소결 온도는 재료의 밀도와 경도를 결정하는 데 중요한 역할을 하며, 특히 질화규소(Si3N4) 및 지르코니아 같은 세라믹의 경우 더욱 그렇습니다.
소결 온도가 밀도 및 경도에 미치는 영향
일반적으로 소결 온도가 높을수록 입자 확산과 치밀화가 촉진되어 밀도와 경도가 증가합니다.
그러나 고온에 장시간 노출되면 입자가 성장하여 경도가 낮아질 수 있습니다.
밀도
소결은 재료를 녹는점 이하로 가열하여 입자 경계를 가로지르는 원자 확산을 허용하여 고체 조각을 형성하는 것을 포함합니다.
Si3N4의 경우, 1600°C에서 2단계 소결 공정을 통해 α-Si3N4가 β-Si3N4로 변환되어 골격 구조로 얽히면서 닫힌 기공을 형성하는 것을 촉진합니다.
온도와 질소 압력이 더 증가하면 액체 흐름에 의해 이러한 기공이 채워져 세라믹의 밀도와 상대 밀도가 증가합니다.
마찬가지로 지르코니아의 경우 소결 온도(1,500°C에 가까운)가 높을수록 구조가 더 조밀해져 이론적 최대 밀도의 99%에 가까운 밀도에 도달하는 경우가 많습니다.
경도
Si3N4의 경도는 α-Si3N4의 입자 크기뿐만 아니라 함량, 밀도, 결정 계면의 영향을 받습니다.
1800°C에서 4시간에서 8시간으로 증가하는 한 단계 소결 공정은 α-Si3N4가 β-Si3N4로 완전히 변형되어 밀도 증가로 인해 경도가 1442 HV에서 1487 HV로 증가합니다.
그러나 단열 시간을 12시간으로 연장하고 밀도를 97.71%로 더 높이면 경도는 1321 HV로 감소합니다.
이는 결정립이 비정상적으로 두꺼워져 결정립에 결함이 발생하고 경도가 감소하기 때문입니다.
1800°C에서의 2단계 소결 공정은 8시간 소결 샘플과 비슷한 입자 크기와 상 조성을 가지며, 경도는 1478 HV로 8시간 소결 샘플과 비슷합니다.
요약
소결 온도가 높을수록 입자 확산과 치밀화를 촉진하여 밀도와 경도를 모두 높이는 데 유리하지만, 경도를 감소시킬 수 있는 과도한 입자 성장을 피하기 위해 중요한 균형을 유지해야 합니다.
최적의 소결 조건은 특정 재료와 그 특성에 따라 달라지므로 온도, 시간 및 기타 소결 매개변수를 신중하게 고려해야 합니다.
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