セラミック粉末の焼結プロセスでは、いくつかの物理的変化が起こります。ここでは、焼結の主な段階を説明します：
1.粉末の混合：最初の段階では、水、凝集除去剤、結合剤、未焼成セラミック粉末を混合してスラリーを作ります。粉末の組成は、強度、硬度、温度伝導性など、セラミック部品の最終的な特性を決定します。
2.粉末成形：この段階では、スラリーを噴霧乾燥して粉末状にする。その後、粉末を金型に入れ、プレスしてグリーン体を形成する。成形は、冷間または熱間金型プレスで行うことができ、乾燥収縮の少ない緻密なグリーン体が得られる。
3.焼結または焼成：グリーンボディを低温で加熱し、バインダーを燃焼させる。その後、高温で焼結します。焼結では、セラミック粒子を融点以下に加熱します。温度が上昇すると、いくつかの変化が起こります：
- 粒成長：ファインセラミックパウダーは粒成長し、個々の粒子が大きくなり、配列が変わり始めます。
- 粒子の再配列：粒子は毛管力によって再配列を始める。粒子間の接触点では、粒子の一部が液相に溶解し、粒子間のネック部で再沈殿することがある。
- 気孔率の減少：グリーンボディに存在する気孔は、焼結中に減少または閉鎖し、セラミック部品の緻密化をもたらす。気孔率の減少は、グリーン体の初期気孔率、焼結温度、時間などの要因によって決まる。
- 緻密化と機械的特性の向上：気孔がなくなり、セラミック成形体が完全な密度に達すると、セラミック部品の機械的特性が向上します。高密度化により、強度、硬度、その他の機械的特性が向上します。
- 収縮：セラミックスは一般に、焼結中に20～25％収縮する。収縮を制御して均一にするためには、成形段階で良好で均一なグリーン密度を得ることが重要です。
- 液相焼結：焼結中に液相が存在する場合もある。これは液相焼結と呼ばれ、緻密化が困難なセラミックに用いられる。組成物中の少量の添加物が焼結温度で液体を形成し、粒子の再配列と気孔の除去を促進する。
全体として、焼結は粉末成形体を所望の特性と材料特性を持つ緻密なセラミック成形品に変えるための重要なプロセスです。焼結には、セラミック部品の表面エネルギーの低減、気孔の閉鎖、緻密化が含まれます。
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