[재료공학실험]세라믹스의 소결(고상소결)

목차

1. 실험 이론 및 원리
2. 실험 방법
3. 실험 결과
4. 토의 사항
5. 참고 문헌

본문내용

가. 서론
세라믹스의 제조 공정은 주로 원료 분말의 준비, 원하는 형태로의 성형, 그리고 고온 가열에 의한 소결로 나눌 수가 있다. 그림1은 이러한 세라믹스 공정을 에너지 상태의 변화로 나타낸 것인데, 소결과정은 세라믹스 재료의 전 제조공정에서 가장 중요한 부분을 차지하는 과정이다. 따라서 소결현상의 명확한 이해는 세라믹스 공정의 효율화와 그 특성의 적절한 제어에 확고한 기반이 되는 것이다.
즉, 비교적 안정하고 낮은 에너지를 가지는 원료를 미분쇄하게 되면, 표면적 증가에 따르는 표면 에너지의 증가로 분말은 형태만 이룰 뿐, 그 에너지의 변화는 별로 없어서 여전히 높은 에너지 상태로 있게 된다. 따라서 이 성형체는 가능하면 그 표면적을 줄여서 낮은 에너지 상태가 되고자 한다. 이것은 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러서 그 위치 에너지를 낮추려는 것과 같은 것이다. 따라서 이성형체를 고온으로 가열하면 미분말 입자들은 서로 붙어서 소결을 하게 되고, 낮은 에너지 상태의 제품이 되는 것이다. 즉, 소결이란 그림2에서 보는 것처럼 분말 성형체가 가열에 의해 조립화(coarsening) 또는 치밀화(densification)를 이루는 과정을 말한다. 이 중 조립화라는 것은 많은 기공을 포함하고 강도가 거의 없는 분말 성형체가 가열에 의해 밀도의 변화는 없이 입자끼리의 결합에 의해 표면적 감소와 높아진 강도를 나타낸 것이다. 이의 좋은 예는 세라믹스 단열재나 세라믹스 촉매 담체의 소결이다. 그리고 치밀화라는 것은 많은 기공을 포함하고 강도가 거의 없는 분말 성형체가 가열에 의해 밀도의 증가(기공의 감소)와 함께 입자끼리의 결합에 의한 표면적 감소와 높아진 강도를 나타내는 것이다. 대부분의 고강도 세라믹스 제품의 소결은 여기에 해당된다. 그러나 실체에서는 그림2의 알루미나 소결의 예에서 보는 것처럼 조립화와 치밀화가 같이 일어나게 된다.

참고자료

· Introduction to the principles of ceramic processing, James S. Reed
· 세라믹스의 소결, 이준근, 半島出版社
· 최신 세라믹공학, 김종희, 박지연, 김도경 공역, Prentice Hall
· 첨가가 Pr-ZnO 바리스타에 미치는 소결 및 전기적인 특성에 대한 영향 - 문금성, 조성걸, 심영재, 경상대학교 세라믹공학과, Journal of Korean Ceramic Society Vol. 37, No.11 P.1044～1050, 2000 참조.