工業用セラミックは機械的・電気的・熱力学的性質に優れた先端セラミック材料に多岐にわたります。これらの材料は腐食・磨滅・伸長・湾曲・融解にたいして高い耐性を持っています。先端セラミックの活用範囲航空宇宙産業・自動車・軍備施設・エネルギー分野におけるは広がっています。 カーボライトの電気炉は工業用セラミックス分野における研究及び生産現場で焼結及び脱脂目的でで幅広く使用されています。脱脂プロセスにおいて、低温度チャンバーにおける温度均一性は非常に重要です。焼結においては1800度で処理されます。
テクニカルセラミックスのプロセス情報
Technical Ceramics NEWS
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Furnaces for technical ceramics
脱脂と焼結は、テクニカルセラミックスを製造するための2つの重要なプロセスです。カーボライト・ゲロは、実験室と工業用に最適化されたオーブンと炉を提供します。お客様のご要望に応じて、二炉式ソリューション（脱脂炉と焼結炉の個別炉）または一炉式ソリューション（脱脂炉と焼結炉の複合炉）を提供できます。
二炉式ソリューション
脱脂工程と焼結工程は、2つの別々の炉で行うことができます。これにより、各工程に最適化された炉が使用され、バインダー除去による汚染は脱脂炉に限定されるという利点が得られます。さらに、セラミック成分の安定性を確保するため、ビスケット焼成も脱脂炉で行われます。このアプローチは、実験室や工業環境で処理されるバッチに適している。
単一炉ソリューション
脱脂と焼結を組み合わせたシステムは、高いバッチ負荷に適したソリューションです。これにより時間が節約され、2つの工程間で部品を取り扱う必要がなくなるため、脱脂中に不安定になった部品に発生する可能性のある破損のリスクが低減されます。
カーボライト・ゲロは、脱脂、アフターバーナー安全システム、高温加熱システムのオプションを含む炉を、二炉式と単炉式の両方のソリューション向けに提供しています。
カーボライト・ゲロ炉に投資する利点：
- 大風量による効率的なバインダー除去
- エアプレヒーターによる低温での優れた温度均一性
- サーマルアフターバーナーによるバインダーの安全な取り扱い
- 最適化された発熱体配置による高温での独自の均一性
- 送風機を使用することで、運転時間を最小限に抑えることができる。
脱脂炉
脱脂と灰化プロセスは、更なる分析の前に特定の物質を除去することを含みます。従って、カーボライト・ゲロ灰化炉は、炉室からバインダーを除去することにより、効率的に熱脱脂を行うことができる。
目標：
- バインダーは、部品を損傷することなく均一に除去されなければなりません
- 温度の均一性と加熱速度は、バインダーがサンプルから均一に除去されるかどうかを決定します
- 空気交換は、バインダーがチャンバーから効率的に除去されるかどうかを決定します
- 。
- バインダーの効率的な除去は、セラミックの材料特性と最終密度を向上させます。
AAF
- 材料：様々な組成のバインダーを使用したグリーンボディ
- 使用温度RT - 650°C (1100°C - 予備焼結)
焼結炉
焼結は緻密化と耐久性のあるセラミック構造の形成をもたらします。カーボライト・ゲロはこのプロセスに理想的な炉を提供します。
目標:
- 部品の緻密化
- 均一な収縮
- 。
- 部品の緻密化
- 均一な収縮
- 温度の均一性が重要
- クラックの発生を防ぐには加熱と冷却速度の制御が重要
- 最高温度（℃）: 1100 - 1600°C
- 加熱長: 150 - 1200 mm
- 使用方向: 水平 / 垂直
脱脂・焼結炉
脱脂と焼結プロセスを組み合わせたソリューションです。カーボライト・ゲロ炉は、セラミック部品のバインダー除去および高密度化に非常に機能的です。
- 効率的な脱脂
- 部品の高密度化
- 均一な収縮
テクニカルセラミックスの安全オプション
この工程では、有害な揮発性物質が発生する可能性がある。リスクを軽減するための予防措置を講じる必要がある。カーボライト・ゲロは、製造工程を最適化するためのオプションを検討する。
アフターバーナー
アフターバーナー（左）は、除去工程で発生した揮発性物質をNOx、CO2、H2Oに酸化するために使用される。これにより、すべての揮発性物質がより安全な分子に変換され、環境に放出される。水素、アンモニア、エタンなど沸点が20℃以下のものを含むすべての揮発性物質を燃やす。
凝縮水トラップ
凝縮トラップ（右）は、20℃以上の化合物をすべて凝縮させるために使用される。沸点が20℃より低い揮発分はすべて通過させる。
プロセスにより必要な場合、またはお客様の推奨により、アフターバーナーと凝縮水トラップを組み合わせることができます。同様に、イグナイターと凝縮水トラップも理由によって組み合わせることができます。私たちは専門家であり、適切な製品と安全装置をご案内できるよう、複数のソリューションを取り揃えています。お客様の用途に適したソリューションに関するお問い合わせは、当社までご連絡ください。
