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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 回答 (1件)

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。
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この回答へのお礼

非常に分かりやすく、かつ丁寧に教えていただきありがとうございました。

お礼日時:2004/07/25 23:06

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Q焼結助剤について

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。

Aベストアンサー

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。

Q粒界拡散とは

粒界拡散とはどんなことでしょうか。できたら具体的な例で教えてください。おねがいします。

Aベストアンサー

拡散現象は酔歩問題(ランダムウォーク)を併せて議論されたりしますが、酔っ払いが一体どこにたどり着くかという問題に興味を持って、随分以前ですが少しだけ調べたことがあります(←大袈裟、ほんのさわりだけ)。
拡散の熱力学はmomotarosamuraiさんが書かれていますので異なる観点から少し述べてみます。
固体内の拡散機構として4つの機構が提案されています。
1)格子間機構:結晶格子間をランダム歩行しながら原子が移動。
2)空孔機構:熱励起や不純物の添加で生じた結晶中の空孔が隣接する原子と位置を交換しながらランダム歩行していく。
3)準格子間拡散機構:1)と2)を併せたようなもので、格子と格子の間に原子が移動して格子間原子となり、これが次々とランダム歩行していく。
4)リング機構:空孔のような格子欠陥の存在を必要とせず、隣接する原子同士がリングを作り、リングを作った原子が互いに同時に位置を交換し合い、この交換を順次繰り返して拡散していく。

拡散の種類として
1)固体内部の拡散を体積拡散
2)固体表面の原子が表面に沿って拡散するのを表面拡散
●3)粒界拡散:結晶粒界に沿って原子が拡散
→結晶粒界(結晶粒間に生じる界面)やその近傍では原子の配列が乱れていますので、その乱れのお陰で原子は拡散しやすいということになります。
4)転位拡散:結晶中の欠陥である転位(原子配列あるいは結晶格子の乱れが1つの線に沿って生じている欠陥)に沿って原子が拡散
尚、粒界拡散の具体例は「セラミックス」で検索されればそこそこでてくると思います。
下記URLはアルミニューム合金の拡散に関するレポートで拡散の概論を知る上で参考になると思います。

参考URL:http://inaba.nims.go.jp/diff/DIF_Hirano/DIF3/hirano3.html

拡散現象は酔歩問題(ランダムウォーク)を併せて議論されたりしますが、酔っ払いが一体どこにたどり着くかという問題に興味を持って、随分以前ですが少しだけ調べたことがあります(←大袈裟、ほんのさわりだけ)。
拡散の熱力学はmomotarosamuraiさんが書かれていますので異なる観点から少し述べてみます。
固体内の拡散機構として4つの機構が提案されています。
1)格子間機構:結晶格子間をランダム歩行しながら原子が移動。
2)空孔機構:熱励起や不純物の添加で生じた結晶中の空孔が隣接する原子と位置を交換...続きを読む

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

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

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ミラー指数:面間隔bを求める公式について

隣接する2つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2) ・・・(1)

となる。

質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベ...続きを読む

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。

Q測定したデータの誤差を計算する方法

集めたデータのばらつきを求めるときに使う計算法として、標準偏差がありますが、「誤差=平均値±標準偏差」と考えていいのでしょうか?
ほかに標準誤差というのがあるようなのですが、説明を読んでも何を意味している誤差なのか理解できません。
ちなみに、データは以下の通りです。

データ数:60
最高値:39.00
最低値:11.00
平均値:22.56
標準偏差:5.261
標準誤差:0.679(5.261/√60)
標準偏差を誤差と考えると22.56±5.261で、総データの70.0%が含まれます。
標準誤差を誤差と考えると22.56±0.679で、総データの10.0%が含まれます。

回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ここで言う標準誤差は,平均値の確度を表す指標です.
(私自身は標準誤差という名称は初めてですが...)
なので母集団の平均の推定値は算出した平均値±α*標準誤差
(αは推定値の信頼度によって変化します.詳しくは
統計の教科書のt-分布のあたりをご覧下さい)

あと質問者さんは誤差を求めたいようですが,誤差の定義は
誤差=測定値-真値
であり,一般に真値は分からないので誤差は分からないことになります.
また何の誤差をお知りになりたいのかも不明です.上のデータが何をあらわしてるのかは不明ですが,
同一のものを60回測定した結果であれば,母集団の平均の推定値がほぼ真値を表しますので,誤差は,ほぼ標準偏差と考えることができるように思います.
一方60個の別のものを測定したとすれば,母集団の平均の推定値は母集団の平均値であり,標準偏差は60個のものの分布を表していることとなり,誤差という話はあまり出てきません.(無理に言えば,製造の誤差と言えなくもありませんが)

Q誘電率(ε)と誘電正接(Tanδ)について教えてください。

私は今現在、化学関係の会社に携わっているものですが、表題の誘電率(ε)と誘電正接(Tanδ)について、いまいち理解が出来ません。というか、ほとんどわかりません。この両方の値が、小さいほど良いと聞きますがこの根拠は、どこから出てくるのでしょうか?
また、その理論はどこからどうやって出されているのでしょうか?
もしよろしければその理論を、高校生でもわかる説明でお願いしたいのですが・・・。ご無理を言ってすみませんが宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

電気屋の見解では誘電率というのは「コンデンサとしての材料の好ましさ」
誘電正接とは「コンデンサにした場合の実質抵抗分比率」と認識しています。

εが大きいほど静電容量が大きいし、Tanδが小さいほど理想的な
コンデンサに近いということです。
よくコンデンサが突然パンクするのは、このTanδが大きくて
熱をもって内部の気体が外に破裂するためです。

伝送系の材料として見るなら、できるだけ容量成分は少ないほうがいい
(εが少ない=伝送時間遅れが少ない)し、Tanδが小さいほうがいい
はずです。

Q脱炭のメカニズム

脱炭のメカニズムがいまいちわかりません。ネットで検索すると以下のように出ておりました。

[酸素雰囲気で鋼を加熱して酸化させたときに材料内の炭素含有量が少なくなる現象。酸素の侵入する速度(酸化速度)が,炭素が外側に拡散する速度よりも小さいときに起こる。逆に,酸化速度が大きいときはスケールが生じる。脱炭層は焼き入れを施しても十分に硬化しない。]

炭素が 外側に拡散するとは どういう意味でしょうか?また、他にわかりやすく 脱炭のメカニズムを解説していただければ ありがたく思います。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

蒸発みたいなもんでしょ。
鋼の表面では、炭素が酸素と結合して気化します。
表面の炭素濃度が少なくなると、拡散が起こり、内部の炭素が移動します。
これらが、一定の速度で起こるということではないでしょうか。


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