เซรามิค (Ceramic)

a-limited-edition-sculpture-cask-starbucks

ถ้าจะพูดถึงเซรามิค เรามานึกถึงแก้วกาแฟร้อน ที่ทำจากเซรามิค แม้นว่าไม่เกี่ยวกับเครื่องมือตัด แต่แก้วกาแฟเซรามิคจะช่วยให้ให้เรานึกถึงคุณสมบัติหลักๆของเซรามิคได้ นั่นก็คือ

ทนความร้อนได้สูง (ถึงเอามาใส่กาแฟร้อนๆ จริงๆทนได้สูงกว่านั้นมากถึง 2200 องศาC)
แข็งมากแต่เปราะ (หล่นแล้วแตกกระจาย กระแทกหน่อยก็บิ่นร้าว)
ไม่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน (โดนน้ำร้อนๆเย็นๆสลับกัน มีสิทธิ์แตกร้าวได้ง่ายๆ)

นั่นแหละครับคุณสมบัติหลักของเซรามิค เมื่อเราย้อนกลับไปทบทวนเรื่องราวคุณสมบัติวัสดุที่ใช้ในการตัดขึ้นรูปโลหะ ก็พอจะเห็นความต้องการวัสดุที่แข็งและทนต่อความร้อนสูงมาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ซึ่งเซรามิคมีคุณสมบัตินี้ทั้งคู่ อย่างไรก็ตามโลกนี้มักไม่สมดุลย์ จุดด้อยของเซรามิค คือ ไม่สามารถทนต่อ การกระแทก(เปราะ)และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันได้ มนุษย์เราขึ้นชื่อเรื่องผ่าความสมดุลย์ ก็พยายามเล่นแร่แปรธาตุเพื่อลดจุดด้อยนี้ของเซรามิคลง เพื่อให้สามารถนำมาใช้งานตัดเฉือนโลหะได้ดียิ่งๆขึ้น

Screen Shot 2558-10-24 at 2.32.21 PM

จากความรู้ในการใช้เครื่องมือตัดการก่อนที่จะมีวัสดุเซรามิคมานั้น เราไม่ควรใช้ความเร็วรอบสูงเกิน เพราะจะทำให้เกิดความร้อนที่จุดสัมผัสชิ้นงานสูงมาก ซึ่งจะทำให้ลดอายุของเม็ดมีดลง และถ้าอุณหภูมิสูงถึง 1,200 องศาC ก็จะถึงจุดหลอมเลวของคาร์ไบต์ ทำให้ต้องลดความเร็วรอบลง เพื่อยืดอายุการใช้งานให้สามารถเก็บงานได้จบก่อนอายุเม็ดมีดหมด

แต่เซรามิคนั้นมีคุณสมบัติที่ทนความร้อนสูง (จุดหลอมเหลว 2,200 องศาC)และไม่นำความร้อน เมื่อกลึงหรือกัดงานที่ความเร็วสูงมากๆ จะช่วยทำให้วัสดุชิ้นงานมีความอ่อนตัวลง (Plastic Deformation) ทำให้ตัดงานได้ง่ายขึ้น คุณสมบัติอันนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบินที่มีชิ้นส่วนวัสดุแข็งๆแบบ Inconel หรือในกระบวนการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ที่ทำมาจากวัสดุ titanium เป็นต้น ตารางข้างล่างแสดงถึงการกัดงานระหว่าง คาร์ไบต์ กับเซรามิค จะเห็นว่าสามารถลดเวลา จากเกือบชั่วโมงครึ่งเหลือเพียง15นาที

Screen Shot 2558-11-01 at 1.38.28 PM

เราสามารถแบ่งประเภทของเซรามิคโดยยึดสารประกอบหลัก(เหมือนสายพันธ์) ได้เป็น 3กลุ่ม

กลุ่มแรกเป็น สายพันธ์ Oxide (กลุ่มแวมไพท์ ฟันแหลมคม แพ้ความร้อน)
เป็นเซรามิคที่เกิดจากวัสดุกลุ่ม Alumina-Oxide (Al2O3) มีคุณสมบัติแข็งแต่เปราะและนำความร้อนต่ำ ส่วนใหญ่จะมีสีขาวหรือเทาอ่อนๆ ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตและส่วนผสม สายพันธ์นี้หมาะกับใช้เก็บงานงานละเอียดของเหล็กหล่อ แต่ต้องมีการเตรียมคมตัดที่เหมาะสม (Edge Preparation) ที่จะช่วยยืดอายุของเม็ดมีดเซรามิคให้ยาวนานขึ้น

