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【事例1】
Si3N4+Al2O3系複合材料のSPS焼結体

耐摩耗部品として利用されるファインセラミックス焼結部品の代表的事例です。ハイスピード焼結のため出発原料の粒成長がほとんどなく、マイクロポアや焼きムラもありません。相対密度99〜100%と極めて緻密で20GPa以上という高硬度な焼結体が得られ、加圧焼結法であるため型設計によりリング状、円筒状にニヤネットシェープ成形で所定寸法形状にグリーン体成形工程なしで直接粉末から焼結可能です。およそ0.2〜0.3mm程度の研削仕上シロを残し、精度よく高密度にSPS焼結されているのが写真からわかります。SPS加工条件は、加圧力30〜50MPa、焼結温度1400〜1600℃、昇温・保持焼結時間15〜20分です。

ファインセラミックスSPS焼結部品

【事例2】
SiC炭化珪素の高密度焼結体

焼結助剤を含まない純度99%の超微粒炭化珪素(SiC)を、従来の焼結法では92〜93%程度が限度でしたが、SPS超高温焼結法により理論密度の99%以上に緻密化した焼結例です。焼結温度2400℃、昇温・保持時間僅か7分で処理しました。従来品に比べ機械的物性は高く、マイクロビッカース硬度28.6GPa、破壊靭値4.7MPa/m0.5を示しています。空孔や粒成長もなく、SEMによる破面観察では粒内破壊の形を呈しており強固な粒間結合を示しているのが特徴です。
2点の図は平均粒径0.28μmの炭化珪素に焼結助剤として5wt%のアルミナと2wt%のイットリアを添加、SPS法により高密度焼結体を作製し、その緻密化や機械的性質に対する効果 をホットプレス法の場合と比較調査した例です。その結果、SPS焼結体は室温曲げ強度・破壊靭性値ともにホットプレス焼結体に比べ良好な高い値を示しています。
なお、炭化チタンウィスカー/アルミナ系複合セラミックスにおいても同様なSPS法の効果 を確認することができました。

高純度SiC焼結体エッチング処理面(左)および破面 のSEM観察(右)

緻密化に対する
焼結温度の影響

室温曲げ強度に対する 放電プラズマ焼結の効果