焼結は、セラミック粉末粒子を融点以下の高温に加熱して圧密化する、セラミック製造における重要なプロセスです。この工程は、気孔率を減らし、粒子密度を高め、強度、硬度、化学的安定性などの諸特性を高めるために不可欠である。
1.気孔率の低減と粒子密度の増加：
焼結中、セラミック材料は融点以下の温度に加熱され、粉末粒子が拡散して互いに結合します。この結合により、粒子間の気孔が減少または閉鎖するため、材料全体の気孔率が低下します。気孔率の減少は粒子密度の増加につながり、これはセラミックの機械的特性を向上させる上で極めて重要である。2.機械的・物理的特性の向上：
焼結プロセスは、セラミック材料を強化するだけでなく、その機械的特性を大幅に向上させます。例えば、予備焼結されたジルコニアは、焼結中に単斜晶の結晶構造から多方晶の状態に変化し、その結果、非常に硬く、緻密で、強度の高い材料になります。この変態は、強度と透光性の大幅な増加を伴うため、焼結セラミックは、耐久性と耐摩耗性が重要な様々な用途に適しています。
3.熱と圧力の使用：
焼結は一般的に高温で行われますが、特に熱間静水圧プレスのような工程では、圧力を加えることもあります。圧力の使用は、材料の圧密をさらに高め、焼結時間を短縮することができる。場合によっては無加圧焼結が採用され、特に傾斜した金属-セラミック複合材やナノ粒子焼結助剤を用いることで、効果的な圧密化と緻密化を達成することもできる。4.有機添加物の役割
セラミック原料の中には、可塑性が低く水との親和性が高いため、焼結前に有機バインダーの添加を必要とするものがある。これらの添加剤は、材料の成形に役立ち、高温・高圧に耐えうる凝集構造を提供することで焼結プロセスを促進する。
