加熱・温度制御ユニットは、デリケートな熱バランスを管理することで、ダイヤモンド/アルミニウム複合材の構造的完全性を制御します。 原材料を精製してからマトリックスを液化するために精密な2段階加熱曲線を利用し、複合材に欠陥がないことを保証すると同時に、化学的劣化を防ぎます。
LSS加熱ユニットの主な機能は、脆い炭化アルミニウム相が形成される時間を与えずに、完全なマトリックス浸潤を可能にすることです。ピーク温度での保持時間を厳密に制限することにより、システムは材料の機械的性能を維持します。
2段階加熱プロトコル
高品質の複合材を実現するために、システムは加熱プロセスを個別の段階に分離し、各段階は特定の物理的機能を提供します。
段階1：450℃での汚染除去
加熱曲線の最初の段階は、原材料混合物の純度を対象とします。システムは温度を450℃までランプアップします。
この温度では、主な目的は揮発性汚染物質の除去です。この段階は、原材料内に閉じ込められた水分や吸着ガスを効果的に追い出します。
融解前にこれらのガスを除去することが不可欠です。これらが保持されていると、最終製品に空隙や多孔性が生じ、複合材が著しく弱くなります。
段階2：683℃での液化
汚染除去が完了したら、温度を683℃まで上げます。
ここでは、アルミニウムマトリックスを完全に溶融状態に変換することを目的としています。この特定の温度は、アルミニウムが良好な流動性を持つことを保証します。
金属がダイヤモンド粒子間の空間に完全に浸潤し、高密度で均一な複合材構造を形成するためには、高い流動性が必要です。
流動性と化学的安定性のバランス
LSS加熱ユニットの最も重要な側面は、単に温度に達することではなく、流動性と化学反応の「トレードオフ」を管理することです。
炭化アルミニウムの脅威
高温では、ダイヤモンド（炭素）とアルミニウムマトリックスの間で化学反応が起こるリスクがあります。
この反応により炭化アルミニウムが生成されます。これは脆い相であり、材料の強度を損ないます。この相の制御されない形成は、材料の不安定性と性能低下につながります。
時間の重要な役割
この劣化を防ぐために、制御ユニットは683℃のピークでの保持時間を厳密に制限する必要があります。
システムは、アルミニウムが流れてダイヤモンドを結合するのに十分な時間だけを提供するように設計されていますが、脆い炭化物相が発達するのに十分な時間はありません。
このタイミングの精度は、耐久性のある複合材と脆い破壊との違いです。
目標に合わせた適切な選択
加熱ユニットのパラメータは、成形プロセスの成功を決定します。温度とタイミングの関係を理解することで、品質管理が向上します。
- 欠陥防止が主な焦点の場合： 450℃の段階で、水分とガスを完全に排出し、多孔性を防ぐのに十分であることを確認してください。
- 材料強度を主に重視する場合： 683℃での保持時間を最小限に抑え、脆い炭化アルミニウムの形成を抑制しながら、完全な浸潤を達成していることを確認してください。
この2段階熱曲線を厳密に遵守することが、ダイヤモンド/アルミニウム複合材で安定した性能を確保する唯一の方法です。
概要表：
| 加熱段階 | 目標温度 | 主な機能 | 品質への影響 |
|---|---|---|---|
| 段階1：汚染除去 | 450℃ | 水分と吸着ガスの除去 | 多孔性と内部空隙を排除 |
| 段階2：液化 | 683℃ | 溶融状態と高い流動性の達成 | 完全な浸潤と高密度構造を保証 |
| 保持時間制御 | ピーク時（683℃） | 化学反応時間の最小化 | 脆い炭化アルミニウムの形成を抑制 |
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参考文献
- Hongyu Zhou, Wenyue Zheng. Improved Bending Strength and Thermal Conductivity of Diamond/Al Composites with Ti Coating Fabricated by Liquid–Solid Separation Method. DOI: 10.3390/ma17071485
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
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