成功 の ため に 設計 する: 設計 者 が 定番 の 陶器 部品 に つい て 示す ガイド

カスタム セラミック コンポーネントは、極端な条件下で比類のないパフォーマンスを提供しますが、単なる「金属の代替品」ではありません。セラミック部品の設計を成功させるには、高度なセラミック特有の製造上の制約と材料の挙動を理解する必要があります。このガイドでは、機能的で製造可能なコンポーネントを設計するための重要な原則を概説します。

セラミックがどのように作られるかを理解すると、多くの設計上の制約が説明されます。

1. 粉末の準備:原料を微粒子化して配合

2. 形にする：コンポーネントは以下を通じて形成されます。

   • 乾式プレス（単純な形状の場合）

   • 静水圧プレス（複雑な形状の場合）

   • 射出成形（大量の複雑な部品用）

   • スリップキャスティング (大型で薄肉のコンポーネント用)

3. 焼成（焼結）：部品は高温圧密中に 15 ～ 20% 直線的に収縮します

4. 加工:ダイヤモンドツール加工により最終寸法と表面仕上げを実現

5. 品質管理:精密測定と非破壊検査

1. 均一な壁の厚さ:焼結中の亀裂を防ぐために、急激な厚さの変化を避けてください。

2. 大きな半径:最小内径0.5mm、外径0.2mm

3. 鋭い角を避ける:重要でない領域でも半径を使用して応力集中を軽減します

4. 抜き勾配角度:1 ～ 3° の抜き勾配により、プレス部品の離型が容易になります

5. 穴の配置:穴はエッジや他の穴から少なくとも直径の 1.5 倍にしてください。

6. 寛容現実主義:標準公差は寸法の±0.5％、精密加工では±0.1％を実現

7. 平坦性に関する考慮事項:広い平らな領域には特別な加工やサポートが必要な場合があります

8. アンダーカットの制限:アンダーカットには特別な工具または後加工が必要です

9. 表面仕上げ仕様:焼成のまま（Ra 1-2μm）、研削（Ra 0.4-0.8μm）、研磨（Ra <0.1μm）

10. 組み立てに関する考慮事項:熱膨張差に応じて適切なクリアランスを設けた設計

• アルミナ：複雑な形状に対する許容性の向上、剛性の向上

• ジルコニア:靭性は高いが、大型で薄い部品の場合はより困難

• 炭化ケイ素:高温に優れていますが、より単純な形状に限定されます

• 窒化ケイ素:高応力のアプリケーションに最適ですが、機械加工に最もコストがかかります

1. 設計レビュー (仮想):製造容易性のための 3D モデル解析

2. ラピッドプロトタイピング:焼成済みブランクの機械加工による数量限定

3. パイロット制作:プロセス全体をテストするための小バッチ製造

4. 製造向け設計 (DFM) フィードバック:初期結果に基づいた改良

5. 生産ツール:量産のための金型への投資

6. 品質システムの確立:統計的プロセス制御の実装

1. ジオメトリを単純化します。すべての機能にコストがかかります

2. 可能な限り標準化:既存のツールまたは標準機能を使用する

3. 二次的な操作を検討してください。複雑な工具よりも機械加工の方が安価な場合があります

4. ボリュームプランニング:プロセスが異なれば適した量も異なります

5. サプライヤーの早期関与:製造コストの 85% は設計段階で決まります

粒子の発生と熱膨張により、元の金属設計は失敗しました。アルミナで再設計:

• 再設計された取り付け機能熱膨張適応用

• 追加された半径内側の隅々まで

• 指定された臨界平坦度ウェーハ接触面のみ

• 結果：粒子汚染が 99% 減少し、耐用年数が 6 か月から 5 年以上に延長されました。

• 肉厚の均一性を見直しましたか?

• すべての内部半径は ≥0.5mm ですか?

• 不必要な厳しい公差を排除しましたか?

• 設計は選択した成形方法に適していますか?

• 他の素材での組み立てを検討したことがありますか?

• 表面仕上げの要件は用途にとって現実的ですか?

• セラミック製造の専門家に相談しましたか?

最も成功したカスタム セラミック コンポーネントは、エンジニアがコンセプトから製造までセラミックの専門家と緊密に連携する共同設計プロセスから生まれます。このパートナーシップにより、製造の現実を尊重しながらセラミックの利点を活用した設計が保証されます。