概要 チタンシリコンパウダー
チタンシリコンパウダーは、チタンとシリコンからなる合金粉末です。ユニークな特性の組み合わせにより、幅広い用途に適しています。
チタンシリコンパウダーの主な利点は以下の通りです：
- 高い強度対重量比
- 優れた耐食性と耐酸化性
- 高温に耐える能力
- 低熱膨張係数
- 無毒性、生体適合性
チタンシリコン粉末は、ガスアトマイズ、メカニカルアロイング、熱プラズマ合成など、さまざまな方法で製造することができる。Ti/Si比や製造パラメーターを調整することにより、組成や特性を調整することができる。
チタンシリコンパウダーの種類
チタンシリコンパウダーは、製造方法や用途に応じて様々な組成、粒子径、形態で提供されている：
| タイプ | 典型的な構成 | 粒子サイズ | 形態学 |
|---|---|---|---|
| Ti-6Si | 6%Si、バランスTi | 15-45 μm | 球形 |
| チタン-10Si | 10%Si、バランスTi | 106-250 μm | 不規則 |
| Ti-15Si | 15% Si, バランス Ti | 45-106 μm | 薄っぺらい |
Ti-6Si 小さな球状粒子を持つパウダーは、積層造形において良好な流動性を提供する。 チタン-10Si 不規則な粉末は溶射に適している。 Ti-15Si 薄片状形態は、焼結用途に表面積の増加をもたらす。
チタンシリコンパウダー組成
チタンシリコンパウダー中のシリコン含有量は6％から15％である。シリコンはチタンの強度、弾性率、高温特性を向上させます。また、微細構造を微細化し、延性と破壊靭性を向上させます。
シリコンの添加量が多くなると、加工が難しくなったり、脆性が増したりといった問題が出てくる。そのため、最適なSi添加量は用途に依存する。積層造形では約6%、溶射では約10%、焼結では約15%である。
製造工程で発生するチタンシリコンパウダー中の微量不純物には、以下のようなものがある：
| 不純物 | 典型的な構成 |
|---|---|
| 酸素 (O) | 0.15% |
| 窒素（N） | 0.05% |
| カーボン（C） | 0.08% |
| 鉄（Fe） | 0.30% |
不純物は機械的性質に悪影響を及ぼす可能性があるため、不純物レベルの管理は粉末の品質にとって極めて重要である。
チタンシリコンパウダーの特性
チタンシリコンパウダーの主な特性は以下の通り：
| プロパティ | 代表値 |
|---|---|
| 密度 | 4.1-4.5 g/cm3 |
| 融点 | 1600-1700°C |
| 熱伝導率 | 6.7-10.5 W/mK |
| 電気抵抗率 | 1.7-1.75 μΩ.m |
| ヤング率 | 110-160 GPa |
| ポアソン比 | 0.32-0.34 |
| 耐酸化性 | 空気中で最高700°C |
シリコン含有量が高くなると、密度、弾性率、比抵抗が増加し、熱伝導率は低下する。これらの特性を最適化することで、チタンシリコンパウダーの応用範囲が広がります。
チタンシリコンパウダー 用途
チタンシリコンパウダーの主な用途には以下のようなものがある：
| 産業 | 用途 | メリット |
|---|---|---|
| 航空宇宙 | タービンブレード、着陸装置 | 高強度、耐熱性 |
| 自動車 | エンジン部品、バルブ | 耐摩耗性と耐腐食性 |
| バイオメディカル | インプラント、器具 | 生体適合性、無毒性 |
| 付加製造 | 3Dプリント部品 | 低密度、良好な印刷適性 |
| サーマルスプレー | コーティング | 高い硬度と耐摩耗性 |
チタンシリコンパウダーの調整された組成と特性は、産業全般にわたるこれらの重要な用途に適しています。
チタンシリコンパウダー仕様
チタンシリコンパウダーは、様々な国際規格や工業規格の下で入手可能です：
| スタンダード | グレード | 粒子サイズ | 不純物 |
|---|---|---|---|
