상시킵니다.
일반적인 애플리케이션 시나리오
에너지와 전기: 화력발전소 보일러의 증기 배관에서 지르코니아 밸브 코어는 650℃의 고온과 10MPa의 압력을 견딜 수 있어 금속 밸브 코어의 열팽창으로 인한 막힘 문제를 해결합니다. 유지보수 주기도 월 1회에서 연 1회로 연장되었습니다.
화학 야금학: 황산 운송 시스템에서 내식성은 밸브 수명을 6개월에서 5년 이상으로 늘려 누출로 인한 다운타임 손실을 연간 약 200만 위안 절감합니다.
수처리: 해수 담수화 시스템의 입자 필터 밸브에서 내마모성은 여과 효율을 30%까지 높이는 동시에 에너지 소비를 15%까지 줄여줍니다.
지르코니아 세라믹 밸브 코어의 제조는 재료 과학과 최첨단 정밀 가공 기술을 통합한 체계적인 엔지니어링입니다. 건식 프레스/사출 성형부터 고온 소결, 마지막으로 다이아몬드 연삭 및 초정밀 연마에 이르기까지 모든 공정이 중요합니다. 이러한 첨단 가공 방법을 통해 지르코니아 분말은 수명, 밀봉, 촉감, 위생 및 신뢰성 측면에서 기존 밸브 코어의 여러 단점을 완벽하게 해결하여 고성능 산업용 제품으로 탈바꿈했습니다. 지르코니아는 고급 욕실 및 정밀 유체 제어 분야에서 확실한 선택이 되었습니다.
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