焼結

I

プロローグ

粉末状の金属から製品をつくる技術は粉末冶金とよばれてきたが、今日では、セラミックなどの非金属もふくめた加工法として焼結ということが多い。

II

焼結の原理

焼結は、原料の融点(→ 凝固点)以下の温度でおこなうことが多い。粉末の粒子をまったく融解させないで成形する焼結を固相焼結といい、一部融解させる場合を液相焼結という。

微細粒子の間では、ファンデルワールス力、すなわち原子や分子の間にはたらく引力が強く作用し、粒子表面の原子が移動するだけで強い結合力が生じる。加熱する前に静水圧圧縮成形などの方法で粒子をかためるのも、寸法精度を高くし、強度を大きくする効果がある。

焼結の工程では、材料の酸化(→ 酸化と還元)をふせいだり、積極的に還元するために、不活性ガスや還元作用のあるガスの中で加熱されることもある。

III

焼結の利用

粉末は高圧で圧縮して、融点未満の温度で加熱しても、固形の製品ができあがる。焼結による工業製品としては、(1)小さい大量生産の歯車、てこ、自己潤滑スリーブ軸受、そのほか多くの自動車部品、家庭用器具、パワー工具、他の機械類。(2)炭化金属、浸炭した工具、ダイ。(3)ジェットエンジンのタービン部品、濾過につかうフィルター、硬貨、タングステンのワイヤー、自動車のターボチャージャー用の部品などがある。粉末冶金は、経済性を問題にする場合か、ほかの方法では要求どおりの品質がえられないとき(カーバイド工具、多孔性軸受、フィルター)につかわれる加工法である。

IV

造粒

大部分の粉末は、溶融した金属や合金を微細化してつくられる。霧化またはアトマイズといわれる工程は、金属溶湯の細流を水や空気のジェット流で機械的に噴射して0.01～1mmの粒に微細化する。粉砕機にかけるか、固形の金属を断片に粉砕する方法でつくることもある。ほかに粉末の酸化物を金属に還元するか、懸濁液の中から金属粒子の沈殿物を還元させるような、化学的方法もある。