수백만 달러짜리 의료 기기가 핵심 세라믹 부품의 미세한 결함, 즉 응력 집중 지점이나 부적절하게 설계된 구멍으로 인해 고장나는 것을 상상해 보십시오. 가상적인 시나리오가 아니라 기술 세라믹 부품 설계의 실제 위험을 나타냅니다. 설계 프로세스는 단순한 제도 이상으로, 재료 특성, 제조 매개변수 및 작동 환경을 포괄적으로 고려해야 합니다. 이 모든 요소는 제품 성능, 신뢰성, 수명 및 비용 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.
기술 세라믹은 알루미나, 지르코니아, 질화 규소, 탄화 규소 등 다양한 특수 재료를 포괄하며, 각각 고유한 물리적, 화학적 및 기계적 특성을 가지고 있습니다. 주요 성능 지표는 다음과 같습니다.
기술 세라믹은 다양한 산업 분야에 사용됩니다.
단순한 기하학적 형태(원, 사각형, 원통)는 제조 일관성을 개선하고 결함을 줄입니다. 원형 부품은 일반적으로 가장 경제적인 금형 생산을 제공합니다.
언더컷(탈형을 방해하는 움푹 들어간 부분 또는 돌출된 부분)은 피해야 하며, 이는 다중 부품 금형을 통해 해결해야 하지만, 이는 공구 비용을 증가시킵니다.
불일치한 벽 두께는 건조 및 소결 중에 차등 수축을 유발하여 균열을 유발할 수 있는 내부 응력을 생성합니다. 두께 변화를 피할 수 없는 경우 점진적인 전환이 필수적입니다.
모서리의 모따기 또는 필렛은 탈형 중 칩핑을 줄이고 기계적 무결성을 손상시킬 수 있는 응력 집중을 최소화합니다.
일관된 벽 두께를 유지하는 것이 가장 중요합니다. 유한 요소 분석(FEA)은 소결 공정을 시뮬레이션하여 변화가 필요한 경우 두께 분포를 최적화할 수 있습니다.
수직 벽에는 탈형을 용이하게 하기 위해 드래프트 각도(일반적으로 내부 표면의 경우 2°)가 필요합니다. 더 높은 기능은 배출 중 구조적 지지를 위해 더 두꺼운 단면이 필요합니다.
최소 구멍 직경은 성형 결함을 방지하기 위해 0.060인치(1.5mm)를 초과해야 합니다.
관통 구멍은 드래프트가 필요하지 않지만, 막힌 구멍은 ≥1° 드래프트 각도가 필요합니다. 가스 포집 및 수축 문제를 방지하기 위해 막힌 구멍에는 깊이 제한이 적용됩니다.
원형 구멍이 선호됩니다. 타원형 구성은 정밀 응용 분야에서 소결 수축을 보상할 수 있습니다.
소결 후 연삭은 치수 정확도와 표면 마감을 개선하지만 비용을 증가시킵니다. 이 2차 작업을 중요한 공차 응용 분야에 예약하십시오.
세라믹 부품은 기능적 요구 사항을 충족하는 가장 관대한 공차를 사용해야 합니다. 과도한 정밀도는 불량률과 제조 복잡성을 높입니다.
일반적인 소결 공차:
FEA 기반 응력 분석을 통한 세라믹 절연체의 재설계는 모따기된 모서리와 최적화된 벽 두께 분포가 열적 안정성을 유지하면서 파손 감수성을 줄일 수 있음을 보여주었습니다.
기술 세라믹 부품 설계는 재료, 공정 및 성능 요구 사항의 다차원적 최적화를 요구합니다. 새로운 기계 학습 응용 프로그램은 점점 더 정교한 재료 선택 모델과 자동화된 설계 최적화를 약속하는 반면, 고급 공정 모니터링은 실시간 제조 조정을 가능하게 합니다. 세라믹 엔지니어링의 미래는 전례 없는 신뢰성과 비용 효율성을 달성하기 위해 데이터를 활용하는 데 있습니다.
