セラミック粉末は、ばらばらで独立した粒子として機能するため、そのままの状態では硬さ試験が不可能です。意味のあるデータを取得するには、これらの粉末を精密鋼ダイと油圧プレスを使用して圧縮し、固定された寸法と高密度を持つ、まとまりのあるディスク状のペレットを作成する必要があります。
硬さデータは、サンプルの密度と同じくらい信頼性が高いものです。粉末を300〜400 MPaで圧縮すると空気が排出され、圧子が粒子間の空隙ではなく固有の強度を測定するために必要な連続した固体表面が作成されます。
試験可能な表面の作成
粒子を固体に変換する
硬さ試験機は、材料の特定の点に力を加える圧子を使用します。
緩い粉末に適用すると、粒子は単にずれたり変位したりします。高圧成形は、この緩い粉末を連続した固体表面に変換し、圧子が測定するために必要な抵抗を提供します。
粒子間の空気の排出
そのままの状態では、セラミック粉末には粒子間に閉じ込められた大量の空気が含まれています。
圧縮プロセスは、この空気を完全に排出するように設計されています。これらの隙間を取り除くことで、プロセスは密な充填を実現し、サンプルが材料自体の表現であり、材料と空気のポケットの混合物ではないことを保証します。
圧縮の物理学
高圧の必要性
軽い手作業による圧力では、必要な密度を達成することはできません。
実験室用油圧プレスは、300〜400 MPaの圧力を印加するために必要です。この極端な力は、粒子間の摩擦を克服し、それらを密に配置された配置に押し込むために不可欠です。
時間と形状の役割
圧縮プロセスは瞬時ではありません。多くの場合、圧力を1時間維持する必要があります。
この期間は、サンプルの構造を安定させるのに役立ちます。精密鋼ダイの使用により、最終的な出力は、試験装置用に標準化された固定された幾何学的寸法を持つディスク状のサンプルになります。
不適切な前処理のリスクの理解
「空隙」変数
サンプルが高密度に圧縮されていない場合、硬さ試験ではセラミックの実際の特性を測定できません。
セラミックを測定する代わりに、装置は粉末の空隙の崩壊を測定します。これにより、材料固有の強度や耐亀裂性を反映しない、ランダムで信頼性の低い値が得られます。
サンプルの一貫性
精密鋼ダイと油圧を使用しない場合、サンプルには構造的一貫性がありません。
緩く充填されたサンプルは、試験圧子の負荷の下で崩れる可能性があります。これにより、材料の機械的限界に関する使用可能なデータを収集できなくなります。
硬さ試験におけるデータ整合性の確保
硬さ試験で有効な科学的データが得られるようにするには、何よりもサンプルの密度を優先する必要があります。
- プロセスの整合性が主な焦点である場合：すべてのサンプルバッチで固定された幾何学的寸法を維持するために、精密鋼ダイを使用するようにしてください。
- データの精度が主な焦点である場合：油圧プレスが300〜400 MPaを1時間印加して、硬さ測定値を歪める空気の空隙を排除していることを確認してください。
適切なサンプル前処理は、変動する粉末を、材料の真の強度を明らかにする信頼性の高い試験可能な固体に変えます。
概要表：
| 前処理要因 | 要件 | 硬さ試験における目的 |
|---|---|---|
| 装置 | 鋼ダイと油圧プレス | 固定された幾何学的寸法を作成し、均一な力を印加します。 |
| 圧力レベル | 300〜400 MPa | 粒子間の空気を排出し、内部摩擦を克服します。 |
| 保持時間 | 最大1時間 | 連続した固体表面のために内部構造を安定させます。 |
| サンプル状態 | まとまりのあるディスク | 粒子移動と圧子の空隙への崩壊を防ぎます。 |
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参考文献
- Daryn B. Borgekov, Dmitriy I. Shlimas. Synthesis and Characterization of the Properties of (1−x)Si3N4-xAl2O3 Ceramics with Variation of the Components. DOI: 10.3390/ma16051961
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .
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