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シミュレーションによる超効率的なセラミック開発・製造
～粉体・温度・密度の見える化と対策検討～
公開日2020年9月
セラミックス材料を用いた製品は年々市場を拡大しています。セラミックスはいくつもの優れた特性があり利用が進む一方、複雑な製造工程、高温焼成によるエネルギー消費の増大、製品の内部構造の不均一性などクリアしなければならない問題もあります。それら問題を解決しつつ更なる高機能化が求められています。セラミックスの製造プロセスを、原料操作、成形、焼成、検索接合と分類し、さらに製品までを含めAnsysによる課題解決のためのシミュレーションによるアプローチをご紹介します。
目次
- 背景
- セラミック市場動向とセラミック製造プロセスにおける課題
- ソリューション概要
- セラミック製造プロセス～製品までシミュレーションによる可視化と事前対策検証
- 工程別ソリューション
- 原料操作（原料輸送・粉砕・スプレー）
- 成形
- 焼成
- 研削・結合（剥離・メタライジング）
- 製品（セラミック基板・圧電セラミック）
- 必要な製品/サービス
- ソリューション実現に必要な製品 サービス 構成
- まとめ
成形工程のソリューション
成形工程においては、粉体充填時の空隙率の偏りや、圧粉体の密度ムラによる亀裂・破壊などの課題があります。離散要素法 (DEM）による粉体充填解析/粉体圧密解析や、Ansys Mechanicalによる粉体圧密解析を実行することで、成形品質のばらつき防止や均一密度となる成形条件の把握などの効果があります。Drucker Prager CAP材料モデルを用いて粉体を連続体近似することでAnsysで粉体圧密問題を解析することが可能になります。
焼成工程のソリューション
焼成工程においては、反りやひびなどの焼成不良や、脱脂不良、多形転移のほか、焼成時間の短縮などの課題があります。Ansys Fluentによる炉内と製品の熱解析や、Ansys Mechanicalによる焼結解析、粉体圧密解析との連成解析を実行することで、焼成不良の解消や焼成時間短縮のための温度管理などの効果があります。
製品（圧電セラミック）工程のソリューション
圧電セラミックにおいては、圧電デバイスの性能予測という課題があります。Ansys Mechanicalによる圧電解析を実行することで、共振特性/駆動モードの予測、電気的/機械的エネルギー変換効率の予測、インピーダンス/アドミッタンスの予測などの効果があります。
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