פיתוח ומגמה טכנית של חומרי תוספות קרמיות

פיתוח ומגמה טכנית של חומרי להב קרמי

בעיבוד שבבי, הכלי תמיד כונה "שיניים תעשייתיות", וביצועי החיתוך של חומר הכלי הם אחד הגורמים המרכזיים הקובעים את יעילות הייצור שלו, עלות הייצור ואיכות העיבוד שלו. לכן, הבחירה הנכונה של חומר כלי חיתוך היא. חשוב לציין, סכינים קרמיות, עם עמידותם המצוינת בחום, עמידות בפני שחיקה ויציבות כימית, מראים את היתרונות שכלים מסורתיים אינם יכולים להשתוות אליהם בתחום החיתוך והחיתוך במהירות גבוהה של חומרים קשים לעיבוד, וחומרי הגלם העיקריים של סכינים קרמיות הם Al ו-Si. אפשר לומר שהתוכן העשיר בקרום כדור הארץ הוא בלתי נדלה ובלתי נדלה. לכן, סיכוי היישום של כלים קרמיים חדשים הוא רחב מאוד.

ראשית, סוג הכלים הקרמיים

ההתקדמות של חומרי כלי קרמי מתמקדת בשיפור הביצועים של חומרים קרמיים לכלי עבודה מסורתיים, זיקוק גרגירים, תרכובת רכיבים, ציפוי, שיפור תהליך סינטר ופיתוח מוצרים חדשים, על מנת להשיג עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני שחיקה ועמידות. ביצועי חיתוך מעולים ויכולים לענות על הצרכים של עיבוד עיבוד מדויק במהירות גבוהה. מכון הנאן לחומרי סופר-הארד יכול לחלק באופן גס את חומרי הכלים הקרמיים לשלוש קטגוריות: אלומינה, סיליקון ניטריד ובורון ניטריד (כלי בורון ניטריד מעוקב). בתחום חיתוך מתכת, להבי קרמיקה אלומינה ולהבי קרמיקה סיליקון ניטריד מכונים ביחד להבי קרמיקה; בחומרים אנאורגניים שאינם מתכתיים, חומרי בורון ניטריד מעוקבים שייכים לקבוצה גדולה של חומרים קרמיים. להלן המאפיינים של שלושת סוגי הקרמיקה.

(1) קרמיקה על בסיס אלומינה (Al2O3): Ni, Co, W או דומה מתווספת כמתכת מקשרת לקרמיקה על בסיס קרביד, וניתן לשפר את חוזק ההתקשרות בין האלומינה לקרביד. יש לו עמידות טובה בפני שחיקה ועמידות בחום, והיציבות הכימית שלו בטמפרטורה גבוהה אינה קלה לזיהוי או תגובה כימית עם ברזל. לכן, חותכי קרמיקה על בסיס אלומינה הם בעלי טווח היישום הרחב ביותר, המתאימים לפלדה וברזל יצוק. עיבוד מהיר של הסגסוגות שלו; בשל ההתנגדות המשופרת לזעזועים תרמיים, ניתן להשתמש בו גם לכרסום או הקצעה בתנאי חיתוך מופרעים, אך הוא אינו מתאים לעיבוד סגסוגות אלומיניום, סגסוגות טיטניום וסגסוגות ניוביום, אחרת הוא נוטה לבלאי כימי.

(2) חותך קרמי על בסיס סיליקון ניטריד (Si3N4): זהו קרמיקה המיוצר על ידי הוספת כמות מתאימה של קרביד מתכת וחומר מחזק מתכת למטריצת סיליקון ניטריד, ושימוש באפקט חיזוק מורכב (המכונה גם אפקט מחזק פיזור). הוא מאופיין בקשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה טובה, עמידות טובה בחום ועמידות חמצון, והתגובה הכימית בין סיליקון ניטריד ליסודות פחמן ומתכת קטנה, וגם מקדם החיכוך נמוך. מתאים לגימור, חצי גימור, גימור או חצי גימור.

(3) קרמיקה בורון ניטריד (חותך בורון ניטריד מעוקב): קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה, עמידות בחום טובה, יציבות תרמית טובה, מוליכות תרמית טובה, מקדם חיכוך נמוך ומקדם התפשטות ליניארי קטן. לדוגמה, כלי בורון ניטריד מעוקב של Hualing BN-S20 משמש לגימור פלדה מוקשחת, דרגת BN-H10 משמשת לגימור מהיר של פלדה מוקשחת, כיתה BN-K1 מעובדת ברזל יצוק קשיות גבוהה, אפר חיתוך במהירות גבוהה BN-S30 ברזל יצוק חסכוני יותר מאשר תוספות קרמיות.

שנית, המאפיינים של כלי קרמיקה

המאפיינים של כלי קרמיקה: (1) עמידות טובה בפני שחיקה; (2) עמידות בטמפרטורה גבוהה, קשיות אדומה טובה; (3) עמידות הכלים גבוהה פי כמה או אפילו פי כמה מהכלים המסורתיים, מה שמפחית את מספר השינויים בכלים במהלך העיבוד, מה שמבטיח התחדדות קטנה ודיוק גבוה של חומר העבודה לעיבוד; (4) לא רק יכול לשמש עבור חיספוס וגימור של חומרים בעלי קשיות גבוהה, אלא גם עבור עיבוד עם השפעה גדולה כגון כרסום, הקצעה, חיתוך מופרע וחספוס ריק; (5) כאשר להב הקרמיקה נחתך, החיכוך עם המתכת קטן, לא קל לחבר את החיתוך ללהב, הקצה הבנוי לא קל להתרחש, וניתן לבצע חיתוך במהירות גבוהה.

בהשוואה לתוספות קרביד מוצק, תוספות קרמיות יכולות לעמוד בטמפרטורות גבוהות של 2000 מעלות צלזיוס, בעוד סגסוגות קשות הופכות לרכות ב-800 מעלות צלזיוס; אז לכלים קרמיים יש יציבות כימית בטמפרטורה גבוהה יותר וניתן לחתוך אותם במהירות גבוהה, אבל החיסרון הוא תוספות קרמיות. החוזק והקשיחות נמוכים וקל לשבור. מאוחר יותר, הוצגו קרמיקת בורון ניטריד (להלן כלי בורון ניטריד מעוקב), המשמשים בעיקר לחריטה, כרסום וקימום חומרים סופר-קשים. הקשיות של חותכי בורון ניטריד מעוקב גבוהה בהרבה מזו של תוספות קרמיות. בגלל הקשיות הגבוהה שלו, הוא נקרא גם חומר סופר קשה עם יהלום. הוא משמש בדרך כלל לעיבוד חומרים בעלי קשיות גבוהה מ-HRC48. יש לו קשיות מצוינת בטמפרטורה גבוהה - עד 2000 מעלות צלזיוס, אם כי הוא שביר יותר מאשר להבי קרביד מוצק, אך יש לו שיפור משמעותי בחוזק ההשפעה ועמידות הריסוק בהשוואה לכלים קרמיים אלומינה. בנוסף, כמה כלים מיוחדים של בורון ניטריד מעוקב (כגון Huachao Super Hard BN-K1 ו-BN-S20) יכולים לעמוד בעומס השבב של עיבוד גס ויכולים לעמוד בהשפעה של עיבוד וגימור לסירוגין. הבלאי וחום החיתוך, מאפיינים אלה יכולים לעמוד בעיבוד הקשה של פלדה מוקשה וברזל יצוק בקשיות גבוהה עם כלי בורון ניטריד מעוקב.