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焼成中の収縮率制御とは？課題と対策・製品を解説
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焼成技術における焼成中の収縮率制御とは？
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日常生活の中で、私たちは湯のみや茶碗だけでなく、洗面台やトイレ、
屋根瓦など、さまざまな形で焼き物に触れています。
この焼き物が人類最初のテクノロジーであることについては、第1回
「焼き物を科学する：世界で一番はじめに生まれたテクノロジー」で触れました。
様々に形を変える焼き物も、制作の出発点となるのは全て「粘土」です。
粘土は私たちが身近に見かける普通の土とは異なり、水を加えると柔らかく
形を変えることができる特別な物質です。
多くの方が、焼き物はこの柔らかい粘土から作られることをご存知でしょう。
しかし、どうしてこの柔らかくて水で崩れてしまう粘土が、固くて丈夫な器に
変わるのでしょうか。
その答えは、粘土が焼成される過程で起こる化学変化にあります。
今回は、粘土が焼き物へと変わるまでの詳細な化学変化について、
さらに深く掘り下げていきます。
※記事の詳細内容は、関連リンクより閲覧いただけます。
詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。
焼き物を科学する2：粘土が固く丈夫な焼き物になるまで
「タイルの製造方法・焼成方法」は、タイルの製造方法や焼成方法とそれぞれの違いを詳しく解説した技術資料です。タイルのプロ「エクシィズ」だからこそわかるノウハウをご提供。
【掲載内容】
■湿式タイルと乾式タイルについて
■湿式製法と乾式製法の製造工程
■酸化焼成と還元焼成について
※詳しくはダウンロードよりPDFをご覧下さい。
「タイルの製造方法・焼成方法」※技術資料進呈
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焼成技術における焼成中の収縮率制御
焼成技術における焼成中の収縮率制御とは？
高機能セラミックスの製造プロセスにおいて、焼成中に発生する材料の体積減少（収縮）を精密に管理する技術です。最終製品の寸法精度、密度、機械的強度、電気的特性などの品質を決定する重要な工程であり、目的とする特性を持つセラミックスを得るために不可欠です。
課題
均一な収縮の困難さ
焼成中の温度分布や雰囲気の不均一により、セラミックス内部で収縮率にばらつきが生じ、歪みやクラックの原因となる。
材料組成の影響
原料粉末の粒度分布、結晶構造、添加剤の種類や量によって収縮挙動が大きく変動し、予測が難しい。
焼成プロセスの最適化不足
昇温速度、保持時間、冷却速度などの焼成条件が最適化されていない場合、意図しない収縮や過剰な収縮を引き起こす。
微細構造の制御
高密度化や特定の微細構造を実現しようとすると、収縮率の制御がより複雑になり、焼結助剤の挙動なども考慮する必要がある。
対策
精密温度制御システム
焼成炉内の温度をゾーンごとに高精度に制御し、均一な加熱・冷却を実現することで、収縮ムラを抑制する。
原料調整技術
原料粉末の粒度分布の最適化、バインダーや焼結助剤の選定・配合量を調整し、収縮挙動を予測・制御可能にする。
焼成プロファイル設計
材料特性に基づき、昇温・保持・冷却の各段階における最適な温度・時間プロファイルを設計・適用する。
リアルタイムモニタリング
焼成中の収縮率を非接触でリアルタイムに計測し、異常を早期に検知してプロセスを自動補正する。
対策に役立つ製品例
高精度温度制御焼成炉
多ゾーン制御や高精度な温度センサーを備え、焼成炉内の温度分布を均一化し、材料の均一な収縮を促進する。
原料最適化コンサルティングサービス
材料組成や粒度分布、添加剤に関する専門知識に基づき、収縮率を制御しやすい原料配合を提案する。
焼成プロセスシミュレーションソフトウェア
材料特性と焼成条件を入力することで、収縮挙動を事前に予測し、最適な焼成プロファイルを設計する支援を行う。
インライン収縮率計測システム
焼成中にセラミックスの収縮率をリアルタイムで計測し、そのデータを基に焼成条件を自動調整するシステム。
