単軸プレス後にチタン酸バリウムに冷間等方圧プレス（Cip）が使用されるのはなぜですか？高密度セラミックスの実現

冷間等方圧プレス（CIP）は、チタン酸バリウム（BT）セラミックスの初期成形後に行われる重要な構造洗練ステップです。単軸プレスが部品の幾何学的形状を定義するのに対し、CIPは高圧流体（最大400 MPa）を使用してあらゆる方向から力を加え、材料が完全に均一な密度を達成することを保証します。

主なポイント 単軸プレスは、金型壁との摩擦により、本質的に内部の密度むらを発生させます。CIPは、等しく全方向からの圧力を加えることでこれらの勾配を解消し、グリーン体を均質化して、最終焼結段階での反り、ひび割れ、または電気特性の一貫性のなさを防ぎます。

単軸プレスの限界の是正

単軸プレスは、チタン酸バリウムディスクまたはブロックの初期形状を形成するのに効率的です。しかし、力は一方向（軸方向）にしか作用しません。

パンチが粉末を圧縮するにつれて、ダイ壁との摩擦が粒子運動を制限します。これにより、密度勾配が生じ、パンチに近い端部は高度に圧縮されますが、本体の中心は密度が低く多孔質のままになります。

これらの勾配が残った場合、セラミックは高温で焼成される際に不均一に収縮します。異なる密度の領域は異なる速度で収縮し、内部応力を発生させて変形や微細なひび割れを引き起こします。

CIPは、予備圧縮されたグリーン体を柔軟な金型に密閉し、液体媒体に浸漬することを含みます。その後、プレスは静水圧を、しばしば400 MPaに達する圧力を、部品のすべての表面に同時に均等に印加します。

単軸プレスの剛性パンチとは異なり、液体媒体は摩擦なしに圧力を伝達します。これにより、初期プレス段階を生き残った内部の空隙や気孔が効果的に潰されます。

この圧力の等方性（均一性）により、セラミック粉末粒子が再分配されます。単軸ダイによって引き起こされた微細な勾配を消去し、グリーン体全体で一貫した密度を持つグリーン体が得られます。

密度が均一になったため、チタン酸バリウムは焼結中に等方性収縮を経験します。材料はすべての方向に均等に収縮し、反り、変形、または壊滅的なひび割れの危険性が大幅に減少します。

CIPによる高圧統合は、高性能セラミックスに不可欠です。焼結後に相対密度が95%から99%を超えるために必要な物理的基盤を提供します。

チタン酸バリウムにとって、多孔性は誘電特性に悪影響を与えます。CIPは、一貫した電気的性能と機械的強度に不可欠な、高密度で欠陥のない微細構造を保証します。

CIPを実装すると、製造サイクルが長くなる二次的な処理ステップが追加されます。部品は単軸ダイから等方圧プレスに慎重に移送する必要があり、追加の取り扱いと時間が必要です。

CIPは密度を向上させますが、プロセスで使用される柔軟な金型は、鋼鉄製ダイのような厳密な幾何学的制御を提供しません。高圧は時折、外寸にわずかな不規則な変化を引き起こす可能性があり、収縮率の正確な計算が必要です。

理想的には、セラミック加工は両方の方法を組み合わせて、それぞれの強みを活用します。単軸は形状、CIPは構造です。

単軸プレス後に冷間等方圧プレスを行うことで、成形プロセスと緻密化プロセスを効果的に分離し、最終的なセラミックが最高の構造的完全性の基準を満たすことを保証します。

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Manuel Hinterstein, Andrew J. Studer. <i>In situ</i> neutron diffraction for analysing complex coarse-grained functional materials. DOI: 10.1107/s1600576723005940

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 .