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セラミックを焼結する段階で焼結助剤を少量加えるとセラミックが緻密化すると文献にあったのですが、どのような機構で緻密化が起こるのか知りたいです。また、酸化マグネシウムが焼結助剤としては一般的らしいのですがその理由も知りたいです。どちらか片方でもかまいませんのでどなたか教えてください。よろしくお願いします。

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A 回答 (2件)

焼結助剤は、基本的に焼結したいセラミックスよりも融点の低い材料を用います。


イメージとしては、焼結の際、セラミックス粒子と焼結助剤が共存した状態から
温度を上げていくと、焼結助剤粒子のみが融解し、セラミックス粒子間に液相を生じます。
その液相がセラミックス粒子同士を引き付け、隙間を埋めることで緻密化します。
ただし、焼結助剤とセラミックスが反応してしまうと、逆に別なものになってしまうので、緻密化しません。
詳しいことは解かりませんが、恐らくMgOは他のセラミックスと反応しにくいのではないかと考えられます。
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状態図が読めるとして.焼結助剤の機構は



アルカリ土類金属を微量入れると.溶けやすいのでその付近の組成が変化して.低温で焼結可能になります。次第に溶けている範囲が広がると.微量成分ですから.本来の組成に近くなります。
具体的には.状態図を2枚組み合わせてみてください。焼結助剤のある系とない系で。

酸マグを焼結助剤として使うのはたしか.アルミ磁器でしたか?たしか.物性にほとんど影響がないためと記憶しています。より低温での焼成を考えた場合には.鉛を使ったりほう酸を使ったりします。焼成温度を下げる(ゆう剤として使用)しますが.物性が変化しては困るので.物性が変化しないものを選択します。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。まだ調べている途中なんで、参考にさせてもらいました。

お礼日時:2001/10/05 07:33

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Q固相焼結と液相焼結について

焼結について勉強しているのですが、本の中にこの二つの言葉(固相焼結と液相焼結)が出てくるものの詳しい説明が載っていません。この二つはどのようなものなのでしょうか?

Aベストアンサー

まず「焼結」ですが、「固体の粉体を高温(ただし融点以下)に加熱した場合、粉末の粒子が相互に結合し緻密な多結晶体となる現象」などと説明されるのはご存じかと思います。

粉体の粒子が、相互に・緻密に結合するには何らかの物質移動が必要です。
いま下の図のように二つの粒子AとBがあり、BがAと結合しながら飲み込まれつつある状況を考えてみます。周囲の環境は真空(あるいはこれらの物質と反応しない気相)だとします。

  ___ 
 /   \ ←←表面拡散
│     ┃ ̄\
│ 粒子A ┃B │
│     ┃_/
 \___/

図1 固体の粒子のみ存在する場合

その際、粒子間の物質移動の経路は
(1)ABの界面(太線)を通じた固体内拡散
(2)物質表面での表面拡散
の2つのみです。このように系に液相が存在せず、固体である粒子間で直接物質のやり取りをして緻密化が進む現象を「固相焼結」と呼びます。

これに対し、上記の系が何らかの液体中に埋まっていた場合について考えてみます。粒子AとBの間にも液相は入り込むとします(毛細管現象です)。

  ___  液 相
 /   \ 
│     ││ ̄\
│ 粒子A ││B │
│     ││_/
 \___/ ↑粒子間にも液相

図2 固体粒子が液相中に存在する場合

すると今度は、液相を介した溶解-析出過程を物質の移動経路として利用することが可能になります。このように系に液相が存在し、液相を介しての物質輸送が支配的である焼結を「液相焼結」と呼びます。
一般に固体内の拡散に比べ液体中の物質拡散ははるかに速く、また液相を介すことで直接接していない粒子間の物質移動も可能となるため、通常は液相焼結の方が固相焼結より速く進みます。
実際の焼結過程では、焼結させたい物質より融点が低く、かつ焼結させたい物質を液相になったときよく溶かすような物質を原料粉末に混ぜておきます。この粉体を加熱すると加えた物質が液相となるわけです。あるいはある種のセラミックスの焼結のように、粒子表面の自然酸化層が添加物と反応して液相を形成する例もあります。
なお液相が生成すると粒子の再配列が起きやすくなり、これも焼結の促進に寄与します。

まず「焼結」ですが、「固体の粉体を高温(ただし融点以下)に加熱した場合、粉末の粒子が相互に結合し緻密な多結晶体となる現象」などと説明されるのはご存じかと思います。