| ASTM B981 | グレード5、23 | 63-150 μm | Fe、C、N制限 |
| AMS 4995 | タイプA、B、C | 45-125 μm | O、N、C制限 |
| AP&C | TSi6、TSi10 | 20-63 μm | カスタム・コンポジション |
規格は、粒度分布、形態、流動特性、見かけ密度、および不純物に関する厳しい制限を規定する。認証基準を満たすことは、品質管理の保証に不可欠です。
チタンシリコンパウダー市場サプライヤー
チタンシリコンパウダーの主な世界的サプライヤーには以下のようなものがある：
| 会社概要 | 生産能力 | 価格 |
|---|---|---|
| AP&C | 1500トン/年 | kgあたり55～75ドル |
| TLSテクニーク | 年間1000トン | kgあたり45-90ドル |
| アメテック | 年間500トン | kgあたり60～120ドル |
| サンドビック | 年間250トン | kgあたり75-150ドル |
価格設定は、注文量、粉体組成、粒子特性、仕様書通りの品質管理レベルによって決定されます。大口注文の場合、標準ロットの小口注文に比べ、価格交渉の余地が大きくなる傾向があります。
長所と短所 チタンシリコンパウダー
| 長所 | 短所 |
|---|---|
| 高い強度対重量比 | スチールに比べて高価 |
| 優れた耐食性 | 高温での酸素との反応性 |
| 優れた高温特性 | 純チタンより低い延性 |
| 低毒性 | 機械加工が難しいコンポジションもある |
| カスタマイズ可能なプロパティ | 限られたサプライヤーと生産能力 |
組成と製造方法を最適化することで、チタンシリコン粉末は、いくつかの制約はあるものの、比類ない性能を発揮する。
代替案との比較
対ステンレススチール： より高価だが、強度対重量比がはるかに高く、より高い温度に耐えられる。
対アルミニウム合金： 密度は高いが、環境安定性と機械的特性は高い
対チタン合金： より脆いが、優れた高温クリープ抵抗と弾性率
対タングステン合金： 密度が低く加工しやすいが、放射線遮蔽挙動に劣る
競合する先端合金の中で、 チタンシリコンパウダー シリコンをチタンと合金化することによって可能になる、テーラーメイドの特性ミックスに基づいて際立つ。
よくある質問
チタンシリコンパウダーに関するよくある質問をまとめました：
Q: チタンシリコンパウダーは何に使われるのですか？
A: チタンシリコンパウダーは、その優れた強度、耐熱性、生体適合性により、航空宇宙、自動車、生体医療機器、積層造形、溶射コーティングなどの高性能部品の製造に使用されている。
Q: チタンシリコンパウダーはチタンとシリコンを含んでいますか？
A: Ti-6Si、Ti-10Siなど様々な比率のチタンとケイ素からなる合金粉末です。
Q:チタンシリコンパウダーはどのような加工方法で使用できますか？
A: 主な加工ルートには、積層造形（3Dプリンティング）、粉末射出成形、溶射、プレス＆スタンプを含む粉末冶金、焼結、熱間静水圧プレス（HIP）、熱処理などがある。
Q: チタンシリコンパウダーの機械的特性は？
A: 密度は4.1～4.5g/cm3、弾性率は110～160GPa、強度は500～1100MPa、伸びは5～15%、最高使用温度は空気中で700℃までである。特性は組成と加工に依存する。
Q: チタンシリコンパウダーは特別な保管や取り扱いが必要ですか？
A: 500℃を超えると急速に酸化し、脆い表面酸化物を形成する。そのため、コンタミネーションを抑制するためには、保管中や取り扱い中に不活性ガスを封入し、湿気を制限する必要がある。
Q:チタンシリコンパウダーに代わるものはありますか？
A: 代替材料としては、ステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金、タングステン合金などがある。しかし、チタンシリコンは、強度、密度、剛性、生体適合性、高温安定性のバランスの取れた最高の特性を備えています。
