焼結は、金属粉末、熱、圧力を使用する金属加工プロセスである。
これにより、粒子間の原子拡散と結合が促進される。
その結果、金属の融点に達することなく固体の塊ができる。
このプロセスは、材料の分子構造を変化させるために極めて重要である。
永久的に結合させ、強度、導電性、透光性などの特性を向上させる。
プロセスの概要金属焼結の仕組み
焼結プロセスは、金属粉末を加熱することから始まります。
次にこれらの粉末に圧力をかけます。
熱によって固体内の原子が振動し、ランダムに拡散します。
これにより粒子同士の結合が促進される。
この原子の拡散は、ヘリウム原子が風船の中を拡散して膨らむのに似ている。
拡散の速度は、原子の拡散能力と濃度勾配に依存する。
金属焼結の4つの主要段階
1.初期段階：加熱と圧縮
この段階では、金属粉末は炉の中でマルテンサイト結晶構造を誘起する温度で加熱される。
焼結温度は、液化を防ぐために融点以下に保たれる。
プレスや3Dプリンティング・レーザーのような成形方法は、粉末を部分的に溶かして固めるために使用される。
また、冷間溶接によって粒子を接合し、初期強度を高めることもある。
2.中間プロセス：密度の増加
この段階では、粒子の密度が増加し、粒子が合体する。
一般的には、過渡液相焼結と永久液相焼結の2つの方法が用いられる。
過渡液相焼結では、鉄粉に銅などの材料を加える。
これらの材料は焼結温度で溶けて鉄と融合し、材料を硬化させる。
永久液相焼結では、炭化物のような液体材料を加えて隙間を埋め、材料をさらに結合させる。
3.用途産業における多様性
金属焼結は汎用性があり、様々な産業で利用されている。
特に、電気部品、半導体、光ファイバーの製造に有益である。
このプロセスにより、ネットに近い形状の金属物体が得られ、仕上げ作業は最小限で済む。
そのため、費用対効果が高く、大量生産に効率的である。
4.結論金属特性の向上
金属焼結は、冶金学において重要なプロセスである。
金属粉末を、制御された加熱と圧力によって、固形で緻密、かつ強靭な材料へと変化させる。
この方法は金属の物理的特性を高めるだけでなく、複雑な形状の精密部品を製造する際にも大きな利点をもたらします。
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