セラミックス加工 - トップ精工

セラミックス系素材の加工特性

セラミックスと一言で言っても種類が多く、その加工性は千差万別です。
セラミックス系の素材の加工特性をまとめてみました。

素材	ビッカース硬度	HV（GPa）	破壊靭性	MPam1/2	加工特性
マシナブルセラミックス	低		中		◎	超硬の刃物で効率良く加工ができる。
石英（SiO₂）	低	9	低		○	・硬度、靭性ともに低く、ダイヤモンド砥石で効率良く加工ができる。・靭性が低いため、カケ、クラックに注意が必要。
耐熱ガラス（SiO₂）		5
シリコン（SiO）		5
アルミナ（系）（Al₂O₃）	中	18	中	4	○	・代表的なセラミックスで加工性は良く、加工条件が確立されている。・一般的には加工性は良いが、低純度のものは他成分の影響を受けて大きく加工性が異なる。
窒化アルミニウム（系）（AlN）	中	13	中	3	○	・加工性はアルミナと同等で良い。・靭性が低いため、マイクロクラックが発生しやすく、エッジ部が白くなりやすい。・水と反応性があり、アンモニアガスが加工中に発生する。作業環境、製品の白色化に配慮が必要。
ジルコニア（系）（ZrO₂）	中	13	高	6	△	・窒化ケイ素と類似。比較すると窒化ケイ素よりやや加工性は良い。
窒化ケイ素（系）（Si₃N₄）	中	16	高	6	△	・靭性が高いことによる研削性が悪く、ダイヤ粒への負担が高く、工具トラブルが発生しやすい。対策は砥石の切れ味を確保することが重要。
ボロンカーバイト（B₄C）	極めて硬い	34	中	6	×	・硬度が非常に高く、加工効率は著しく悪い。ダイヤ粒が急激に摩耗するので早い工具交換が必要。
複合素材	-	-	-	-	-	・素材のそれぞれの成分の特性を合わせ持っていますので、加工性もその成分の加工性を合わせ持っています。一般的には加工性は良い傾向です。

焼結後の加工比較

弊社では、一般的に焼結品に工作機械でダイヤモンド砥石を用いて加工を行っています。
焼結後に加工することの長所・短所を焼結前の素材（グリーン体）に加工することと比較しました。

	焼結後に加工
長所	・焼結による収縮の誤差やソリの影響を加工することにより除去でき、寸法精度を追及しやすい。（弊社では一般的に±0.05㎜程度です。要求に応じて±0.003㎜にも対応しています。）・焼結素材を在庫していれば加工のみとなり、短納期の対応が可能となる。・型等の製作が不要なので、数量が少ないときはコストが安価になる。
短所	・焼結後の硬い素材への加工となるので、加工時間が長くなり、コストが高くなりやすい。（弊社では夜間を利用した連続無人運転でコストを抑える努力をしています。また必要な特性を備えているマシナブルセラミックスへの素材変更の提案もしています。）・多量生産で数量確保が困難となることがあります。

焼結後に加工

長所

・焼結による収縮の誤差やソリの影響を加工することにより除去でき、寸法精度を追及しやすい。
（弊社では一般的に±0.05㎜程度です。要求に応じて±0.003㎜にも対応しています。）
・焼結素材を在庫していれば加工のみとなり、短納期の対応が可能となる。
・型等の製作が不要なので、数量が少ないときはコストが安価になる。

短所

・焼結後の硬い素材への加工となるので、加工時間が長くなり、コストが高くなりやすい。（弊社では夜間を利用した連続無人運転でコストを抑える努力をしています。また必要な特性を備えているマシナブルセラミックスへの素材変更の提案もしています。）
・多量生産で数量確保が困難となることがあります。