[ $Al_[2}O_{3}$ ] ceramics are generally used as components in processing equipment, devices or machinery. But it's difficult to machining as being machanical because $Al_[2}O_{3}$ ceramics are brittle materials. This study described a basic study of the input parameters effect on the dimension of the microhole at the $Al_[2}O_{3}$ ceramics using Nd:YAG laser. Major input parameters are peak power, pulse frequency and pulse duration in the laser microhole machining of $Al_[2}O_{3}$ ceramics. We will get a smaller microhole and diameter rate by an appropriate peak power, pulse duration.
Ceramics are very difficult-to-cut materials because of its high strength and hardness. Their machining mechanism is characterized by cracking and brittle fracture. In this paper, to give good machinability to the ceramics, BN powders are added to Si$_3$N$_4$ by volume of 20, 25 and 30%. And the machiniability of the produced ceramics are tested using micro drilling system. Through required experimental works, it is shown that the micro drilling machinability is varied along with the volumetric percentage of BN powders. Also, it is verified that the obtained results can be used to develop new machinable ceramics of good material properties and machinability.
Ultrasonic machining technology has been developed over recent years for the manufacture of and quality-assured precision parts for several industrial application such as optics, semiconductors, aerospace, and automobile application. The past decade has seen a tremendous in the use of ceramics in structural application. The excellent thermal, chemical and wear resistance of these material can be realized because of recent improvements in the overall strength and uniformity of advanced ceramics. Ultrasonic machining, in which abrasive particles in slurry with water are presented to the work surface in the presence of an ultrasonic-vibrating tool, is process which should be of considerable interest, as its potential is not limited by the electrical or chemical characteristics of the work material, making it suitable for application to ceramics. This paper intends to further the understanding of the basic mechanism of ultrasonic machining for brittle material and ultrasonic machining of ceramics based in the fracture-mechanic concept has been analyzed.
This study has been focused on properties of mirror surface grinding technology by ELID(Electrolytic In-process Dressing) for structural ceramics using in high precision structural parts as like semi-conductor manufacturing processes. The experimental studies have been carried out to get mirror surface for grinding of structural ceramics, SiC, $Al_2O_3$ and AlN. Grinding process of the ceramics is carried out with varying mesh type, depth of cut and feed rate using diamond wheel. The machining result of the surface roughness and condition of ground surface, have been analyzed by use of surface roughness tester, SEM, AFM and three dimensional surface profiler measurement system.
This paper describes the characteristics of high speed grinding and the influence of wheel surface speed V and a grindability of the grinding materials. The various fine ceramics pieces was ground by metal and vitrified bonded diamond wheel. The surface roughness of fine ceramics(Zirconia($ZrO_2$), Silicon Carbide(SiC), Silicon Nitride($Si_3N_4$), Alumina($Al_2O_3$)) decreases from $0.05{\mu}m(R_{max})$ to $0.025{\mu}m(R_{max})$ when the wheel speed at grinding point increases the wheel speed. Relation between the temperature at grinding point and surface roughness was linear. Abrasive jet machining(AJM), a specialized from of shot blasting, is considered one of the most helpful micro machining methods for hard and brittle materials such as glasses and ceramics by constant pressure grinding.
The machining process of ceramics can be characterized by cracking and brittle fracture. In the machining of ceramics, edge chipping and crack propagation are the principal reasons to cause surface integrity deterioration. Such phenomenon can cause not only poor dimensional and geometric accuracy, but also possible failure of the ceramic parts. Thus, traditional ceramics are very difficult-to-cut materials. Generally, ceramics are machined using conventional method such as grinding and polishing. However these processes are generally costly and have low MRR(material removal rate). To overcome such problems, in this paper, h-BN powder, which gives good cutting property, is added for the fabrication of machinable ceramics by volume of 10 and 15%. The purpose of this study is an analysis of endmill's rake angle for appropriate tools design and manufacturing for the machinable ceramics. In this study, Experimental works are executed to measure cutting force, surface roughness, tool fracture, on different axial rake angle of endmills. Cutting parameters, namely, feed, cutting speed and depth of cut are used to accomplish purpose of this paper. Required experiments are performed, and the results are investigated.
