세라믹 분말의 소결 과정에서 몇 가지 물리적 변화가 발생합니다. 다음은 소결의 주요 단계입니다:
1. 파우더 구성: 첫 번째 단계에서는 물, 응집제, 바인더, 미소성 세라믹 분말을 혼합하여 슬러리를 만듭니다. 파우더의 구성에 따라 강도, 경도, 온도 전도성 등 세라믹 부품의 최종 특성이 결정됩니다.
2. 분말 압축: 이 단계에서는 슬러리를 분무 건조하여 분말 형태를 얻습니다. 그런 다음 분말을 금형에 넣고 눌러서 녹색 몸체를 만듭니다. 압축은 냉간 또는 고온 금형 프레스를 통해 수행 할 수 있으므로 건조 수축이 적은 조밀 한 녹색 부품이 생성됩니다.
3. 소결 또는 소성: 녹색 몸체를 저온에서 가열하여 바인더를 태웁니다. 그런 다음 고온에서 소결합니다. 소결에는 세라믹 입자를 녹는점 이하로 가열하는 과정이 포함됩니다. 온도가 상승함에 따라 몇 가지 변화가 발생합니다:
- 입자 성장: 미세 세라믹 파우더는 입자 성장을 거치며 개별 입자의 크기가 커지고 스스로 재배열되기 시작합니다.
- 파티클 재배열: 모세관 힘으로 인해 입자가 재배열되기 시작합니다. 입자 사이의 접촉 지점에서 입자 중 일부는 액상에 용해되어 입자 사이의 목 부분에서 다시 침전될 수 있습니다.
- 다공성 감소: 녹색 몸체에 존재하는 기공은 소결 중에 줄어들거나 닫혀 세라믹 부품의 치밀화를 초래합니다. 다공성 감소는 그린 바디의 초기 다공성, 소결 온도 및 시간과 같은 요인에 의해 결정됩니다.
- 치밀화 및 기계적 특성 개선: 기공이 제거되고 세라믹 컴팩트가 최대 밀도에 도달하면 세라믹 부품의 기계적 특성이 향상됩니다. 치밀화는 강도, 경도 및 기타 기계적 특성의 증가로 이어집니다.
- 수축: 세라믹은 일반적으로 소결하는 동안 20~25% 수축합니다. 제어되고 균일한 수축을 달성하려면 성형 단계에서 녹색 밀도를 균일하게 유지하는 것이 중요합니다.
- 액상 소결: 경우에 따라 소결 중에 액상이 존재할 수 있습니다. 이를 액상 소결이라고 하며 고밀도화가 더 어려운 세라믹에 사용됩니다. 소량의 첨가제가 소결 온도에서 액체를 형성하여 입자 재배열 및 기공 제거를 용이하게 합니다.
전반적으로 소결은 파우더 컴팩트를 원하는 특성과 재료 특성을 가진 고밀도 세라믹 제품으로 변환하는 데 중요한 공정입니다. 여기에는 표면 에너지 감소, 기공 폐쇄 및 세라믹 부품의 치밀화가 포함됩니다.
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