Document

セラミックス
5月16日(水)
ファインセラミックスの製造法
ニュ－セラミックスの特性支配因子
（組成と構造）
セラミックスの特性［：図２．１参照］
構造特性・・・内部の気孔，粒子サイズ等のマクロ因子に依存［：構造敏感］
機能特性・・・原子配列，原子価，イオン半径，電子状態等のミクロ因子に依存
図２．１セラミックスの特性支配因子
［１］セラミックスの焼結法
『焼結法（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）とは何か』
［定義］：粉末成形体を融点以下の温度に加熱して、粉末粒子が互いに表面拡散
(界面拡散）
（凝着，融着）して、多結晶体に変化する現象
（１）焼結体（多結晶体）の分類［・・・焼成状態による分類］
①多孔質体（：ポ－ラス体）
←従来型セラミックス（窯業製品）
②普通焼結体
③緻密体（気孔：内部ガスの残存に起因した空隙のない焼結体）
・・・ニュ－セラミックス，ファインラミックス
（２）焼結過程
①焼結初期（：低温焼結）＝焼結反応前期段階
・・・焼成前の粉末成形体と変化は殆どない状態
（粉末粒子間に大小の空隙（隙間）があり、気孔率は３０～５０％程
度の多孔体）
②焼結中期（：中温焼結）＝焼結反応中期段階
・・・粉末粒子間の界面拡散反応が進行し成形体の収縮に伴う
気孔の減少が開始する
③焼結終期（：高温焼結）＝焼結反応後期段階
・・・粉末粒子間の気孔が消滅し、結晶粒が成長する
（粉末粒子どうしの界面反応（拡散）に伴う粒成長の発生）
↓
ｅｘ．Ａｌ2Ｏ3セラミックスの焼結過程に伴う
①外観（成形体の形状）［：図３．4参照］
②内部変化（成形体の密度，収縮率）［：図３．5参照］
③組織（微細構造）変化［：図３．6参照］
（３）焼結による粉末粒子の形状変化（：焼結反応の概念）［：図参照］
焼結による粉末粒子の形状変化:緻密焼結体ニューセラミックスの生成過程
（ａ）焼結前期段階（低温焼結）
L”
：焼結前の成形体と変化なし
（ｂ）焼結中期段階（中温焼結）
：粉末粒子どうしの界面拡散反応が進行し、気孔減少に伴う収縮の発生［：Ｌ→Ｌ’］
(c)
図1 セラミックス焼結体緻密化機構
※さらに焼結が進行し(c)「焼結後期段
階（高温焼結）」になると粒子間の
気孔が消滅し、１つの球状粒子に成長する
［：直径Ｌ”の球体(Ｌ’→Ｌ”(Ｌ’＞Ｌ”))］
ニュ－セラミックスの製造法
ニュ－セラミックスの製造法［：図３．１参照］
（１）一般的製造法
・・・多結晶・焼結法（：原料調整→成形→焼結：通常の工程）
（２）特殊製造法
①繊維製造法，②単結晶製造法［：図３．２，図３．３参照］
③結晶化ガラス製造法，④非晶質体製造法
⑤薄膜製造法，⑥表面コ－ティング法
図３．１ニュ－セラミックスの製造法
※単結晶製造法［ＣＺ法：チョクラルスキ－（Czochralski）法］
単結晶の種子結晶を高周波溶解や抵抗加熱法によって加熱・溶融し、
下部に設置された溶融体と接触し、上部に引上げ種子結晶と同じ方位
を有する単結晶を成長させる
・・・半導体Ｓｉ製造用装置（８インチ・ウエハ－作製用）
図３．３ＣＺ法で作製したＢｉ12ＳｉＯ20単結晶
図３．２単結晶製造装置（チョクラルスキ－法）
ニュ－セラミックスの焼結法
焼結：粉末成形体が融点以下の温度に加熱されることによって粉末粒
子が互いに凝着して、多結晶体に変化する現象
多結晶焼結体の分類
①多孔質体
②普通焼結体
③緻密体（気孔のない焼結体）・・・ニュ－セラミックス
焼結過程
①焼結初期（低温）：焼成前の粉末成形体
（粉末粒子間に大小の空隙があり、気孔率は３０～５０％）
②焼結中期（中温）：収縮に伴う気孔の減少が顕著に現れる
③焼結終期（高温）：気孔が消滅し、結晶粒が成長する
・・・例）Ａｌ2Ｏ3の焼結過程に伴う外観変化，内部変化および微細構造
［：図３．４，図３．５，図３．６参照］
図３．４Ａｌ2Ｏ3セラミックスの焼成温度と
外観変化（左から１０００，１２００，
１４００，１５００，１６００℃）
図３．５Ａｌ2Ｏ3セラミックスの
焼成温度と（ａ）密度と
（ｂ）収縮率
図３．６Ａｌ2Ｏ3セラミックスの焼成温度と
内部微細構造の変化

Download Report