Background information
テクニカルセラミックスは、エンジニアリングセラミックスまたはアドバンストセラミックスとも呼ばれ、卓越した機械的、熱的、電気的、化学的特性を持つように設計されています。
テクニカルセラミックスの用途は、航空宇宙、自動車、電子機器、医療、エネルギー、防衛など、さまざまな業界に及びます。切削工具、ボールベアリング、絶縁体、センサー、触媒担体、さらには医療用のバイオセラミックインプラントなど、幅広い部品に採用されています。
酸化物セラミックス
酸化物セラミックスは、酸素と1種類以上の金属元素からなる無機化合物である。組成内に酸素が多く含まれることが、そのユニークな特性に寄与しています。酸化物セラミックスは、優れた熱安定性と高い電気絶縁性を持ち、化学的に不活性です。さらに、酸化物セラミックスは優れた機械的強度と硬度を示すことが多く、さまざまな構造用途や機能用途に適しています。
非酸化物セラミックス
非酸化物系セラミックスは、酸素を含まない金属元素と非金属元素の組み合わせからなる無機化合物である。熱伝導性、電気伝導性が高く、耐酸化性に優れ、化学的に不活性です。高強度・高硬度に加え、耐摩耗性・耐食性にも優れています。
複合材料
複合材料は、2つ以上の材料を結合させ、性能を向上させることによって形成される。セラミックベースの複合材料は、複雑な製造工程を経て、強度と靭性の面で優れた特性を得ることができる。
セラミックの脱脂
脱脂は、最終焼結段階の前にグリーンセラミック体から有機バインダーや添加物を効果的に除去することで、高品質で機能的なセラミック部品の製造において重要な役割を果たしています。グリーンセラミックは、有機バインダーと混合されたセラミック粉末を成形して作られます。
脱脂工程では、有機成分が気化または分解するような雰囲気または条件下で、グリーンセラミックを制御された加熱にかけます。これは、熱脱脂、溶媒抽出、またはその両方の組み合わせを含む、さまざまな技術によって達成できます。
溶媒抽出では、有機結合剤を選択的に溶解する適切な溶媒にグリーンセラミックを浸します。このプロセスは、有機成分の除去を促進するために、攪拌、超音波エネルギー、またはその他の手段によって促進することができます。
脱脂は、セラミックの製造において非常に重要な工程です。焼結時に緻密化の妨げとなる有機物を除去することで、セラミックの特性に影響を与えます。脱脂工程の成否は、最終製品の密度、強度、寸法精度に大きく影響します。
脱脂時の組織変化
グリーン部分の微細構造
出発材料は、成形、押し出し、または3Dプリンティングによって希望の形状に成形される。バインダーは青と緑でハイライトされている。この時点で、この部品は「グリーン部品」と呼ばれる。
溶媒結合後
溶剤脱脂では、主バインダー（青）が除去され、バックボーン・バインダー（緑）だけが残る。
熱（残留）脱脂後
残留脱脂の間に、骨格となるバインダー（緑色）が取り除かれ、その部品は「茶色い部品」と呼ばれるようになる。部品の密度と強度を高めるには、焼結しなければならない。この段階で、粒子が拡散し、互いにくっつき始める。
セラミックスの焼結
焼結は、セラミックスの製造において重要な熱プロセスである。これは、圧縮または成形されたセラミック材料を融点以下の高温に加熱することを含みます。焼結中、セラミック粒子は互いに結合し、緻密化と、強固で首尾一貫した耐久性のあるセラミック構造の形成をもたらします。焼結プロセスには、粒子の再配列、粒子のネッキング、気孔の除去という3つの主な段階があります。最初は、低温でセラミック粒子が再配列を始め、粒子間拡散により互いに接近します。拡散プロセスは、粒子の表面エネルギーの低下によって推進される。温度が上昇すると、粒子はネックを形成し始める。これにより粒子間に橋が架かり始め、材料の移動と構造のさらなる強化が促進される。この段階は、セラミック材料の強度と密度を高めるために極めて重要である。
焼結温度と時間は、最終的なセラミック製品の所望の特性を達成するために慎重に制御されます。
焼結プロセスは、セラミックの化学組成、粒子のサイズと分布、焼結雰囲気（酸化性、還元性、不活性）、焼結助剤や添加物の存在など、さまざまな要因の影響を受けます。
焼結は、レンガ、タイル、高度なテクニカルセラミックスなど、さまざまなセラミック製品の製造における基本的な工程です。このプロセスにより、最初は多孔質で壊れやすいグリーン・セラミック材料が、緻密で耐久性のある機能的なセラミック部品へと変化します。この部品は、エレクトロニクス、自動車、航空宇宙、建築などの産業における用途の要求を満たす準備が整います。
焼結中の組織変化
焼結中
焼結中、セラミック部品の粒子は構造中を拡散して融合し、部品全体の密度を高めます。
焼結後の微細構造
炉での焼結中、セラミック部品の微細構造は著しく密になり、粒子間の隙間が少なくなります。焼結プロセスにより、一部の部品が小さくなる収縮が生じます。これは製造工程の通常の部分であり、金型の当初の設計において考慮されるべきものです。
