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アルミナ粉の熱と圧縮による固め方の可能性
- アルミナ粉を熱と機械的な圧縮だけで固めることは可能なのか疑問があります。
- アルミナが溶けない程度の熱と圧縮で粒子同士を完全にくっつけることは理論上は可能です。
- 原子レベルでの移動も起こる可能性があるため、アルミナ粉の固め方に関する理解を深めたいです。
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アルミの粉末鍛造、あるいは、焼結とし理解し、回答いたします。 アルミ粉末は酸化しやすい材料であり、粉末にするとすぐに表面に強固な酸化皮膜をつくってしまうため、加圧してもくっつきにくく、加熱しても拡散がおこりにくいため、粉末鍛造、焼結しにくい材料と考えられております。その一方、アルミ粉末をMIM成形した例もないわけではありません。非常に細かなアルミニウム粉末（数μmレベル）の粉末を、非酸化性雰囲気で焼結した例（産総研、サステナブル、加藤清隆氏他）もありますが、これはかなり特殊かと思います。 また、固相接合という点から考えますと、アルミは接合しやすい金属かと思います。アルミのパイプは押出し加工により作られますが、ブリッジダイスといって、いったん二股に分かれた材料を再びダイス内で接合することで作られます。この場合、ダイス内でアルミが高温になっていること、二股に分かれることによってできた新生面がそのまま空気にふれずに高圧で押し付けられれ、同時におおきなせん断力も加わることによりみごとに再び接合されます。 大変失礼しました。 アルミとアルミナを取り違えました。 アルミナは加圧しなくても焼結できます。適切なバインダーで固め、焼結すればよいかと思います。各素材メーカーでそれぞれ易焼結性の粉を供給しておりますので、1400から1500℃程度で焼結すれば固まります。それとSPS(放電プラズマ焼結)を用いて加圧・加熱すればさらに低い温度で固まります。 またまた、失礼します。 固相同士の接合は当然拡散接合しかないと思って回答しました。言葉がたりなかったかもしれません。結果として当然、拡散は起こっております。また、セラミックスの場合バインダーといういうと他のセラミックス成分系を混ぜる場合も多いですね。ここで言ったバインダーは有機系バインダーです。有機系バインダーは焼結が開始するまでのとりあえずの繋ぎです。ですから、アルミナだけでも適切な温度を与えれば焼結します。
その他の回答 (2)
アルミナ粉を圧縮成型し焼結したものをアルミナのセラミックスと呼びますが？またはファインセラミクス等の呼称もあります。 焼結温度は通常１２００℃近辺かと思います。アルミナ融点は2000℃オーバーですので、融点よりかなり低いです。 もっと完全に結晶化（高温高圧）したものを京セラさんがクレサンベールという名称で販売しているのでは？ 酸化物でも金属でも粒径を小さくすれば、表面エネルギーが大きくなりますので、くっついた状態に出来る温度を融点より低下させることが出来ます。 物質を固める際（結合）、熱が最も重要な要素であることは当然ですが、表面エネルギーを小さい方向に状態が変わろうとする駆動力が生じるため、融点以下で結合します。また焼結とは異なりますが、微粉末の場合凝集という現象も起こります。微粉末の表面のOH基等による水素結合等での凝集が起こります。 ただこれは、焼結のように一体化しているのではないので、凝集とか造粒とか 呼びます。サブミクロンの粉を放っておけば室温化勝手に大きな粒が出来てきます。これも凝集することにより表面エネルギーを低下させようとしている現象と勝手に思っています。 こんな程度の回答で宜しいですか。
チュアブルみたいにできると思う クーロン力でくっつくより 絡み合ってくっつくんだと思う 余談として >>アルミナ粉を熱と圧縮で 2000度まで上げれば サファイアやルービーになる
お礼
ご回答ありがとうございました。 皆様から頂きました回答の中でも、最も適切な アドバイスを頂きまして深くお礼申し上げます。 常々の疑問の一つが解決してすっきりしました。
補足
ご回答ありがとうございます。 アルミではなくアルミナ（Al2O3）として考えております。 アルミナのような金属酸化物同士の場合でも 熱と圧により固相拡散は起こりえるのでしょうか？ ご回答ありがとうございます。 今回の質問は実際の作製が目的ではなく、理論的に 金属酸化物同士の場合でも拡散してくれるのかどうかについて 知りたいと思ってます。 よってバインダー等の他の成分を含まない条件で、熱と圧だけにより 金属酸化物同士はくっつくのかどうかが知りたいポイントです。 こちらがうまく表現できてなくて何度もお手間を取らせてしまい申し訳 ないです。。 上記を内容をふまえた上で何かご教授いただけますと幸いです。