セラミックの焼結温度は、セラミックの種類や要求される特性によって異なります。
例えば、ジルコニアは約1500℃で最適に焼結されますが、炭化ホウ素は効果的な焼結のために2250～2300℃という高い温度を必要とします。
1.ジルコニアの焼結温度
アドバンスト・セラミックスの一種であるジルコニアは、1500℃前後で焼結すると最大の強度を発揮します。
この温度は非常に重要であり、この最適温度からわずか150℃上下するだけでも、材料の強度は著しく低下する。
例えば、ジルコニアの強度は1500℃では約1280MPaであったものが、1600℃では約980MPa、さらに1700℃では約600MPaまで低下する。
このような強度の大幅な低下は、高温での制御不能な結晶粒成長によるもので、安定性の低下やクラックの可能性もある。
さらに、過度に高い温度はジルコニアの透光性を低下させるため、メーカーが推奨する焼結曲線を遵守することの重要性を強調している。
2.炭化ホウ素の焼結温度
高い共有結合性で知られる炭化ホウ素は、より困難な焼結シナリオを提示する。
炭化ホウ素はその強固な結合のため、常圧下で効果的な焼結を行うには、通常2250～2300℃程度の極めて高い温度が必要である。
この温度では、気孔の除去と粒界拡散に必要な体積拡散のメカニズムが採用される。
しかし、このような高温での焼結は、急速な結晶粒成長と残留気孔の形成にもつながり、材料の成形性と全体的な品質に影響を与える。
3.一般的な焼結プロセス
セラミックスの一般的な焼結プロセスには、いくつかの段階があります：
- スラリーの形成： スラリーの形成：水、バインダー、凝集除去剤、未焼成セラミック粉末を均一に混合し、スラリーを形成する。
- 噴霧乾燥： スラリーを噴霧乾燥して粉末にする。
- グリーンボディの形成： 噴霧乾燥された粉末を型に押し込んでグリーンボディを形成する。
- バインダーのバーンオフ グリーンボディを低温で加熱し、バインダーを除去する。
- 高温焼結： 最終工程では、セラミックを高温で加熱して粒子を融合させます。この工程では、ガラス相が流動して粉末構造を取り込み、気孔率が低下するため、材料の著しい収縮が伴います。
4.技術と考察
セラミックの種類や望ましい結果に応じて、さまざまな焼結技術が採用されます。
例えば、無加圧焼結が一般的ですが、熱間静水圧プレスに見られるように、圧力などの外力を加えることもできます。
焼結方法と温度の選択は、セラミック製品の望ましい物理的特性と構造的完全性を達成するために極めて重要です。
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