粉末冶金は、粉末を加圧し固化させて寸法精度がよい形状に変化させる材料加工技術の1つです。この手法では、粉末の流動性を利用して最終形状に成形するため、切削工程が不要となります。また、溶解を必要としないことから、溶融法による合成が難しい材料作成が可能です。さらには、複合材料や多孔質体などの作製も得意とする手法です。
粉末冶金の工程は一般的に、①粉末製造、②粉末固化成形、③焼結により構成されています。
焼結とは、固化成形された粉末を融点以下の温度で加熱し、粒子同士の接合によりバルク体にする工程です。粉末の有する種々の欠陥や加工歪ひずみなどのエネルギーを低減させようとする駆動力により粉末の接触点を通じて原子が移動することで、成形体は緻密な焼結体となります。
焼結法は、大きく無加圧焼結法と加圧焼結法に分けられます。加圧焼結法は、粉末を加圧しながら加熱する手法です。黒鉛や金属製の型に充填した粉末あるいは成形体に一軸圧もしくは静水圧をかけながら加熱し焼結を行います。代表的な一軸圧力を印加する焼結法には、SPS法、ホットプレス法があげられます。
SPS法は、一般的に放電プラズマ焼結(SPS; Spark Plasma Sintering)法、パルス通電焼結(PCS; Pulse Current Sintering)法などと呼ばれており、弊社では通電熱加工法と呼んでいます。SPS法は、型に粉末を充填し、一軸圧力とともにパルス状の大電流を印加し、被焼結材および型の自己発熱を利用して焼結する手法です。他の焼結法と比較して短時間で高品位の焼結体が作製可能です。さらに異種材料の接合および材料の合成なども可能です。
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