粉体の粒子が、相互に・緻密に結合するには何らかの物質移動が必要です。
いま下の図のように二つの粒子AとBがあり、BがAと結合しながら飲み込まれつつある状況を考えてみます。周囲の環境は真空(あるいはこれらの物質と反応しない気相)だとします。

  ___ 
 /   \ ←←表面拡散
│     ┃ ̄\
│ 粒子A ┃B │
...続きを読む

Q密度の求め方

ある金属の密度を知りたい場合、
・結晶構造
・格子定数
・原子量
が分かっているとき、どのようにして計算すればよいのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

簡単のため、格子定数が1つだけの面心立方格子と体心立方格子にだけ触れます。

単位格子当たりの原子の個数は、
・面心立方格子ならば4個
・体心立方格子ならば2個

だから、単位格子当たりの質量(単位はグラム)は、
・面心立方格子ならば4[個]×原子量[g/mol]÷アボガドロ数[個/mol]
・体心立方格子ならば2[個]×原子量[g/mol]÷アボガドロ数[個/mol]

(アボガドロ数 = 6.02E23個/mol)

一方、
格子の一辺の長さは、
格子定数[オングストローム]×10^(-10)[m/オングストローム]

だから、単位格子の体積は、
体積 = 一辺^3 = 格子定数^3 × 10^(-30) [m^3]


単位格子当たりの質量を単位格子の体積で割り算すれば密度[g/m^3]になります。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Q粉末冶金法と焼結の違い?

どなたか教えて下さい。
また、おすすめの本等がありましたらあわせて教えて下さい。

Aベストアンサー

焼結(sintering)とは一般に、ある物質の粒子が融点以下の温度で相互に結合し固く焼き締まる現象を言います(焼結Aとします)。広義には焼き固めるために高温で焼く行為のこと(焼結Bとします)も指し、さらに広義には焼結Bの前後の一連の工程も含めて「焼結」(焼結Cとします)と呼ぶこともあります。engelrinaさんがご回答の「焼結」は、最初の文章では焼結Aに、2番目の文章ではBに当たります。
なお焼結Bは「焼成」と呼んで区別することもあります。

粉末冶金法とは、原料金属粉末を所定の組成で混合し、型に入れプレスして、固めたもの(成形体)を高温の焼成炉に入れて焼き固める(焼結させる)工法のことを言います。硬くて加工が難しく、融点の高い合金の成形に向きます。

「粉末冶金法」の用語は基本的に焼結Cの意味に当たります。またその場合「焼結」との使い分けはそれほど厳密ではありません。例えば「焼結で部品を作る」と言えば、それは焼結前後の全工程も含めての意味です。この場合「粉末冶金(法)で部品を作る」と言っても同じことです。
あるいは粉末冶金法で得られた材料を「焼結合金」とも呼びますが、別に原料粉末混合や金型プレスの工程を省いた合金というわけではありません。全工程の中でもっとも重要で特徴的な工程が「焼結」であるためにそのように呼んでいるわけです。
敢えて申し上げるならば、金属の代表的な加工法である「鋳造」「鍛造」といった用語と対比する場合には「粉末冶金(法)」の用語を使うことが多いように思います。

なお「冶金」の文字が付いていますから、金属材料以外(例えばセラミックス)の焼結には当然ながら「粉末冶金(法)」の用語は使われません。それらの場合は常に「焼結」です。また焼結Aの意味で「粉末冶金(法)」の用語が使われることはなく、焼結Bを指すことも稀です。

まとめますと
・「焼結」の用語は意味に幅がある
・「粉末冶金法」は焼結(冒頭の焼結A)を利用した工法である
・「焼結」の定義で最も広いものであれば、「粉末冶金法」が指す内容とほぼ同じ
ということになるかと思います。

「おすすめの本」(参考文献)はjakkyさんの目的が何であるか、つまり理論的なことを知りたいのか、粉末冶金の実際のプロセス技術を知りたいのかによって当然ながら変わってきますが、理論面であればとりあえず以下などを読んでみてはいかがでしょうか。

Randall M. German著、三浦・高木訳 「粉末冶金の科学」(1996)、内田老鶴圃

Randall M. German著、守吉ほか共訳 「液相焼結」(1992)、内田老鶴圃
http://shopping.yahoo.co.jp/shop?d=jb&id=18692604

