세라믹 분말은 느슨하고 독립적인 입자로 작용하므로 원료 상태로는 경도를 시험할 수 없습니다. 의미 있는 데이터를 얻으려면 정밀 강철 다이와 유압 프레스를 사용하여 이 분말을 압축하여 고정된 치수와 높은 밀도를 가진 응집된 디스크 모양의 펠릿을 만들어야 합니다.
경도 데이터는 시료의 밀도만큼만 신뢰할 수 있습니다. 300–400 MPa의 압력으로 분말을 압축하면 공기가 배출되고 압입기가 입자 간의 빈 공간이 아닌 고유 강도를 측정하는 데 필요한 연속적인 고체 표면이 생성됩니다.
시험 가능한 표면 만들기
입자를 고체로 변환
경도 시험기는 재료의 특정 지점에 힘을 가하는 압입기를 사용합니다.
느슨한 분말에 적용하면 입자가 단순히 이동하거나 변위됩니다. 고압 성형은 이 느슨한 분말을 연속적인 고체 표면으로 변환하여 압입기가 측정하는 데 필요한 저항을 제공합니다.
입자 간 공기 배출
원료 상태의 세라믹 분말에는 입자 사이에 갇힌 상당한 양의 공기가 포함되어 있습니다.
압축 공정은 이 공기를 완전히 배출하도록 설계되었습니다. 이러한 간격을 제거함으로써 공정은 단단한 충진을 달성하여 시료가 재료 자체를 나타내는 것이지 재료와 공기 포켓의 혼합물이 아님을 보장합니다.
압축의 물리학
고압의 필요성
가벼운 수동 압력으로는 필요한 밀도를 달성할 수 없습니다.
실험실 유압 프레스는 300–400 MPa의 압력을 가하는 데 필요합니다. 이 극한의 힘은 입자 간의 마찰을 극복하고 단단하게 충진된 배열로 강제하는 데 중요합니다.
시간과 기하학의 역할
압축 공정은 즉각적이지 않으며 종종 최대 1시간 동안 압력을 유지해야 합니다.
이 기간은 시료 구조를 안정화하는 데 도움이 됩니다. 정밀 강철 다이를 사용하면 최종 결과물이 시험 장비에 표준화된 고정된 기하학적 치수를 가진 디스크 모양의 시료가 되도록 보장합니다.
부적절한 준비의 위험 이해
"빈 공간" 변수
시료가 고밀도로 압축되지 않으면 경도 시험은 세라믹의 실제 특성을 측정하는 데 실패합니다.
세라믹을 측정하는 대신 장비는 분말 빈 공간의 붕괴를 측정하게 됩니다. 이는 재료의 고유 강도 또는 균열 저항을 반영하지 않는 무작위적이고 신뢰할 수 없는 값을 초래합니다.
시료 무결성
정밀 강철 다이와 유압을 사용하지 않으면 시료에 구조적 무결성이 부족합니다.
느슨하게 충진된 시료는 시험 압입기의 하중으로 부서질 수 있습니다. 이는 재료의 기계적 한계에 대한 유용한 데이터를 수집하는 것을 방지합니다.
경도 시험에서 데이터 무결성 보장
경도 시험이 유효한 과학 데이터를 생성하도록 하려면 무엇보다 시료 밀도를 우선시해야 합니다.
- 주요 초점이 공정 일관성인 경우: 모든 시료 배치에 걸쳐 고정된 기하학적 치수를 유지하기 위해 정밀 강철 다이를 사용하십시오.
- 주요 초점이 데이터 정확성인 경우: 유압 프레스가 1시간 동안 300–400 MPa를 가하여 경도 판독값을 왜곡하는 공기 빈 공간을 제거하는지 확인하십시오.
올바른 시료 준비는 가변적인 분말을 재료의 진정한 강도를 나타내는 신뢰할 수 있고 시험 가능한 고체로 바꿉니다.
요약 표:
| 준비 요소 | 요구 사항 | 경도 시험에서의 목적 |
|---|---|---|
| 장비 | 강철 다이 및 유압 프레스 | 고정된 기하학적 치수를 생성하고 균일한 힘을 가합니다. |
| 압력 수준 | 300–400 MPa | 입자 간 공기를 배출하고 내부 마찰을 극복합니다. |
| 유지 시간 | 최대 1시간 | 연속적인 고체 표면을 위해 내부 구조를 안정화합니다. |
| 시료 상태 | 응집된 디스크 | 입자 이동 및 압입기가 빈 공간으로 붕괴되는 것을 방지합니다. |
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참고문헌
- Daryn B. Borgekov, Dmitriy I. Shlimas. Synthesis and Characterization of the Properties of (1−x)Si3N4-xAl2O3 Ceramics with Variation of the Components. DOI: 10.3390/ma16051961
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