機械的合金化

機械的合金化では、従来の冶金学的な方法では製造できない材料が生成されます。その典型的な理由としては、合金成分の融点が大きく異なる、密度の違いによる均質性の不足、あるいは特定の元素が液体状態で混和しづらいことが挙げられます。

これらの制限を回避するため、原料は比表面積が非常に大きい状態に変換されます。そうすることで、正確に定義された比率で組み合わせることができる微細な粉末になります。amixon などの精密ミキサーでは、これらの粉末を、ほぼ理想的な混合品質の均質な混合物に加工することができます。粒子を均一に分散させることは、圧縮された材料に均質な微細構造と均一な機械的特性を実現するために非常に重要です。

混合後、粉末を圧縮するさまざまな方法があります。それには、押出成形、打錠、ロール圧縮、およびアイソスタティックプレスがあります。最初の方法は指向性のある機械的な力を利用するのに対し、アイソスタティックプレスはワークピース全体に均一な圧力を加えるという特徴があります。

等方圧プレスでは、粉末は柔軟なチューブ状のケースに充填されます。このケースは気密に密閉され、加圧水槽に入れられます。水圧の上昇により、パッケージは全方向から均等に圧力を受けます。そのため、等方圧プレスと呼ばれています。この方法により、非常に高密度で高強度のワークピースが製造され、その後、切削加工によってさらに加工することができます。

粉末冶金における圧縮方程式

バルシンによる経験的圧縮方程式

この式は、粉末の相対密度と加圧圧力との関連性を表しています。

ρ / ρₛ = C · (p / p₀)ⁿ

意味：
ρ = 圧縮された粉末の現在の密度
ρₛ = 固体材料の理論密度
p = 適用された圧縮圧力
p₀ = 基準圧力
C、n = 経験的定数（材料、粒子サイズ、潤滑、圧縮方向によって異なる）
この式は、冷間圧縮でよく使われていて、圧力が上がると密度が指数関数的に上がることを表してるんだ。

ヘッケル方程式

ヘッケル方程式は、加圧下における金属粉末の塑性変形を記述する最も有名な式の一つです。

ln(1 / (1 − D)) = K · P + A

意味：
D = ρ / ρₛ = 相対密度
P = プレス圧力
K = 材料定数（流動応力の逆数）
A = 経験定数（粒子充填および摩擦に依存）
この関係の直線領域は、粉末の塑性挙動を特徴づけるために使用されます。K の逆数は、圧縮中の粉末の流動応力にほぼ相当します。

川北方程式

この式は、圧縮性の高い粉末状物質（医薬品やセラミックの粉末も含まれる）で特に使用されます。

P / C = 1 / (a·b) + P / a

意味：
P = 圧縮圧力
C = (V₀ − V) / V₀ = 相対体積減少率
V₀ = 初期体積
V = 圧縮後の体積
a、b = 材料定数
a は最大圧縮率を表し、b は圧力感度に関係します。