数百万ドル規模の医療機器が、その中核となるセラミック部品の微細な欠陥、たとえば応力集中点や不適切に設計された開口部が原因で故障するのを想像してみてください。これは仮定の話ではなく、技術セラミック部品の設計における現実的なリスクを表しています。設計プロセスは単なる製図を超え、材料特性、製造パラメータ、動作環境など、製品の性能、信頼性、寿命、コスト効率に直接影響するすべての要素を包括的に考慮する必要があります。
技術セラミックスは、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素など、それぞれが独特の物理的、化学的、機械的特性を持つさまざまな特殊材料を包含しています。重要な性能指標には以下が含まれます。
技術セラミックスは、さまざまな業界で利用されています。
単純な幾何学的形状（円、正方形、円柱）は、製造の一貫性を向上させ、欠陥を減らします。円形部品は通常、最も経済的な金型生産を提供します。
アンダーカット（取り外しを妨げる凹状または突出した形状）は避けるか、複数部品の金型で対処する必要がありますが、これにより工具コストが増加します。
壁厚の不均一性は、乾燥と焼結中の収縮差を引き起こし、亀裂につながる可能性のある内部応力を発生させます。厚さの変動が避けられない場合は、段階的な移行が不可欠です。
エッジの面取りまたはフィレットは、取り外し中の欠けを減らし、機械的完全性を損なう可能性のある応力集中を最小限に抑えます。
一貫した壁厚を維持することが最も重要です。有限要素解析（FEA）を使用して、焼結プロセスをシミュレーションし、変動が必要な場合に厚さ分布を最適化できます。
垂直壁には、取り外しを容易にするために勾配角（通常は内面で2°）が必要です。背の高い形状は、排出中の構造的サポートのために、より厚い断面を必要とします。
最小穴径は、成形欠陥を防ぐために0.060インチ（1.5mm）を超える必要があります。
スルーホールには勾配は不要ですが、ブラインドホールには≥1°の勾配角が必要です。ガス封入と収縮の問題を回避するために、ブラインドホールには深さ制限が適用されます。
円形の穴が推奨されます。楕円形の構成は、精密用途での焼結収縮を補償する場合があります。
焼結後の研削は、寸法精度と表面仕上げを向上させますが、コストが増加します。この二次工程は、重要な公差用途のために予約してください。
セラミック部品は、機能要件を満たす最も寛容な公差を採用する必要があります。過度の精度要求は、不良率と製造の複雑さを高めます。
焼結時の一般的な公差：
FEA主導の応力分析によるセラミック絶縁体の再設計は、面取りされたエッジと最適化された壁厚分布が、熱安定性を維持しながら、破壊感受性をどのように低減できるかを示しました。
技術セラミック部品の設計には、材料、プロセス、性能要件の多次元的な最適化が必要です。新しい機械学習アプリケーションは、ますます洗練された材料選択モデルと自動設計最適化を約束し、高度なプロセス監視はリアルタイムの製造調整を可能にします。セラミックエンジニアリングの未来は、これまでにない信頼性とコスト効率を達成するために、データを活用することにあります。
