진공 시스템은 이중 목적을 수행합니다. 화학적 분해를 방지하기 위해 산소를 제거하고 물리적 밀도를 보장하기 위해 갇힌 가스를 적극적으로 제거합니다. 낮은 산소 부분압을 유지함으로써 시스템은 금속 매트릭스와 탄소 보강재를 산화로부터 보호하는 동시에 구조적 결함을 유발할 수 있는 틈새 가스를 추출합니다.
Cu/Ti3SiC2/C/MWCNTs 복합재의 소결 성공은 깨끗한 처리 환경을 유지하는 데 달려 있습니다. 진공 시스템은 단순한 수동 용기가 아니라, 절연 산화물 및 내부 공극 형성을 방지하여 재료의 전도성과 강도를 보호하는 능동적인 처리 도구입니다.
재료 분해 방지
진공 시스템의 주요 기능은 퍼니스 내부의 화학적 환경을 제어하는 것으로, 특히 복합재료의 민감성을 다룹니다.
구리 매트릭스 보호
구리는 소결에 필요한 고온(종종 약 950°C)에서 산화되기 쉽습니다.
진공이 없으면 산소가 금속과 반응하여 산화구리를 형성합니다. 이러한 산화물은 매트릭스의 연속성을 방해하여 전기 전도도를 크게 감소시키고 최종 기계적 구조를 약화시킵니다.
탄소 보강재 보존
이 복합재는 보강을 위해 흑연 및 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)와 같은 탄소 상에 의존합니다.
산소가 존재하는 환경에서 이러한 탄소 재료는 박리되기 쉽습니다. 즉, 타버리는 것입니다. 진공 환경은 이러한 보강재를 보호하여 의도된 기계적 강화 및 전기적 경로를 제공하기 위해 그대로 유지되도록 합니다.
물리적 밀도 최적화
화학적 보호 외에도 진공 시스템은 분말 야금 공정에 내재된 가스를 관리하여 기계적 역할을 합니다.
표면 불순물 탈착
분말 입자, 특히 MWCNT와 같이 비표면적이 높은 입자는 자연적으로 수증기와 산소를 흡착합니다.
진공 시스템은 압력을 낮추어 흡착된 가스를 입자 표면에서 제거하는 데 중요합니다. 이 탈착 과정은 재료가 융합되기 시작하기 전에 "틈새"(입자 사이의 공간)를 비우는 데 특히 중요합니다.
미세 기공 제거
갇힌 가스가 배출되지 않으면 금속이 치밀화되면서 재료 내부에 갇히게 됩니다.
이는 소결체 내부에 "폐쇄 기공" 또는 미세 기공을 초래합니다. 이러한 가스를 제거함으로써 진공 시스템은 더 높은 상대 밀도(잠재적으로 93% 이상)를 달성할 수 있으며, 이는 우수한 기계적 특성 및 열 안정성과 직접적으로 관련됩니다.
중요 작동 고려 사항
진공은 필수적이지만, 특정 열 주기 단계에서 어떻게 적용되는지에 따라 효과가 달라집니다.
저온 탈기 중요성
종종 간과되는 중요한 기능은 저온 단계(일반적으로 400°C 미만)에서 진공을 적용하는 것입니다.
이 단계에서 흡착된 수증기와 산소의 대부분을 배출해야 합니다. 고온 치밀화가 시작되기 전에 진공이 이러한 휘발성 물질을 효과적으로 제거하지 못하면 환원 반응이 억제되고 기공이 구조에 영구적으로 갇히게 됩니다.
목표에 맞는 올바른 선택
이러한 복합재의 소결 공정을 구성할 때 우선순위를 두어야 할 특정 결과를 고려하십시오.
- 전기 전도도가 주요 초점인 경우: 어떤 구리 산화도 방지할 수 있을 만큼 충분한 진공 수준을 보장하십시오. 미미한 산화물 층조차 절연체 역할을 하기 때문입니다.
- 기계적 강도가 주요 초점인 경우: 밀도를 최대화하고 균열 시작점으로 작용하는 미세 기공을 제거하기 위해 저온에서의 "탈기" 단계에 우선순위를 두십시오.
진공 시스템은 다공성이며 부서지기 쉬운 세라믹-금속 혼합물과 고성능의 전도성 복합재 사이의 결정 요인입니다.
요약 표:
| 기능 | 주요 메커니즘 | 복합재 품질에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 산화 방지 | 산소 제거 및 낮은 부분압 | 구리 전도성 및 탄소 보강재 보존 |
| 가스 탈착 | 표면에서 흡착된 H2O 및 O2 제거 | 더 나은 융합을 위해 입자 틈새 비움 |
| 치밀화 | 갇힌 가스 포켓 제거 | 미세 기공 감소 및 상대 밀도 증가 |
| 탈기 | 저온(400°C 미만) 휘발성 물질 배출 | 내부 공극 방지 및 열 안정성 향상 |
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