소결 세라믹의 다공성은 여러 가지 요인에 의해 영향을 받습니다.
이러한 요인에는 그린 컴팩트의 초기 다공성, 소결 온도, 지속 시간 및 압력 적용이 포함됩니다.
일반적으로 소결의 목표는 다공성을 줄이는 것입니다.
이렇게 하면 소재의 강도, 투명도, 열 전도성, 전기 전도성이 향상됩니다.
그러나 특정 응용 분야에서는 특정 기계적 특성을 달성하기 위해 다공성을 보존할 수 있습니다.
소결 세라믹의 다공성에 영향을 미치는 4가지 주요 요인
1. 초기 다공성 및 소결 조건
그린 컴팩트의 초기 다공성은 소결 세라믹의 최종 다공성에 큰 영향을 미칩니다.
그린 컴팩트의 초기 다공성이 높으면 일반적으로 최종 제품의 낮은 다공성을 달성하기 위해 더 많은 시간과 더 높은 온도가 필요합니다.
특히 고체 상태에서 입자 확산이 발생하여 더 긴 소결 시간과 더 높은 온도가 필요한 순수 산화물 세라믹의 경우 더욱 그렇습니다.
2. 온도와 시간의 영향
소결하는 동안 열을 가하면 세라믹 입자가 서로 결합하여 전체적인 다공성이 감소합니다.
약 1,100°C~1,200°C의 온도에서 지르코니아가 단방정에서 다방정 결정 상태로 변하는 것은 소결이 입자 밀도를 극적으로 증가시키고 다공성을 감소시킬 수 있음을 보여주는 대표적인 예입니다.
또한 이 과정을 통해 강도와 투명도가 크게 증가합니다.
3. 압력의 역할
소결 중에 압력을 가하면 소결 시간과 최종 다공성을 모두 크게 줄일 수 있습니다.
압력은 세라믹 입자의 응집에 도움을 주어 보다 빠르고 효과적인 치밀화 과정을 촉진합니다.
이 방법은 특히 짧은 시간 내에 매우 낮은 다공성 수준을 달성하는 데 유용합니다.
4. 다공성 보존
특정 기계적 또는 기능적 특성을 달성하기 위해 소결 세라믹의 다공성을 의도적으로 보존하는 경우도 있습니다.
이를 위해서는 소결의 치밀화 효과와 특정 수준의 다공성을 유지해야 하는 필요성 사이의 균형을 맞추기 위해 소결 공정을 신중하게 제어해야 합니다.
기술 및 장비
소결 공정에는 터널 킬른과 주기적 킬른을 비롯한 다양한 기술과 장비가 사용됩니다.
이러한 가마는 특정 절차에 따라 소결의 가열 및 냉각 단계를 관리하도록 설계되어 다공성을 줄이고 기타 재료 특성을 향상시키기 위한 최적의 조건을 보장합니다.
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