セラミックは、粉末粒子を強固で緻密な材料に固め、機械的特性を向上させるために焼結する必要がある。
この工程では、セラミック「グリーン」成形体を融点以下の高温に加熱します。
これにより、粒子間の材料の拡散が促進され、表面エネルギーが低下します。
なぜセラミックは焼結する必要があるのでしょうか？5つの主な理由を説明します。
1.粉末粒子の凝集
セラミックを焼結する主な理由は、原料の緩い粉末状の構造を、固体のまとまった塊に変えることです。
これは、粒子が拡散によって結合するのに十分な温度までセラミック成形体を加熱することによって達成されます。
2.表面エネルギーの低減
焼結は、粒子の表面エネルギーの低下によって促進されます。
温度が上昇すると、固体-蒸気界面が固体-固体界面に置き換わるため、粒子の表面エネルギーが低下します。
このプロセスは熱力学的に有利であり、材料の圧密化につながる。
3.緻密化と機械的特性の向上
焼結中、圧粉体内の気孔は減少または閉鎖し、材料の緻密化につながる。
この緻密化により、セラミックの強度、硬度、熱安定性などの機械的特性が著しく向上します。
また、気孔がなくなることで、外部応力に対する材料の耐性が高まり、全体的な耐久性も向上する。
4.焼結パラメータの制御
温度や圧力などの焼結パラメーターを注意深く制御することで、メーカーはセラミックの密度、気孔率、微細構造を、特定の用途要件を満たすように調整することができます。
このカスタマイズは、セラミック・タイルから切削工具や電気絶縁体まで、幅広い用途で極めて重要です。
5.材料特性の向上
焼結は、材料を強化するだけでなく、その特性も向上させます。
例えば、焼結セラミックスは、電気伝導性、透明性、熱伝導性が向上します。
場合によっては、焼結によって材料のガス吸収性を維持または向上させることもでき、フィルターや触媒などの用途に役立ちます。
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