ジルコニアセラミックスは多くの利点を持ち、産業用および日常用途の両方で広く使用されています。しかし、その高い難易度のために加工が比較的困難です。最初は、ジルコニアセラミック材料はその独自の物理的および機械的特性のために研削を通じてのみ加工できました。加工技術の進歩により、金属加工に類似したさまざまな技術がセラミック材料の加工に使用できるようになりました。

ジルコニアセラミックスの実用的な加工方法について詳しく見てみましょう。

カッティング処理

切削は金属加工で最も一般的に使用される方法であり、セラミックスも同様の加工技術を持っています。

切削ジルコニアセラミックスは、半焼結および完全焼結セラミックスの両方に適用されます。

半焼結セラミックスにおいて、切削は完全焼結セラミックスに対する加工余裕を最小限に抑えることを目指し、加工効率を向上させコストを削減することを目的としています。

研磨と研磨

この方法は、ジルコニアセラミックスの表面処理に主に使用されます。

研磨と研磨は、表面から材料を細かく取り除くために自由な研磨剤を使用する超精密加工方法です。

セラミック材料の超精密加工と仕上げ、特にセラミックベアリング用セラミックボールの精密加工では、研削と研磨が欠かせません。

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ELIDグラインディング

ELID（Electrolytic In-Process Dressing）グラインディングは革新的な研削プロセスです。

原則は、研削中に金属結合砥石をドレスアップするために電解を使用することを含みます。電解研削液は、研削ホイールとツール電極の間に注がれ、パルス状の直流が印加されます。このプロセスにより、陽極溶解を通じて金属結合剤が徐々に除去され、研削中に砥粒が露出して砥石表面の鋭利さを維持します。

この高度なプロセスはまだ広く適用されていませんが、ジルコニアセラミックスの加工において重要な利点を示しています。

プラスチック性ベースの処理

従来の材料除去方法は、一般的には脆性またはプラスチックの除去メカニズムを含んでいます。

脆性の除去は、ひび割れの伝播と交差を通じて起こり、一方、プラスチックの除去は材料の流れを作るためにチップを剪断することを含む。金属では、プラスチックの切削メカニズムは容易に達成される。しかし、エンジニアリングセラミックスや光学ガラスなどの脆性材料は、従来の加工方法では脆性の除去が起こりやすく、表面品質が悪化することがよくある。

セラミック加工において、非常に浅い切削深さは、プラスチック除去を可能にし、除去メカニズムを脆性破壊から塑性変形に移行させることができます。

超音波処理

超音波加工は、工具またはワークピースに超音波振動を加え、工具とワークピースの間に液体やペースト研磨剤を導入することを含みます。

軽い圧力で、ツールは材料除去を実現するために作業対象物に押し付けられます。

高コスト、低効率、限られた精度

材料の高い硬度のため、ジルコニアセラミックスを加工する方法はさまざまですが、加工は費用がかかり、効率が悪く、精度が低くなります。

半焼結または焼結ジルコニアセラミックスは通常、切削方法を使用して粗加工され、焼結後には研削が細加工に使用されます。

大きな処理許容量

特定のジルコニアセラミックアプリケーションに応じて、加工を完全にバイパスし、研削を焼結体に直接適用して設計精度を達成することがあります。

ジルコニアセラミックスの加工手順は金属部品と同様ですが、セラミックスの加工余裕は大幅に大きくなります。

半焼結または焼結セラミックスは、しばしば強度不足、表面欠陥、または適切なクランピングができないなどの問題に直面し、望ましい最終形状を達成できないことがあります。

焼結時の収縮が不均一であるため、粗加工寸法は最終寸法に近づかないようにし、細かい加工のための十分な余裕を残す必要があります。

金属において、微細加工余裕は通常、熱処理や表面スケーリングを考慮して、ミリメートルの一部である。一方、ジルコニアセラミックスでは、数ミリメートル以上、さらには十ミリメートル以上の余裕が必要であり、生産性を著しく低下させ、生産コストを増加させる。

高いツールコスト

切削工具のコストはジルコニアセラミックス加工における重要な問題です。切削には高価な焼結ダイヤモンドやCBN（立方晶窒化ホウ素）ツールが必要であり、ダイヤモンド研削ホイールが微細加工を支配しています。

ジルコニアセラミックスの工具費用は金属切削工具の数十倍から数百倍高いです。

ジルコニアセラミックスの強度は加工条件に非常に敏感であり、高効率な加工を実現するのが困難です。そのため、ジルコニアセラミックスの総合的な加工コストは従来の材料よりもかなり高くなります。