진공 열간 압착 소결로는 화학 합성 및 물리적 압축의 이중 목적 반응기 역할을 합니다. 고진공 환경($10^{-2}$ Pa)을 유지하면서 동시에 고온(1473 K)과 연속적인 축 방향 압력(25 MPa)을 가하여 TiBw/TA15 복합재 생성을 촉진합니다.
이 장비의 핵심 가치는 오염 없는 영역 내에서 열 에너지와 기계적 에너지를 결합하는 능력에 있습니다. 이 환경은 TiB 휘스커를 현지에서 성장시키는 데 필요한 고체 상태 반응을 유발하는 동시에 티타늄 매트릭스의 소성 유동을 강제하여 기공을 제거하고 높은 밀도를 달성합니다.
반응 환경 조성
고성능 티타늄 복합재 생산에는 대기 및 열 조건에 대한 엄격한 제어가 필요합니다. 이로는 이러한 민감한 재료에 필요한 기준선을 제공합니다.
고진공을 통한 산화 방지
티타늄 합금(TA15 등)은 고온에서 반응성이 높습니다. 이로는 공정 전반에 걸쳐 $10^{-2}$ Pa의 진공 수준을 유지합니다.
산소와 질소가 없으면 취성이 있는 산화물 층이나 삽입 오염이 형성되는 것을 방지합니다. 매트릭스를 순수하게 유지함으로써 이로는 결과 복합재가 티타늄 합금의 고유한 연성 및 강도를 유지하도록 보장합니다.
반응물의 열 활성화
이로는 재료를 약 1473K로 가열합니다. 이 열 에너지는 금속을 연화시키는 것뿐만 아니라 화학 전구체를 활성화하는 데 중요합니다.
이 특정 온도에서 운동 에너지 장벽이 극복되어 첨가된 $TiB_2$ 입자와 티타늄 매트릭스 간의 고체 상태 반응이 효율적으로 발생할 수 있습니다.
합성 및 치밀화 메커니즘
이로는 단순히 재료를 "굽는" 것이 아니라 물리적 및 화학적 메커니즘을 통해 미세 구조의 변환을 적극적으로 주도합니다.
현지 합성 촉진
고온과 깨끗한 환경의 조합은 구성 요소 간의 원자 확산을 촉진합니다.
미리 만들어진 휘스커를 합금에 물리적으로 혼합하는 대신, 이로는 $TiB_2$가 티타늄 매트릭스와 반응하도록 합니다. 이 반응은 재료 구조 내에서 직접 TiB 휘스커(TiBw)를 생성합니다. 이러한 강화재는 현지에서 성장하기 때문에 외부 첨가에 비해 매트릭스와 더 깨끗하고 강한 계면을 형성합니다.
완전 치밀화 달성
반응이 진행되는 동안 유압 시스템은 25 MPa의 연속적인 축 방향 압력을 가합니다.
이 기계적 힘은 분말 입자 사이에 자연적으로 존재하는 공극과 기공을 제거하는 데 필수적입니다. 압력은 금속 매트릭스를 미세 소성 변형시켜 미세한 틈을 효과적으로 채우도록 강제합니다. 열과 압력의 이러한 결합은 복합재의 밀도와 구조적 무결성을 크게 증가시킵니다.
절충점 이해
진공 열간 압착은 TiBw/TA15 복합재에 매우 효과적이지만 본질적으로 단축 공정입니다.
기하학적 제약
압력은 축 방향(위아래)으로 가해지기 때문에 이 방법은 일반적으로 판이나 디스크와 같은 간단한 모양을 생산하는 데 제한됩니다. 광범위한 후처리 없이는 복잡한 근사 형상 부품에는 적합하지 않습니다.
공정 효율성
이것은 고체 상태 확산에 의해 구동되는 배치 공정으로, 액상 공정보다 본질적으로 느립니다. 완전한 치밀화와 완전한 화학적 변환을 달성하려면 높은 에너지 수준에서 긴 사이클 시간이 필요합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
티타늄 복합재에 진공 열간 압착을 사용할 때 운영 매개변수는 특정 재료 요구 사항과 일치해야 합니다.
- 재료 순도가 주요 초점인 경우: 1473K에서의 사소한 누출이라도 TA15 매트릭스의 기계적 특성을 손상시키므로 산화를 방지하기 위해 진공 시스템의 무결성을 우선시하십시오.
- 밀도가 주요 초점인 경우: 소성 유동을 극대화하고 잔류 기공을 제거하기 위해 최고 온도 유지 시간 동안 적용된 압력(25 MPa)이 지속적으로 유지되도록 하십시오.
궁극적으로 진공 열간 압착로는 화학 합성 및 물리적 압축의 뚜렷한 단계를 단일 제어 야금 작업으로 통합함으로써 성공합니다.
요약 표:
| 매개변수 | 공정 요구 사항 | TiBw/TA15 복합재에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 진공 수준 | $10^{-2}$ Pa | 산화 방지; TA15 매트릭스의 순도 및 연성 유지. |
| 온도 | 1473 K | TiB 휘스커의 현지 고체 상태 반응을 위한 열 에너지 제공. |
| 축 방향 압력 | 25 MPa | 미세 소성 변형을 유도하여 공극을 제거하고 완전한 밀도 달성. |
| 대기 | 산소 없음 | 휘스커와 매트릭스 사이에 깨끗하고 강한 계면 보장. |
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