セラミック粒子径のばらつき

質問

セラミックの粒子径ばらつきが大きいと
一般的にどのような悪影響がありますか?

知っているかたおられたらご教授ください。

回答No.2

usokoku

＞組成のものを
熱衝撃に耐えて熱膨張を押さえる低温マットゆ(ガラス化させずに中途半端に溶けた状態で使用する場合として、結晶を生成するような条件で焼成する場合は今回の回答から除外します)のようです。酸性成分(MO2)が入っていないので、アルミナ系釉(生地)として

アルミが高温釉ですとAl(OH)3で供給されるのですが、低温ゆですから、ほうさんフリットで供給されていると解釈します。

マット釉の生成反応は、粒子の接触面だけです。アルミ含有フリットと溶剤(MO+MO2)が反応して、ガラス化します。
しかし、「マット釉」として考えると、接触面だけの反応でガラスのような均一化をしないで一部分未反応の形態を保っていることで、封止部分の形状を保っている(全体がガラス化すると流れてしまう)状態で使用されていると解釈しました。

熱衝撃・熱膨張を押さえる因子は、MgO-Al2O3-B2O5 か BaO-Al2O3-B2O5 系ガラスで、CaO-Al2O3-....は熱膨張を激しくします。粒度分布が広いとこの「ガラス化した部分」の存在割合が部分的に偏りが出きる(熱膨張係数の分布が大きい)・未反応部分と反応部分との熱膨張の差がでてクラック等の原因(機械的強度が弱くなる)になります。
大きい粒子の場合には、反応に時間が必要です。反応済みのガラス化した部分と未反応の部分ができやすくなります。

生地(圧縮した状態のもの)は、程度の差は有れ、空気が入っています。粒子が細かいと表面が溶けて空気が内封され、この空気が原因で機械的強度が弱くなる場合があります。ですから、ある程度粗い場合の状態と、ある程度細かい場合の状態とで物性が異なり、粒度によって線形で物性が変化するものでは有りません。つまり、粒度分布が広いと、どのような結果になるか予想が立たない状態になる場合があります。

生地の加熱によって、なにかしらかのガスが発生するはずなので、空気だけの問題ではありません。先に「空気」と書きましたが、反応生成ガスによっても同様な問題があります。このガスが表面のガラス膜を破壊すれば、不純物の流れこみも激しくなるでしょう。粒度分布が広いと、部分的にガラス化した部分と未反応の部分が多くなるので、少量のガラスで封されたものの未反応部分が後で反応して封を破壊する場合がでます。ところが、極端に細かい場合表面からの加熱で表面に硬い膜ができるものの内部が未反応で時間と共に反応性生物としてのガスが蓄積して一気に噴出・爆発が起こって表面に巨大な穴が出きる場合があります。

粒度分布が広いと焼成時の反応が負均一になりやすいです。

圧縮成型時の場合には、ブリッジの形成の問題があります。
簡単な例ですと、米粒を枡はかり取るとほぼ均一に混ざっています。ところが、道路にまかれている砂利をバケツで取った場合には、道路の砂利ですから、直径4cm以下の砕石ですので、部分的に砂ばかり集まったり、部分的に1cm以上の大きさの小石ばかりあつまったりします。
すると、成型時の攪拌をよほど注意しないと、原料の粒度を揃えていないでしょうから、特定の成分だけが集まり、製品のばらつきが大きくなることが予想されます。

始末に困るのが二山ピークになったときで、不安定で繰り返しがうまく取れない予想もつかない変な機械特性を持ちます(何がなんだかわからなくて泣くしかない、簡単に言えば内部に空洞部分ができる)。これを避けるために、チタンサンバリウム系磁器(セラミックコンデンサー)のプレス成型時は、生地を噴霧乾燥して中空ボール状粒子に加工し、これを圧縮することで生地全体が均一な状態にしています。
例としては、ゴマとダイズを混ぜてバケツに入れて、ちょっとゆすると、底にゴマが集まってしまう。シュレッター屑だけですと配送用のクッション材として隙間にきれいに入るが手で破った紙辺が含まれると空洞部分ができてしまう。割り箸を何本かコップに放り込んで、その上に刺身のツマを乗せるといくらゆすっても割り箸の下に切断ダイコンが落ちてこない。極端な例ですか゛、このような材料の不均一がプレス成型時に発生しやすいです。

プレス成型はほとんどやったことがありませんし、低温ゆも使用経験がありません(高温ゆ用フリットを作るくらい)。間違ったことを書いている場合があります。

粒度分布の広がりは
反応速度・焼成に必要な時間の変化
成型用のはいど作成時の成分のばらつき
プレス成型時の粒子の配向性の問題・ブリッジの形成とそれに伴う空洞部分の発生
が発生します。覚えているのはこの程度です。

回答No.1

usokoku

範囲が広すぎて、ここに書ける分量(市販書籍では200-300ページくらいの内容)ではありません。
せめて「セラミック」の範囲とりゅうけいが問題になる工程部分等を制限してください。

土器かしっき(しゃっき)か磁器か
レオロジー関係か、吸着材か濾材か溶着か絶縁かヌレか収縮か、、

チクソがレオになったり
吸着しないで抜けたり
流量を増やしたら振動したり
隙間が多くて汚くなったり
かたよりのある所で破壊したり
ぬれなかったり
熱膨張係数が変化したり

範囲が広すぎて「一般的内容」から外れた内容を書かざるを得ません。

補足

非常に漠然と書いてすいません。
以下的外れの場合もごめんなさい。

正確に言うとセラミックではありません。
Ca3O 51%
Al2O3 33%
MgO 10%
BaO 4%
B2O3 2%
の組成のものをリング状に圧縮しそれを溶かして接合部分を封止するような用途に使います。われわれの業界ではロウ付けと言っています。

溶かしたその後に固まるのですがその固まった時の粒子径分布のばらつきのどのような悪影響を与えるかを知りたいと思いました。

粒子径分布が大きいと上記にあるようにことが起こりえると思っています。
熱膨張係数の分布が大きい
機械な強度が弱くなる
隙間が多きため不純物が進入しやすくなる

ご指導いただけるとありがたいです。
よろしくお願いします。