ファインセラミックス製品のネットシェイプ成形

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セラミックス製品はセラミックス粉末を圧粉成形した後焼結することによって製品になるが,焼結後は非常に硬く素材形状を大きく変更することは困難である.このため,焼結後に製品形状に近い素材を得るためのネットシェイプ成形技術の確立が工業界で望まれている.本研究では,セラミックス粉末の圧粉成形および焼結における素材の変形挙動を計算できるシミュレータの開発を粘塑性有限要素法を基礎として行い,焼結後の素材形状を予測して複雑形状をした製品のネットシェイプ成形のための条件を決定した.また,焼結中の素材の応力・ひずみ分布が計算できるため,それらの情報を基にして,従来予測が困難であった焼結時の割れ発生の予測も行った.セラミックス圧粉体は焼結時に大きな体積変化を生じるが.その体積変化を考慮して焼結後の製品形状を予測する計算法を,粘塑性有限要素法を基礎として提案した.この計算方法では,不均一収縮に及ぼす圧粉体の密度分布,自重,敷板との摩擦,周囲圧力の影響が考慮されている.所定の形状をした製品に対して,圧粉金型の形状を繰り返し計算によって修正し,ネットシェイプ成形を達成するための圧粉金型の形状を求めた.圧粉成形および焼結の有限要素シミュレーションを行い,焼結後の形状と所定の製品形状の差を求めて,圧粉金型を修正した.また,求められた金型形状で実験を行い,所定の形状に近い結果が得られた.焼結時の圧粉体の割れ発生を予測するために,均一収縮の体積ひずみとの差に基づいた予測式を提案した.予測式の材料定数はリング状試験片の焼結割れ試験から求めた.突起付き円板の焼結における不均一収縮変形をシミュレーションし,得られた結果を基にして提案された割れ発生予測式から割れ発生率を計算し,実験とよく一致する結果が得られた.