焼結(sintering)とは一般に、ある物質の粒子が融点以下の温度で相互に結合し固く焼き締まる現象を言います(焼結Aとします)。広義には焼き固めるために高温で焼く行為のこと(焼結Bとします)も指し、さらに広義には焼結Bの前後の一連の工程も含めて「焼結」(焼結Cとします)と呼ぶこともあります。engelrinaさんがご回答の「焼結」は、最初の文章では焼結Aに、2番目の文章ではBに当たります。
なお焼結Bは「焼成」と呼んで区別することもあります。

粉末冶金法とは、原料金属粉末を所定の組成で混合し、型に入れ...続きを読む

Q金属の化合物の導電性は何で決まる?

初めまして。電気系エンジニアを生業としている者です。
世の中にはいろんな金属の化合物(例えば、銅だと、酸化銅、硫化銅、塩化銅など)が
存在しますが、これらが導電性を有するかどうかというのは、何で決まってくるので
しょうか?
またそれは、簡単に判断が付くのでしょうか?(例えば、周期表を見れば判るとか)
ご存知の方、教えて下さい。よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

結論から言うと、#3の回答者さんのおっしゃる、調べてみないと分からないです。
まず、イオン性結晶の物質は、結晶内部で+イオン状態の原子と-イオン状態の原子が存在し、外殻電子が-イオンに局在するので自由に動ける電子が無くなり、絶縁性が高い場合が多いです。結合の強さとは直接は関係有りません。しかし、CuO以外にもCrO2、Fe3O4など例外も多く。また、理想結晶なら絶縁性でも、酸素欠陥などが有るとその分が伝導電子に寄与するため、NiOなどはかなり導電性が出ます。#5の回答に有るようなイオン伝導の可能性も出てきますし。
質問者さんの場合など、材料表面の自然に生成した化合物のようなので、理想的な化合物特性からはかなりすれている可能性も高いです。
導電性の物理的なメカニズムは#5の回答どおりなのですが、バンド構造自体が導電性以上に調べるのが難しい情報(計算でも出ますが、信頼性が低いのと、絶対零度での結果になります)ですから、実用材料評価には使いにくいですね。
従って、現実的な判断方法は、予想される生成物を考えて、材料系のハンドブックや辞典類などで導電性を調べることでしょうね。

結論から言うと、#3の回答者さんのおっしゃる、調べてみないと分からないです。
まず、イオン性結晶の物質は、結晶内部で+イオン状態の原子と-イオン状態の原子が存在し、外殻電子が-イオンに局在するので自由に動ける電子が無くなり、絶縁性が高い場合が多いです。結合の強さとは直接は関係有りません。しかし、CuO以外にもCrO2、Fe3O4など例外も多く。また、理想結晶なら絶縁性でも、酸素欠陥などが有るとその分が伝導電子に寄与するため、NiOなどはかなり導電性が出ます。#5の回答に有るようなイオン伝導の...続きを読む

Q質量パーセントと重量パーセント

質量パーセントと重量パーセントの単位はそれぞれ違うのでしょうか?
mass% wt%というのがありますが、それでしょうか?
また、このmass%とwt%の違いも教えていただけませんか?

Aベストアンサー

質量パーセント濃度と重量パーセント濃度は同じで、mass%とwt%も同じことを表わします。
でも、混ぜて使ってはいけません。
「質量」とmass%を使うほうが望ましいと思います。

Qアルミナの溶解

アルミナ(酸化アルミニウム、Al2O3)を溶かしたいのですが良い方法を御存知のかたいませんか?
書物によると酸でもアルカリでも溶けにくい、とあるのですが・・・。

Aベストアンサー

>アルミナが溶けるという解釈でよいでしょうか?
ミズガラスに漬いては.溶かし方を聞いているだけで「とけるかとけないか」と聞かれたらば「わからない」と答えます。

というのは.「酸化アルミ」にも色々酒類があり(水酸化アルミと酸化アルミと珪酸塩の混合の度合い.含水立....).反応が異なります。あるものはすぐに溶剤(鉛・ホウ素・ミズガラス等)に溶けますが.あるものは溶けません(不純物とか結晶構造とか海面活性とか粒子径の影響)。やってみなければわからない世界です(ミズガラスの製造においては溶けないものを炉別します)。お使いになっているアルミナの酒類によってはまったく溶けないことも考えられます。

酸化アルミでスピネルを作ることをしましたが.スピネルにまで反応するのは1割に満たない反応もありました。

反応条件については.ミズガラスの製法を参考にしてください。かなり古いケミアブでさかのぼる必要があります。

QNをPaに単位換算できるのか?

