焼結粉末

粉末焼結とは、圧粉体（粉末を圧粉した部分）の温度を一定の温度まで上昇させ、その温度で一定時間保持することです。焼結温度は通常、粉末金属の融点の 70% ～ 90% です。これにより、成形体内で一緒に押し付けられた粉末粒子間に結合メカニズムが発生します。グリーンコンパクト内の結合は弱く、このプレスされた未焼結部品は通常、取り扱うのに十分な構造的完全性を持っています。焼結中に生じる結合により、部品が大幅に強化されます。

焼結中、個々の粒子構造は消失し、材料は塊として形成されます。従来の焼結では部品の気孔率をすべて除去することはできませんが、気孔率はさらに減少します。焼結により体積が減少するだけでなく、圧粉体中の相互接続された開放気孔の領域も分離される可能性があります。これらの孤立した領域は外部環境から遮断されているため、閉じた気孔になります。焼結の特徴は、初期の加工段階で必要だった粉末内の添加剤が燃え尽きることです。最終製品の材料の純度を維持するには、潤滑剤、結合剤、解膠剤などの不要になった成分を除去することが不可欠です。焼結により、部品の材料の強度と密度が高まるだけでなく、延性、熱伝導率、電気伝導率も高まります。収縮は焼結中に発生しますが、製造プロセス要因を制御する際に計算されます。

焼結中に結合を引き起こすメカニズムは多様かつ複雑です。結合が発生する主なメカニズムは拡散であると考えられていますが、メカニズムは製造プロセスの要因や粉末の特性によって異なります。拡散とともに発生する可能性のある他のメカニズムには、塑性流動、再結晶化、粒子成長、液相物質の輸送、気相物質の輸送などがあります。結合の種類が異なれば、物理的特性も異なる場合があります。2 つの異なるメカニズムによる粒子の結合を以下に示します。拡散結合により粒子間の距離が縮まり、空間が減少します。相物質輸送により、粒子間の距離を同じに保ちながら物質が追加されます。

焼結中の結合メカニズムは複雑で異なりますが、この粒子結合を実現する主な原動力は、表面積の減少によるエネルギーの減少であると考えられています。より大きな表面積を持つ粉末は、結合へのより高い推進力と、この位置エネルギーの低下をもたらします。

異なる金属粉末の合金化も焼結中に発生します。焼結温度は、少なくとも 1 つの粉末成分の溶融温度より常に低くなければなりません。場合によっては、焼結温度が一方の材料の融点よりも高く、もう一方の材料の融点よりも低い場合があります。これを液相焼結といいます。液相焼結では気孔を除去し、優れた材料特性を備えた部品を製造できます。