[신소재]치밀화(Densification)

소개

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목차

1.소결이론(theory sintering)
1-1. 기상소결(vapor-phase sintering)
1-2. 고상소결(solid-state sintering)
1-3. 액상소결(liquid-phase sintering)
1-4.반응성 액상소결(reactive liquid sintering)
1-5. 소결상의 문제점

2. 새로운 치밀화 공정
2-1. 고온가압 소결(hot pressing)
2-2. 반응 소결(reaction sintering)
2-3. 기상 증착법(vapor deposition)
2-4. 용융입자 증착법(molten particle deposition)
2-5. 시멘트 결합(cementicious bonding)

본문내용

1-1. 기상소결(vapor-phase sintering)
기상소결은 단지 몇 개의 물질에서만 중요하며, 여기에서는 간단하게 다루고자 한다. 구동 에너지는 표면 곡률의 함수인 증기압의 차이로 주어진다. 물질은 양(+)의 곡률을 갖고, 상대적으로 증기압이 높은 입자의 표면에서 음(-)의 곡률을 가지며, 매우 낮은 증기압을 갖는 접촉 부위로 이동한다. 입자가 작을수록 양의 곡률은 커지게 되고, 기상 이동을 위한 구동력도 커지게 된다. 기상을 통한 물질이동은 기공의 모양을 변화시키고 인접한 입자간의 결합을 형성시키며, 이에 따라 재료의 강도를 증가시키고 열린기공에 의한 투과도(permeability)를 감소시킨다. 그러나 이때 수축과 치밀화는 일어나지 않는다. 외부 표면으로 기공의 이동 그리고 내부의 물질이동을 위해서는 다른 물질이동 기구가 병행되어야 한다.
1-2. 고상소결(solid-state sintering)
고상소결에서는 확산을 통한 물질이동이 일어난다. 확산은 표면이나 입계면 혹은 재료 자체를 통한 원자나 공공(vacancy)의 이동에 의해 이루어진다. 기상 이동에서처럼 표면 확산은 수축을 일으키지 않는 반면 입계면이나 격자 전위를 통한 체적 확산은 수축을 일으킨다. 고산소결의 구동력은 입자들의 자유 표면과 접촉점 사이의 자유 에너지 또는 화학적 전위의 차이로 나타난다. 수학적인 모델은 실험 결과와 비교하고, 소결 속도와 연관지어 유도된다.
예를 들어, Kingery등은 두 입자의 접촉면에서 네크(neck)영역으로 체적 확산에 의한 물질이동 기구를 다음과 같은 식으로 유도하였다.
△L / L= (20γ a D / 2kT ) r t
여기서 △L / L는 선수축률(소결속도와 동일)을 나타내고, γ은 표면에너지, a은 확산공공의 원자 부피, D는 자체 확산 계수, k는 Boltzmsnn 상수, T는 온도, r은 입자 반경(초기 분말과 동일한 크기의 구조 가정), t는 시간을 나타낸다. 소결의 체적 확산을 나타내는 다른 식들도 이와 유사하다. 각각의 경우에 있어서 수축 속도는 소결온도가 증가하고 초기입자 반경이 작아짐에 따라 증가하며, 시간에 따라 감소한다.

참고자료

· 없음