กลุ่มต่อมาคือ สายพันธ์ Nitride (กลุ่มมนุษย์หมาป่า อึดทนทาน ไม่กลัวแสงความร้อน)
เป็นเซรามิคที่เกิดจากวัสดุกลุ่ม Silicon-Nitride (Si3N4) มีคุณสมบัติที่เหนียวขึ้นและทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดีกว่าสายพันธ์ Oxide เซรามิคกลุ่มนี้จะมีสีเทาเข้ม เหมาะสำหรับงานกลึงหรือกัดหยาบเหล็กหล่อเทา ที่มีเปลือกผิวงานหล่อไม่สม่ำเสมอและแข็ง

Screen Shot 2558-11-01 at 12.21.22 PM

กลุ่มสุดท้ายคือสายพันธ์ผสม กลุ่มนี้จะเกิดจากการเล่นแร่แปรธาตุ เพื่อเพิ่มจุดเด่นหรือลดจุดด้อย ให้สามารถนำไปใช้งานได้หลากหลายประเภทมากขึ้น

สายพันธ์ผสม Mix Oxide (แวมไพท์ทาครีมกันแดด)
พัฒนาต่อยอดจาก Alumina-Oxide โดยการเพิ่มส่วนผสมอื่นๆเข้าไป เพื่อแก้ปัญหาคุณสมบัติที่ด้อยๆของเซรามิคกลุ่ม Oxide หลักๆจะเป็นการเพิ่มสาร TiC เพื่อเพิ่มความทนทานต่อการแตกหัก และเพิ่มคุณสมบัติการนำความร้อน เซรามิคกลุ่มนี้จะเป็นสีดำเนื่องจาก TiC สามารถใช้กลึงและกัดได้ทั้งเหล็กหล่อและเหล็กชุบแข็ง

สายพันธ์ผสม Reinforce Oxide (แวมไพท์ตัดต่อพัธุกรรม)
เป็นการนำ SiC Whiskers ที่มีลักษณะโครงสร้างคล้ายเส้นใยสั้นๆ (ดูรูปประกอบ) มาช่วยยึดโครงสร้างของ Alumina-Oxide ให้สามารถยึดเกาะกันได้เหนียวแน่นขึ้น ทำให้ช่วยเพิ่มคุณสมบัติความทนทานต่อการแตกหักและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด สีของเซรามิคกลุ่มนี้จะออกเขียวอ่อนๆ ซึ่งบางครั้งในตลาดจะเรียก Green Ceramic เหมาะกับวัสดุประเภท Titanium, Inconel หรือเหล็กทนความร้อนสูง ที่ใช้ในอุตสาหกรรมอากาศยาน

SiC Whiskers

สายพันธ์ผสมสุดท้ายคือ SiAlON (การผสมผสานข้ามสายพันธ์)
จากชื่อพอจะเดาได้เลยว่า เป็นการผสมผสานของกลุ่ม Al2O3 กับกลุ่ม Si3N4 ที่กลายมาเป็นเซรามิคกลุ่ม SiAlON เหมาะกับงานทำชิ้นส่วนที่เป็นวัสดุทนความร้อนสูง มีหลายหลายสี ทั้งเทา น้ำตาล เขียว ซึ่งจะมีการพัฒนาต่อยอดต่อไปในอนาคต สามารถกัดงานวัสดุทนความร้อนสูง อย่าง Inconel ได้เป็นอย่างดี ลองดู VDO ประกอบ

ตลาดเครื่องมือตัดแบบเซรามิคนั้นมีการเติบโตสูงขึ้นเป็นมูลค่าถึง 1พันล้านเหรียญสหรัฐ ในปี 2011 ซึ่งเทียบเป็นประมาณ 8.5% ของตลาดเครื่องมือตัดโลหะในโลกนี้ คาดว่าน่าจะมีการเติบโตขึ้นทุกๆปีในอัตราประมาณ 6-7% ส่วนหนึ่งก็จากการเติบโตของอุตสาหกรรมอากาศยาน และเครื่องมือแพทย์ ที่คาร์ไบต์เริ่มจะไม่สามารถต่อกรกับวัสดุชิ้นงานเหล่านี้ได้ดีเท่าไหร่วัสดุเซรามิคมีการพัฒนาต่อยอดไปหลากหลายอุตสาหกรรม ยังคงมีทิศทางพัฒนาต่อไปได้อีกมาก ในอนาคตเราคงเห็นเซรามิคผสมหรือเสริมสร้างโครงสร้างที่พัฒนามากขึ้นไปอีก ไม่ว่าจะทางด้านการแพทย์ อุตสาหกรรมรถยนต์ อีเล็คทรอนิค เป็นต้น

บทความนี้นำมาจากข้อมูลหลายๆแหล่ง
https://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_materials
http://www.ntkcuttingtools.com/
http://www.ceramicindustry.com/
http://www.mmsonline.com/
http://www.moldmakingtechnology.com/

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.