セラミックにおける焼結は、セラミック粉末粒子を融点以下の高温に加熱するプロセスである。
このプロセスにより、材料は圧縮され、緻密化されます。
焼結により、気孔率が減少し、強度が増し、導電性、透明性、熱伝導性などの他の特性が向上します。
焼結はセラミックに何をもたらすのか？6つの主な利点
1.加熱と緻密化
焼結中、セラミック粉末は、原子拡散を開始するのに十分な高温に加熱されますが、材料の融点以下です。
この加熱により、粒子は接触点で結合し、焼結プロセスが継続するにつれて成長するネックが形成されます。
この結合によって表面積と表面自由エネルギーが減少し、より緻密な材料構造になる。
2.気孔率の減少
焼結プロセスは、表面積と表面自由エネルギーの減少によって推進される。
粒子が結合すると、材料内の既存の気孔は減少するか、完全に閉じられます。
この気孔率の減少は、セラミックの機械的特性を向上させ、物理的・化学的応力に対する耐久性と耐性を高める上で極めて重要です。
3.特性の向上
焼結は気孔率を減少させるだけでなく、セラミックの様々な特性を向上させます。
例えば、材料の強度を高め、構造用途により適したものにすることができます。
また、用途に応じて、導電性、透明性、熱伝導性を向上させることもできます。
4.粒子径と圧力の影響
焼結の効果は、セラミック粒子のサイズと圧力のかけ方に影響されます。
粒子が小さいほど表面エネル ギーが高くなり、効率的な焼結が促進されます。
さらに、圧力をかけると、焼結時間が大幅に短縮され、その結果気孔率が低下するため、よりコンパクトで強固な最終製品が得られます。
5.材料構造の変化
ジルコニアのような材料の場合、焼結によって結晶構造が変化し、材料の物理的特性が変化する。
例えば、ジルコニアは焼結中に単斜晶構造から多方晶構造に変化し、密度、強度、透光性が向上します。
6.工業的応用
焼結は一般的にキルンで行われ、トンネルキルンや周期キルンがよく使用される。
これらのキルンでは、加熱と冷却の工程を正確に制御できるため、焼結セラミックに所望の特性が確実に得られます。
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