Bir CNC tezgahının başına geçtiğinizi ve bir parça alüminyumu işlediğinizi hayal edin. Bıçak metale dalar, metal akar ve uzun, kıvrımlı talaşlar çıkar. Şimdi aynı tezgahta bir seramik bloğu işlemeye çalıştığınızı düşünün. Sonuç genellikle ya kırılan bir kesici uç ya da tuzla buz olan bir seramik parçasıdır.
İleri seramikler, uzay araçlarından protezlere kadar her yerde kullanılsa da, bu malzemelere şekil vermek (machining), üretim sürecinin en pahalı ve en riskli aşamasıdır. Peki, bu malzemeleri bu kadar "asi" yapan nedir?
İleri seramiklerin en belirgin özelliği sertlikleridir. Çoğu seramik, sertleştirilmiş çelikten 3-4 kat daha serttir. Bu durum, geleneksel kesici takımları (HSS veya standart karbür) işlevsiz kılar.
Seramikleri işlemek için genellikle Elmas (PCD - Polikristalin Elmas) veya CBN (Kübik Bor Nitrür) gibi süper-sert takımlar gerekir. Ancak bu takımlar bile seramik karşısında çok hızlı aşınır. Metal işlemede saatlerce dayanan bir uç, seramik işlemede dakikalar içinde körelebilir.
İşlemenin önündeki en büyük engel sertlik değil, Kırılganlıktır (Brittleness). Metaller "sünek" (ductile) malzemelerdir. Kesici uç baskı yaptığında metal esner, deforme olur (plastik deformasyon) ve koparak talaş oluşturur.
Seramikler ise gevrektir. Esnemezler. Kesici uç malzemeye baskı yaptığında, seramik deforme olmak yerine çatlamayı tercih eder. Bu yüzden seramik işlemede talaşlar, kıvrımlı şeritler halinde değil, toz veya küçük parçacıklar halinde çıkar. Eğer kesme kuvveti kontrol edilmezse, bu mikro çatlaklar birleşir ve parçanın tamamen kırılmasına neden olur.
Bazen bir seramik parçasını başarıyla işlemiş gibi görünebilirsiniz. Yüzeyi parlak ve pürüzsüzdür. Ancak mikroskop altında bakıldığında, yüzeyin hemen altında binlerce mikro çatlak olduğu görülür.
İşleme sırasında oluşan yüksek baskı, malzemenin derinliklerine doğru ilerleyen çatlaklar yaratır. Bu "görünmez yaralar", seramik parçanın kullanım sırasında (örneğin bir uçak motorunda çalışırken) aniden kırılmasına neden olabilir. Bu yüzden havacılık gibi kritik sektörlerde işlenen seramikler, çok sıkı (ve pahalı) testlerden geçirilir.
Talaşlı imalat sırasında sürtünmeden dolayı çok yüksek ısı açığa çıkar. Metaller bu ısıyı talaş yoluyla atabilir veya iletebilir. Ancak zirkonya veya alümina gibi bazı seramiklerin ısı iletkenliği düşüktür.
Isı, kesme bölgesinde hapsolur. Bölgesel olarak aşırı ısınan ve soğutma sıvısı ile aniden soğuyan seramik yüzeyinde "termal şok" çatlakları oluşur. Bu, camın içine kaynar su döküldüğünde çatlamasına benzer bir durumdur.
Bu zorlukları aşmak için mühendisler geleneksel tornalama veya frezeleme yerine farklı yöntemler kullanır:
Taşlama (Grinding): Seramik işlemenin %80'i keserek değil, aşındırarak yapılır. Elmas tozları içeren taşlama diskleri, malzemeyi toz halinde kaldırır.
Ultrasonik İşleme: Kesici takıma saniyede 20.000 kez titreşim verilerek malzemenin daha kolay kırılması (mikro-çatlatma) sağlanır.
Sünek Modda İşleme (Ductile Regime Machining): Çok hassas makinelerle, o kadar ince talaş kaldırılır ki (nanometre seviyesinde), seramik malzemeyi "kandıran" mühendisler, onun cam gibi kırılmasını değil, metal gibi akmasını sağlarlar.
İleri seramiklerin talaşlı imalatı, malzeme bilimi ile üretim teknolojisinin sınırlarının zorlandığı bir alandır. Yüksek takım maliyetleri, yavaş üretim hızları ve yüksek fire riski, seramik parçaların neden pahalı olduğunu açıklar. Ancak ısıya, aside ve aşınmaya karşı gösterdikleri o muazzam direnç için bu zorluğa katlanmaya değer.
