세라믹 금속 가공 절삭 공구

식기부터 가정용 욕실까지 세라믹은 우리 생활 곳곳에 있습니다. 그런데 세라믹을 절삭 공구에도 사용할 수 있다는 사실을 생각해 본 적이 있나요?

세라믹이란?

금속 또는 비금속과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 및 기타 원소가 결합한 물질을 세라믹이라고 합니다. 소결 후 절삭 공구로 사용할 수 있습니다. 절삭 공구에 사용되는 세라믹은 주로 알루미나계와 질화규소계의 두 가지로 나뉩니다. 주요 성분에 다양한 첨가제를 더하면 더욱 세분화할 수 있습니다.

1. 백색 세라믹
산화알루미늄(Al2O3)을 주성분으로 하는 세라믹은 대부분 흰색을 띠기 때문에 백색 세라믹이라고 합니다. 성분으로 보면 보석인 루비와 사파이어와 동일한 성분(Al2O3)입니다. 가장 큰 차이점은 루비와 사파이어가 단결정 구조인 반면, 산화알루미늄은 다결정 구조라는 점입니다. 산화알루미늄은 경도가 높고 화학적 특성이 안정적입니다. 이러한 특성을 활용해 주철의 고속 정삭 가공에 사용할 수 있습니다.

2. 흑색 세라믹
알루미나에 탄화티타늄(TiC)을 첨가한 세라믹은 대부분 검은색을 띠기 때문에 흑색 세라믹이라고 합니다. 탄화티타늄이 첨가되어 백색 세라믹보다 경도가 높으며, 고온에서도 열로 인해 발생하는 날끝의 변형을 억제할 수 있습니다. 이러한 특성을 최대한 활용하면 고경도 소재(최대 HRC65)를 고속으로 가공할 수 있습니다.

3. 위스커 세라믹
알루미나에 탄화규소(SiC)를 첨가한 세라믹입니다. 탄화규소 입자들이 서로 얽혀 결합하기 때문에 절삭 중 충격으로 발생하는 균열을 억제하고 결함을 방지할 수 있습니다. 열충격 저항성도 우수하여 내열 합금 가공에 널리 사용됩니다.

질화규소계 세라믹
1. 질화규소 세라믹
질화규소(Si3N4)를 주성분으로 하는 세라믹으로, 알루미나계와 달리 바늘 모양 입자를 갖고 있습니다. 바늘 모양 입자들이 서로 얽혀 있어 절삭 중 충격으로 발생하는 균열을 크게 억제하고 결함을 방지할 수 있습니다. 주철의 고속 황삭 가공에 적합합니다.

2. SiAlon 세라믹
질화규소(Si3N4)에 알루미늄(Al)과 산소(O)를 첨가하고, 구성 원소의 첫 글자를 따서 SiAlon 세라믹(SiAlON)이라고 부릅니다. SiAlon은 질화규소와 마찬가지로 바늘 모양 입자를 갖고 있습니다. 바늘 모양 입자들이 서로 얽혀 결합하여 절삭 중 발생하는 충격을 견딜 수 있습니다. 또한 산화알루미늄이 첨가되어 질화규소보다 내열성이 우수하며, 열에 대한 저항성이 더욱 뛰어납니다. 내열 합금의 고속 가공에 적합합니다.

세라믹 절삭 공구는 절삭하는 소재에 맞게 사용해야 하지만, 초경합금과 비교하면 가공 속도가 초경합금의 최대 20배에 이를 수 있습니다. 가공에 적합한 세라믹 공구를 선택하면 생산 효율을 크게 향상할 수 있으며, 장비 투자를 줄여 간접적으로 비용도 절감할 수 있습니다.