焼結はセラミックス製造における重要なプロセスである。これは、セラミック粉末粒子を融点以下の高温に加熱することを含む。このプロセスは、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さまざまな特性を高めるために不可欠です。
なぜセラミックスは焼結されるのか？5つの主な理由を説明
1.気孔率の低減と粒子密度の増加
焼結の際、セラミック材料は融点以下の温度に加熱されます。これにより、粉末粒子が拡散し、互いに結合します。この結合により、材料全体の気孔率が減少します。粒子間の気孔は減少するか、閉じてしまいます。気孔率の減少は粒子密度の増加につながる。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ます。その結果、非常に硬く、緻密で、強度の高い材料が得られる。この変態は、強度と透光性の大幅な増加を伴う。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.熱と圧力の利用
焼結は通常、高温によって行われる。しかし、特に熱間静水圧プレスのようなプロセスでは、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、特に傾斜金属セラミック複合材やナノ粒子焼結助剤を用いた無圧焼結が採用される。これらも効果的な圧密化と緻密化を達成できる。
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、材料の成形を助け、焼結プロセスを促進する。有機バインダーは、高温・高圧に耐えることのできる、より凝集性の高い構造を提供する。
5.耐環境性
焼結セラミックスは、その緻密で強固な構造により、紫外線（UV）、極端な温度、水、汚れなどの環境要因に対して高い耐性を示します。そのため、屋外や高負荷のかかる用途に最適です。
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