Non-brittle fracture behaviour of the two composite structures made of two different brittle materials was investigated using 3-point bending test. First, the layered and fibrous macro-composites were fabricated using the material easily formed, yet showing a brittle fracture behaviour similar to ceramics. The layered and fibrous Al2O3 /Al2O3 composites with weak interface were also fabricated using plate of 2 mm thickness and rod of 3 mm diameter respectively. Comparison of the mechanical properties between these two structures was performed in the lights of flexural strength and work of fracture for the composites consisting of Al2O3 and simulated materials respectively. The strength ratio of layered structure to the monolith of same volume was 0.6 and the ratio of fibrous one was about 0.2 for the composites made of simulated brittle material. The ratio of the work of fracture of the fibrous to the layered was 0.47. For Al2O3/Al2O3 composites, the strength ratio of layered and fibrous structures to the monolith with same volume were about 0.6 and 0.2 respectively. The ratio of work of fracture of the fibrous to the layered was 0.6. These confirmed that the layered structure was superior to the fibrous one in terms of flexural strength and work of fracture.
When the ceramic material is being machined, micro crack and brittle fracture dominate the process of material removal. Generally, ceramics are very difficult-to-cut materials and machined using conventional method such as grinding and polishing. However, such processes are generally cost-expensive and have low material removal rate. Machinable ceramics used in this study contain BN powder to overcome these problem and for productivity elevation. This paper focuses on machinability evaluation during end mill process with CNC machining center in this study. Experiment for this purpose is performed for tool wear patterns and mechanism.
Sandblasting has recently been developed into a powder blasting technique for brittle materials. In this study, the machinability of $Si_3N_4$-hBN based machinable ceramics are evaluated for micro - pattern making processes using powder blasting. Material properties of the developed machinable ceramics according to the variation of h-BN contents give a good machinability to the ceramics. The effect of scanning times, the size of patterns and variation of BN contents on the erosion depth of samples without mask and samples with different mask patterns in powder blasting of $Si_3N_4$-hBN ceramics are investigated. The Parameters are the impact angle of $90^{\circ}$, the scanning times of nozzle up to 40, and the stand-off distances of 100mm The widths of masked pattern are 0.1mm 0.5mm and 1mm. The powder used is Alumina particles, WA#600. and the blasting pressure of powder is 0.2MPa. Through required experiments, the results are investigated and analyzed. As the results, the machinability of the developed ceramics increases as the BN contents in the ceramics.
In order to prevent the possibility of mixing of metal powder during food grinding processing with the metal roll mill this study was conducted to develope the materials of ceramics roll as a substitute of gray cast iron mill. Since the ceramics is brittle material and can be broken easily by a crack, it was needed to develope engineering ceramics roll materials with high elastic modulus and fracture toughness. Adding 0∼50 wt% Al$_2$O$_3$as densification additives to porcelain body material and forming the ceramics an different condition, mechanical properties were evaluated. The material structure’s densification process was analyzed by SEM and XRD. The evaluation of the mechanical properties of ceramics roll materials were compared and analyzed by non-destructive test using Young’s modulus and destructive test using 3-point bending strength and fracture toughness. The results showed several correlative results. Porcelain body material with 40 wt% Al$_2$O$_3$content heated at 1,200$\^{C}$ for 5h was high bulk density of 2.77, Young’s modulus of 118.4Gpa, 3-point bending strength of 137 MPa and fracture toughness of 2.88 MPa$.$m$\^$$\sfrac{1}{2}$/ . After analyzing the relationship between non-destructive test and destructive test, the coefficient of determination was more than 0.9. Therefore, the evaluation of non-destructive test by ultrasonic was turned out to be feasible in evaluating the mechanical properties of ceramics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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