アルミナの速度制御焼結

焼結過程には、二つの重要な段階が有ります:

  • ポリマーバインダーのバーンアウトと
  • 材料の焼結

バーンアウト中、マイクロクラックの発生を避けるため、重量減少速度がほとんど一定になるように昇温速度を制御する必要が有ります。

最終製品の特性は、温度プログラムによって強く影響を受けます。一般的に、収縮速度が小さいほど密度は高くなります。最適の温度プログラムは、一定の収縮速度を示すものである事がよくあります。

一定収縮速度を得る温度プロファイルの解析のための一般的な方法は、次の通りです:

  • 少なくとも三つの(対数表示で)異なる昇温速度による測定
  • カイネティックス解析
  • 一定の収縮速度に対する温度プログラムの予測

直接の実験的決定方法との関係におけるこの方法の利点は、これらの三つの測定をベースに、それぞれの収縮速度に対する温度プロファイルを予測できることにあります。この方法は、最適の焼結プロセスを評価するコストを低減します。

測定
装置NETZSCH DIL 402 C
試料長さ (mm)18 25
温度範囲 (°C)室温 1700
加熱速度 (K/min)5、10、20

モデルフィッティング

アルミナの焼結の熱膨張測定とマルチステップ反応モデルによるフィッティング

通常は、総収縮量は昇温速度には依存しませんが、上の結果では昇温速度を上げると増加しています。このような反応を説明するには、分岐反応経路を考慮することが必要です。

速度制御焼結のシミュレーション

収縮速度 0.1%/minの速度制御焼結を実現する温度プロファイルの決定

予測された温度プロファイルの実験的再現は、実験と予測の差異が実験誤差の範囲内に収まっていることを示しています。(J. R. Opfermann, J. Blumm, W.-D. Emmerich: Thermochimica Acta 318 (1998) 213- 220).

実験とシミュレーションの比較は、この予測の高度な確かさを示している

少ない測定回数とカイネティックス解析からなるこの技術の総合的利点は、時間を短縮し、コストを低減し、開発の速度を上げることにあります。