セラミックにおける焼結とは、セラミック材料を加熱し、場合によっては圧力を加えて、気孔率を著しく減少させ、粒子密度を高めるプロセスである。このプロセスはまた、強度、透光性、硬度などの様々な特性を向上させます。焼結中の変質は、材料の結晶構造や物理的特性を劇的に変化させます。
気孔率の低減と粒子密度の増加：
焼結は、セラミック材料が加熱されて粒子同士が結合し始め、より密度の高い構造が形成されることで機能します。このプロセスでは原子が拡散するため、粉末粒子間の界面がなくなり、全体的な表面積と気孔率が減少します。気孔率の減少は、素材をより高密度にするだけでなく、水や汚れ、極端な温度に対する耐性を高めるため、非常に重要である。素材特性の向上
焼結中、セラミック材料はその結晶構造に変化を起こします。例えば、ジルコニアは単斜晶構造で始まり、高温で多方晶構造に変化します。この変態により、材料の強度、硬度、透光性が向上する。材料は非常に硬くなるため、高速の工具を用いても切削が困難になる。セラミックが高い機械的応力に耐えなければならない用途では、この強度と硬度の向上が重要です。
収縮と物理的変化：
焼結はまた、材料に大きな収縮を引き起こしますが、ジルコニアでは通常約25%です。この収縮は、密度が高くなるにつれて材料の体積が減少する緻密化プロセスの結果です。焼結中の物理的変化は甚大で、材料はチョークのような物質から緻密で硬いセラミックへと変化します。制御変数と技術
焼結の効果は、焼結温度、時間、材料の初期粒度など、いくつかの変数に依存します。一般に、焼結温度が高く、焼結時間が長いほど緻密化が進みます。さらに、焼結中に圧力を加えることで、焼結時間をさらに短縮し、最終的な気孔率を低下させることができる。焼結プロセスを強化するために液相を導入する液相焼結などの技術も使用できる。
