축 방향 압력은 기계적 구동력으로 작용하여 구리 입자가 플라스틱 변형을 일으키고 열 에너지만으로는 닫을 수 없는 기공을 채우도록 강제합니다. 이 공정이 녹는점 이하에서 발생하기 때문에, 이러한 물리적 압축은 단단한 강화상의 강성을 극복하고 연성이 있는 구리 매트릭스가 간극으로 흘러 들어가 거의 완전한 밀도를 달성하도록 기계적으로 강제합니다.
핵심 메커니즘 고체 상태 소결에서 열 확산은 SiC 또는 다이아몬드와 같이 매우 단단한 강화재 주변의 기공을 제거하는 데 종종 불충분합니다. 외부 축 방향 압력은 기계적으로 소결 저항을 극복하여 연질 매트릭스가 단단한 입자 주위에 단단히 밀착되도록 강제함으로써 이를 해결합니다.
고체 상태 소결의 과제
단단한 강화상의 장벽
복합 재료에서 탄화규소(SiC) 및 다이아몬드와 같은 강화상은 매우 단단합니다. 가열 공정 중에 변형되거나 수축하지 않습니다.
이 입자들은 단단하게 유지되기 때문에 분말 혼합물 내에 물리적 장벽을 만듭니다. 이러한 장벽은 구리 입자가 자연스럽게 밀집된 형태로 자리 잡는 것을 방해합니다.
열 확산의 한계
표준 소결은 원자를 이동시키고 간극을 닫기 위해 고온 확산에 의존합니다. 그러나 이 맥락에서 확산만으로는 단단한 강화상에 의해 생성된 기공을 제거하기에 너무 약합니다.
모세관 작용을 통해 이러한 간극을 채우는 액상 단계가 없으면 압력 없는 소결은 다공성이며 기계적으로 약한 복합재로 이어질 것입니다.
축 방향 압력이 소결을 추진하는 방법
플라스틱 변형 유도
진공 열간 압축기는 분말 혼합물에 직접 상당한 축 방향 하중을 가합니다. 이 압력은 상승된 온도에서 구리 입자의 항복 강도를 초과하는 응력을 가합니다.
결과적으로 구리 입자는 플라스틱 변형을 겪습니다. 이들은 물리적으로 항복하고 유체처럼 흘러 단단한 강화 입자 사이의 공간으로 들어갑니다.
소결 저항 극복
압력은 재료의 자연적인 소결 저항을 극복하는 거대한 "밀어주기"를 제공합니다. 이는 열 에너지만으로는 달성할 수 없는 기계적 상호 잠금 효과를 생성합니다.
이 작용은 복합재의 최종 밀도를 크게 증가시켜 매트릭스가 강화상을 완전히 둘러싸도록 보장합니다.
활성화 소결 메커니즘
열간 압축은 활성화 소결 공정으로 분류됩니다. 열과 압력의 조합은 상 변화 및 합금 형성을 크게 가속화합니다.
또한, 기계적 응력은 분말 표면에 존재하는 취약한 산화물 필름을 파괴하는 데 도움이 됩니다. 이러한 필름을 파괴하면 깨끗한 금속이 노출되어 탄소에 의한 환원 및 입자 간 결합이 강화됩니다.
주요 고려 사항 및 복잡성
불균형 공정 역학
열간 압축은 매우 불균형적인 공정이라는 점에 유의해야 합니다. 재료는 지속적인 가열과 단방향 압력을 동시에 받습니다.
방향성 수축
압력이 축 방향이기 때문에 수축 거동은 일반적인 "압력 없는" 소결과 상당히 다릅니다.
일반적인 소결에서 수축은 일반적으로 등방성(모든 방향으로 균일)입니다. 열간 압축에서는 소결이 외부 힘에 의해 주도되므로 금형 설계에서 고려해야 하는 뚜렷한 수축 특성이 나타납니다.
분말 품질의 영향
이 공정의 효과는 분말의 내부 구조에 영향을 받습니다. 결정 결함이 있는 분말은 이러한 결함이 열간 압축 메커니즘을 더욱 활성화하는 역할을 하므로 더 높은 합금 밀도를 달성할 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
구리 매트릭스 복합재에 대한 진공 열간 압축의 이점을 극대화하려면 특정 목표에 대해 다음 사항을 고려하십시오.
- 주요 초점이 최대 밀도인 경우: 높은 축 방향 압력을 사용하여 구리의 플라스틱 흐름을 유도하여 특히 다이아몬드와 같은 단단한 강화재 주변의 기공을 채우십시오.
- 주요 초점이 공정 효율인 경우: 압력을 사용하여 산화물 필름을 파괴하고 결합을 가속화하여 상 변화에 필요한 전체 시간을 줄이십시오.
액체 소결의 모세관 힘을 기계적 압력으로 대체함으로써 고체 상태 복합재의 구조적 무결성을 보장합니다.
요약 표:
| 특징 | 압력 없는 소결 | 진공 열간 압축 (축 방향 압력) |
|---|---|---|
| 구동력 | 열 확산 및 표면 장력 | 열 확산 + 기계적 축 하중 |
| 소결 메커니즘 | 모세관 작용 (액상 필요) | 플라스틱 변형 및 유도 흐름 |
| 기공 감소 | 단단한 강화상의 장벽으로 제한됨 | 물리적 압축을 통한 단단한 장벽 극복 |
| 산화물 제거 | 화학적 환원에 의존 | 산화물 필름의 기계적 파괴 |
| 수축 유형 | 등방성 (균일) | 단방향 (축 방향) |
| 최종 밀도 | 일반적으로 낮음/다공성 | 이론적 최대 밀도에 가까움 |
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