大変困ってます。
皆さんのお力をお貸しください。

加重単位Nを圧力単位Paに変換できるのでしょうか?
もし出来るとしたらやり方を教えてください。
具体的には30Nは何Paかということです。
変換の過程も教えていただければ幸いです。

是非、ご回答、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

 No.1さんがおおまかに答えておられますが、補足します。
 N(ニュートン)は力の単位です。対して、Pa(パスカル)は圧力の単位です。これらは次元が違うので、単独では変換はできません。
「30 Nは何Paか」
というのはナンセンスです。
 NとPaの関係は、
Pa = N/m^2
です。質問が、
「30 NをPaを使って表せ」
というのならば、
30 N = 30 Pa・m^2
となります。m^2(平方メートル)という単位が必要になります。物理量の間の関係、
圧力 = 力/面積
および、単位の間の関係
Pa = N/m^2
を整理して覚えてください。

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

QX線回折(XRD)分析の半値幅について

現在粉末用のXRD装置を使用しているのですが、半値幅に含まれる情報に関して教えてください!
参考書などを呼んでいると、結晶性のピークに着目した場合、ピークの半値幅が大きくなるほど結晶子サイズは小さいことを意味すると書いてあり、これはなんとなくわかりました。
しかし、非結晶性のものを測定すると一般的にはブロードピークとなるものが多いかと思うのですが、相互関係がわかりません・・・。非結晶性のものは結晶子サイズが小さいということではないですよね?

段々結晶子サイズが小さくなっていった時に、少しづつピークはブロードに近づくとは思うのですが、
・結晶子サイズが小さくなっている
というのと、
・非結晶性のものである
というものの区別はどうやって判断したらよいのですか?ある程度は半値幅を超えたら非結晶性のものとかいう基準があるのでしょうか?

Aベストアンサー

半値幅から微結晶サイズを求めるシェラーの式は、固体中にある
微結晶のサイズを求めるための式です。適用できる微結晶サイズは
nmオーダから0.1μmまでの範囲です。この点に注意してください。

さて微結晶サイズが小さくなると半値幅はサイズに反比例して拡がり、
ピークはだんだん鈍くなります。さらに小さくなるとブロードで
ガラス等による散乱パターンに似たものになることも有ります。

ピークの拡がりは、1)結晶が十分な大きさで無いこと、2)結晶に
欠陥があるか、または空間的な規則性が低いか、3)装置による制約
から来ます。
原因3)は基準物質を使い補正計算をしてある程度除去することが
できます。
原因1)の影響を考慮したのがシェラーの式ですが、常に原因2)の寄与
も含まれています。
原因2)は小さくても結晶で有れば散乱強度を決める構造因子は定まります。
ここで構造因子に欠陥や小さくなることで発生した構造の乱れを組込めば
非晶性の広がったハローを再現できるかも知れません。
しかし、非晶性物質では構造の乱れは大きすぎ、結晶学的な構造因子は
もう決められません。
その代わりに、原子の相互配置を確率的に表した動径分布関数が散乱強度
の計算に導入されます。
一つの物質からの散乱強度の計算に、ここまでは構造因子方式、ここからは
動径分布関数方式という使い分けはされていません。

したがって、結晶子サイズが小さくなっているというのと、非結晶性の
ものであるということの明確な境界は無いように見えます。
当然、ある半値幅を超えたら非結晶性のものとかいう基準は有りません。

溶融体を急冷して結晶化させようとした場合、できたモノを欠陥だらけの
極微細結晶からなるとするか、非晶質になったと解釈するかは半値幅だけ
からはできないと思います。

半値幅から微結晶サイズを求めるシェラーの式は、固体中にある
微結晶のサイズを求めるための式です。適用できる微結晶サイズは
nmオーダから0.1μmまでの範囲です。この点に注意してください。

さて微結晶サイズが小さくなると半値幅はサイズに反比例して拡がり、
ピークはだんだん鈍くなります。さらに小さくなるとブロードで
ガラス等による散乱パターンに似たものになることも有ります。

ピークの拡がりは、1)結晶が十分な大きさで無いこと、2)結晶に
欠陥があるか、または空間的な規則性が低...続きを読む


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