Solutions avancées d'usinage CNC pour la céramique

En tant que matériau largement utilisé dans les articles du quotidien, des horloges aux couteaux en passant par les briques et la poterie, l'usinage de la céramique peut être un excellent moyen d'élargir le portefeuille de matériaux d'une entreprise. Bien qu'ils soient traditionnellement fabriqués à l'aide d'un four, les usiner peut être une entreprise utile qui donne à votre atelier d'usinage un argument de vente unique.

En tant que classe de matériaux, les céramiques se présentent sous une variété de formes et les usiner peut être délicat. Cependant, elles sont uniques dans leur apparence et leur toucher, ont un excellent niveau de résistance à la compression (bien que moins en termes de résistance à la traction) et fournissent une base décente pour un certain nombre de produits différents.

Usinage des matériaux céramiques

L'usinage CNC de la céramique peut être un peu un défi si elle a déjà été frittée. Ces céramiques traitées et durcies peuvent poser pas mal de défis car les débris et morceaux voleront partout. Les pièces en céramique peuvent être usinées le plus efficacement avant l'étape finale de frittage, soit dans leur état compact « vert » (poudre non frittée) ou dans la forme pré-frittée « biscuit ».

Généralement, des méthodes d'usinage comme le fraisage, le perçage, le tournage peuvent être appliquées aux pièces en céramique dans l'état pré-fritté. En termes d'outillage, les outils en acier rapide revêtus de nitrure de titane (TiN), les outils en carbure de tungstène et les outils en diamant polycristallin (PCD) sont utilisés dans l'usinage des céramiques pré-frittées. Dans l'état biscuit, le taux d'enlèvement de matière qu'un outil de machine peut atteindre peut correspondre à celui des aciers à outils et matrices.

En termes d'état fritté, le processus d'usinage le plus courant est celui du meulage. Avec l'aide de la meule abrasive, la machine peut atteindre une finition de surface polie. Le meulage de la céramique se fait aussi mieux avec un fluide de refroidissement qui lubrifie la zone en cours de meulage. Pour les céramiques frittées, il est préférable d'utiliser des meules liées par résine avec soit du diamant synthétique ou naturel de différentes tailles de grain pressées à différentes concentrations dans de la résine polymère.

Bien sûr, il y a de nombreux types différents de céramiques et ils ont tous leurs propres caractéristiques. Ce sont des règles générales mais ces processus peuvent varier.

Types de céramiques

Macor

Le Macor est une céramique verre usinable détenue et produite par Corning Inc. Elle a un tas d'applications dans l'aérospatiale, le médical et la production de semi-conducteurs. L'utilisation de céramiques verre usinables est une façon rentable d'aller quand des quantités à faible volume doivent être produites mais que les frais d'outillage à prix élevé ne sont pas une option. La température d'utilisation continue du Macor est de 800°C avec une température de pointe de 1 000°C. Son expansion thermique correspond à la plupart des métaux et verres d'étanchéité. Le Macor est aussi non-mouillant, présente une porosité nulle et, contrairement aux matériaux ductiles, ne se déforme pas. De plus, c'est un isolant efficace aux hautes tensions, diverses fréquences et hautes températures. Il ne « dégaze » pas non plus dans les environnements sous vide.

Alumine

L'alumine a de bonnes propriétés mécaniques et électriques menant à une large gamme d'applications. L'alumine peut être produite dans une gamme de puretés avec des additifs conçus pour améliorer les propriétés. Elle peut être formée en utilisant une grande variété de méthodes de traitement de la céramique et peut être usinée ou formée pour produire une grande variété de tailles et formes. De plus, elle peut être facilement jointe à des métaux ou d'autres céramiques en utilisant des techniques de métallisation et de brasage.

Nitrure d'aluminium

Le nitrure d'aluminium présente une expansion thermique inférieure à l'alumine qui correspond étroitement à l'expansion des wafers de silicium et il peut être métallisé, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications semi-conductrices.

Silicate d'alumine (Lave)

Le silicate d'alumine ou Lave est un matériau céramique usinable. Il a une température d'utilisation élevée, et d'excellentes propriétés isolantes thermiques/électriques.

Nitrure de bore

Le nitrure de bore peut être usiné en utilisant des forets en carbure standard. Le BN présente une haute résistance électrique, une constante diélectrique faible et une tangente de perte faible, une faible expansion thermique, une inertie chimique et une bonne résistance aux chocs thermiques. Avec ces propriétés, le BN se prête comme un matériau utile pour les composants sous vide, divers composants électriques et applications nucléaires.

Verre (Pyrex, Vycor et matériaux similaires)

Divers types de verre sont utilisés dans de nombreuses applications où une haute résistance aux chocs thermiques et des propriétés isolantes optiques sont requises.

Graphite

En tant que matériau céramique à base de carbone, le graphite peut venir dans diverses densités selon son état polymère. Le graphite a aussi une excellente résistance aux chocs thermiques et chimique, ce qui en fait un matériau idéal pour les moules, bateaux de four, anodes de placage et fixations de brasage.

Mullite

La mullite est un excellent matériau structurel en raison de sa stabilité à haute température, sa résistance et sa résistance au fluage. Elle a une constante diélectrique faible et de hautes capacités d'isolation électrique. Les applications typiques incluent le mobilier de four, tube central de four, pièces d'échange de chaleur, pièces d'isolation thermique et rouleaux. Bien que la mullite soit usinable, il est plus commode de la laser.

Mycalex

Avec plusieurs grades au choix, variant en résistance et performance de température, Mycalex est un excellent matériau isolant céramique usinable qui peut être fabriqué en pièces complexes. Il est souvent utilisé pour de petites pièces dans l'équipement industriel.

Quartz

Avec ses propriétés thermiques, chimiques et optiques supérieures, le quartz est souvent utilisé dans les domaines de l'éclairage et des semi-conducteurs. Mieux vaut le faire avec des outils en diamant, meulage ou jet d'eau. Les techniques abrasives sont bien plus utiles que les techniques de coupe.

Carbure de silicium

Le carbure de silicium est connu pour sa dureté élevée et sa résistance à l'abrasion. Les applications courantes incluent : joints de pompe, composants de vanne et pièces à usure intensive. Malgré les valeurs de dureté élevées de ce matériau, c'est néanmoins un matériau relativement fragile et ne peut être usiné qu'en utilisant des techniques de meulage au diamant. Typiquement, il est produit dans un four à résistance de graphite Acheson et peut être formé comme une poudre fine ou une masse liée, qui doit être broyée et moulue avant de pouvoir être utilisée comme matière première en poudre.

Stéatite

Le coût de la stéatite est relativement bas comparé aux autres matériaux céramiques. Elle est utile dans les applications où l'isolation et la résistance à la température sont une préoccupation.

Zircone

La zircone stabilisée offre une résistance chimique et à la corrosion à des températures bien au-dessus du point de fusion de l'alumine. Ces caractères en font un matériau assez bon pour les applications dentaires et les prothèses. Sa dureté élevée peut la rendre difficile à usiner mais cela aide à la traiter à des vitesses de coupe élevées (au-dessus de 670 m/minute). Les céramiques de zircone ont la capacité d'absorber de grandes quantités de contrainte par rapport aux autres matériaux céramiques. Elle présente la résistance mécanique et la ténacité les plus élevées à température ambiante.

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