セラミックの焼結法は、セラミック粉末の「グリーン」成形体を融点以下の高温に加熱することで、粉末粒子を拡散させ、隣接する粒子と結合させる。このプロセスにより、材料の気孔率が減少し、密度が増加するため、機械的特性が向上します。
焼結プロセスの概要
- セラミックスラリーの調製： このプロセスは、セラミック粉末を水、バインダー、凝集除去剤と混合してスラリーを形成することから始まります。このスラリーを噴霧乾燥して、成形に適した粉末を作ります。
- グリーンボディの形成： 噴霧乾燥した粉末を型に入れ、プレスして、焼結前のセラミック成形体の初期形状であるグリーン体を形成する。
- 乾燥と初期加熱： グリーンボディを低温で加熱してバインダーを除去し、焼結プロセスに備えます。
- 焼結： 通常セラミック材料の融点以下の高温で、本体を焼結します。焼結中、セラミック粒子は融合し、ガラス相が流動して粉末構造を取り込み、気孔率が減少するため、材料は著しく収縮します。
- モニタリングと制御： 焼結プロセスは、相転移温度やガラス転移温度などの臨界温度を決定するのに役立つ光ダイラトメーター熱分析などの技術を用いて監視されます。
詳しい説明
- 原動力： 焼結の主な原動力は、粒子の表面エネルギーの低下である。材料が加熱されると、蒸気-固体界面が減少し、粒子間の拡散と結合が促進される。
- 緻密化と特性の向上： 焼結が進むにつれて、グリーンコンパク ト中の気孔が減少または閉鎖し、緻密化が起こ る。この緻密化により、セラミックの強度や硬度などの機械的特性が大幅に向上します。
- 焼結技術のバリエーション： 標準的な焼結プロセスは温度のみを使用しますが、無加圧焼結や熱間等方加圧（HIP）のようなバリエーションも採用できます。無加圧焼結は、傾斜金属セラミック複合材やナノ粒子焼結助剤などの技術を用い、外圧をかけずに緻密化を実現する。一方、HIPは熱と高い静水圧の両方を適用して、複雑な3次元形状を作り出します。
- セラミック材料の変形： 例えば、ジルコニアは焼結中に著しい変態を起こし、単斜晶構造から多方晶構造に変化し、密度、強度、透光性が向上する。
結論
焼結は、セラミック製造における重要なプロセスであり、ルースパウダーを緻密で強靭な耐久性のある材料へと変化させる。このプロセスでは、温度と、場合によっては圧力を注意深く制御して、望ましい材料特性を実現します。