カーボライトと3DCeramシント・ティワリのコラボレーション
3Dプリンティングは、複雑なセラミック部品の製造に使用できます。デジタルの設計図は、完全に機能するプロトタイプに変換することができます。カーボライト・ゲロと3DCeram Sinto Tiwariは共同で、3Dプリントしたセラミック部品の脱脂と焼結試験を行い、脱脂と焼結プロセスの結果を観察した。
3Dセラム・シント・ティワリについて
3DCeram Sinto Tiwari（旧TIWARI Scientific Instruments ）は、フランスの3DCeram Sintoの娘会社であり、欧州宇宙機関の評判の高いビジネスインキュベーションセンター（ESA BIC）の卒業生です。
3DCeram Sinto Tiwari（ドイツ、ベルリン）と3DCeram Sinto（フランス、リモージュ）は、日本の新東グループに属しています。1934年に設立された新東グループは、全世界で50社以上、4000人の従業員を擁しています。70年にわたる豊富な経験とノウハウにより、新東は鋳造装置、そして最近ではセラミックスの3Dプリンティング技術の世界的トップメーカーとしての地位を確立しています。3Dセラミック新東ティワリは、2022年7月に正式に新東グループの一員となりました。
セラミック部品の3Dプリント工程
3DCeram MATについて
3dceram社のMATマシンは、押出技術のワンストップ・ソリューションです。このマシンには、印刷用の3つの異なる押出ヘッドがあり、印刷部品のグリーン加工用のCNCツールによって補完されています。
MATマシン仕様
- フットプリント幅60×奥行60×高さ115cm
- プリントサイズ：幅20×奥行20×高さ20cm
- 機械重量：約90 kg
- 電源230V、16A、50Hz
- クローズドループ・ステッピングモーター
- 加熱式プリントチャンバー (<60°C)
- 加熱フィラメントチャンバー (<50°C)
3Dセラムヘッド：
- FFFヘッド セラミックおよび金属フィラメント用
- ペレットヘッド セラミックおよび金属ペレット用
- ロボキャスト（1液または2液）セラミック、金属、シリコーン用
- 3軸CNC工具グリーンマシニング用
MATと異なるシェーピング技術の比較は以下の通り：
| 成形技術 | 材料費 | 表面粗さ | 印刷解像度 | マテリアルリサイクル |
|---|---|---|---|---|
| FFF | ★ | ★★★ | ★★★ | ★ |
| ペレット印刷 | ★★★ | ★★ | ★★ | ★★★ |
| ロボキャスティング | ★★ | ★ | ★ | ★★ |
3DCeramシント・ティワリについての詳細は、3DCeram-tiwariまでお問い合わせください。
実験 1
AAF-BALを用いた熱脱脂
熱脱脂工程では、印刷されたグリーンパーツを空気中で約13時間熱処理した。熱脱脂後の質量損失は9.5%であった。
実験 2
脱脂・HTFによる焼結
熱処理中、3dプリント部品は同じ炉で熱処理された。X字型サンプルの重量損失は6.5％。長方形サンプルの重量損失は11.1％であった。
実験 3
TF1 16/100/450を用いた焼結
焼結過程における成分の重量損失は0.5％であった。
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テクニカル・セラミックス - FAQ
オーブンや炉で加工できるセラミックの種類は？
カーボライト・ゲロは酸化物セラミックスと非酸化物セラミックスのソリューションを提供しています。酸化物系セラミックスとは、酸素と1種類以上の金属元素からなる無機化合物を指し、非酸化物系セラミックスとは、酸素を含まない金属元素と非金属元素の組み合わせからなる無機化合物を指します。
脱脂と焼結の違いは何ですか？
脱脂工程では、熱脱脂、溶媒抽出、またはその両方の組み合わせを含む様々な技術によって、グリーンセラミック体から有機バインダーや添加物を効果的に除去する。焼結では、材料を融点以下の高温に加熱する。焼結プロセスには、粒子の再配列、粒子のネッキング、気孔の除去という3つの主要段階があります。これらの段階によって粒子同士の結合が促進され、セラミック構造の全体的な緻密化がもたらされます。
テクニカルセラミックスの脱脂と焼結にどのようなソリューションを提供していますか？
カーボライト・ゲロは、脱脂と焼結のための様々なソリューションを提供します。当社は、脱脂と焼結に別々の炉を使用する2炉式ソリューションを提供しています。この方法には、バインダー除去工程からの汚染物質を脱脂炉に閉じ込める利点があります。脱脂と焼結の両方に1つの炉を使用する単炉ソリューションもあります。このオプションは、脱脂中の段間移動と破損リスクを低減するため、大容量高バッチ処理に最適です。
炉はどのような焼結雰囲気に対応できますか？
カーボライト・ゲロの炉は、焼結プロセス中の酸化、還元、不活性雰囲気に対応できます。お客様の用途に適したガス装置と処理雰囲気に関する詳細情報は、カーボライト・ゲロまでお問い合わせ下さい。