분말의 제조, 가공

본문내용

따른 압분 성형성
- 경도가 높을수록 성형 밀도가 저하된다.
- 경질 재료의 경우 파괴, 변형이 수반된다.
- 높은 압력은 파괴과정, 낮은 압력은 소성변형을 야기한다.
- 항복강도, 분말경도 및 가공경화 거동 모두 압력-밀도에 영향을 미친다.
(4) 소결
1) 소결 : 기공의 밀도를 감소시키기 위한 열처리로 높은온도에서 입자들을 결합시키는 것을 말한다.
- 입자들은 분말상태의 높은 표면에너지를 제거하기 위한 원자들의 운동에 의해 소결이 진행된다.
- 단위 체적당 표면에너지 : 입자 지름의 역수에 의존하며 높은 비표면적을 갖는 입자들이 큰 표면에너지를 가지며 빠르게 소결된다.
- 입계 : 높은 원자 이동도를 갖는 결함구역으로 원자 이동의 통로가 된다. 입계의 형성인자는 전위밀도가 높을수록 형성이 잘 된다.
(1) 소결의 구동력(Driving force, )
소결의 구동력은 표면장력에 의해 표면을 감소시키려는 방향으로 반응이 일어나게 된다. 분말의 표면적을 줄이는데 따른 표면에너지 감소이며 표면장력이 표면 에너지를 감소시키는 방향으로 작용하는 힘이다. 작은 분말일수록 비표면적이 크므로 구동력이 커 소결율이 증가한다.
(2) 소결 정도를 측정하는 방법
소결 표면적 : 소결 중 표면적은 초기값 에서 급격히 감소하여 로 측정한다. 소결의 정도를 나타내는 척도이다.
(3) 목의 크기
목의 지름을 입자의 지름으로 나눈 값을 말한다. (X/D)
목이 성장하는 것과 더불어 성형체는 수축하게 되고 치밀화되어 강도가 증가한다.
(4) 온도와 시간의 영향
온도가 높을수록 목 크기 비, 표면감소율, 수축률, 치밀화율이 커진다. 그러나 되도록 낮은 온도에서 소결하는것이 좋다. 그 이유는 너무 고온에서 소결시에는 입계 크기가 커지고, 석출물이 생기며 냉각시에 잔류응력이 발생할 수도 있기 때문이다.
(5) 소결 모델
- 점 접촉
- 입자간 결합
- 목 성장
- 새로운 입자가 생성
- 하나의 큰 입자로 합체 (최초 직경의 1.26배의 직경)
(6) 표면이동(Surface transport)과 체이동(Bulk transport)
1) 표면이동
입자 표면에서 시작하고 끝나는 물질의 흐름 때문에 입자 간격의 변화가 없는 목 성장으로 수축 및 치밀화가 없다. 표면확산과 증기화 응축은 표면이동이 주가되는 소결에서 두 가지 중요한 요인이 된다.
2) 체 이동
소결에 의한 수축이 발생. 물질은 입자 내부에서 시작되어 목 부분에 축적된다. 매커니즘은 체 확산과 입계 확산, 소성유동, 점성유동등이 있다.
(7) 소결에서의 기공
1) 기공이 결정립 성장을 저지한다.
2) 기공들은 결정립 성장에 의한 입계의 이동에 의해 견인 될 수 있다.
3) 입계가 기공과 분리되어 기공을 결정립 내부에 존재하도록 할 수 있다.
- 기공들은 결정립의 모서리나 결정립 내에 위치하며 치밀화가 잘 일어난다. 기공이 전체 결정립의 면적을 감소시키기 때문에 계의 에너지는 결정립 모서리에 기공이 배치될 경우 낮아진다. 이러한 이유로 고립기공(isolated pores)은 치밀화를 방해하는 요인이 되어 바람직 하지 못하다.
(5) 액상소결
(1) 액상소결이란?
- 녹일수 없는 금속을 소결시키는 방법으로 녹일 수 있는 금속과 녹일 수 없는 금속을 혼합하여 녹이는 방법이다. 표면 장력에 영향을 받으며 가장 중요한 요소는 ‘젖음성’이다.
=계면에너지
접촉각이 작다는 것은 액상이 고상 표면에 잘 퍼진다는것을 의미한다.
(2) 치밀화과정
1) 입자의 재 배열이 치밀화에 기여한다.
2) 가열이 계속되면 고상이 액상에 융해되고 액상의 양이 증가한다.
3) 작은 결정립이 액상에 용해되어 큰 결정립에 재 석출하는 고용-재석출이라 하는 과정에서 고상 원자의 운반자 역할을 한다.
4) 작은 결정립일수록 우선적으로 액상에 용해되고 시간이 흐를수록 결정립 수는 감소하고 결정립 크기는 증가한다.
※ 고용-재석출이란?
: 작은 결정립의 용해로 큰 결정립으로의 고상의 석출에 의해 결정립이 성장하는 것을 의미
(6) 소결 변수에 따른 소결 효과
(1) 분말크기가 감소되면
☞ 빠른 소결, 고비용, 높은 불순물
(2) 소결시간이 증가하면
☞ 고비용, 결정립 크기 증가, 낮은 생산성
(3) 소결 온도가 증가하면
☞ 고밀도, 빠른 소결, 결정립 성장, 고비용, 로의 한계
(4) 압분 밀도가 증가되면
☞ 낮은 수축, 고밀도, 균질화
(5) 소결첨가제 사용
☞ 낮은 인성, 낮은 소결온도, 빠른 치밀화, 최종 제품의 높은 밀도, 크립 경도 감소, 수축에 의한 비틀림, 결정립 성장
5. 분말의 형상
분말의 형상에 따라 충진성, 유동성 압축성에 영향을 미칠 수 있다. 표면장력에 의해 분말의 형상은 구형(Spherical)하게 되려고 하는 성질이 있다. 대개 Gas Atomization 하는 경우 분말의 모양은 구형을 띠며 Water Atomization 하는 경우에 Angular 한 모양이나 수지상 조직을 띤다.
(1) 입자의 형상
1) 분말의 유동성
- 보통 비뉴톤성 (non-Newtonian) 유동
- 자유 유동성
- 응집성 (또는 부착성)
※ 유동성에 영향을 주는 인자
- 입자의 크기
- 모양
- 공극률
- 밀도
- 표면 구조
※ 유동성을 좋게 하는 방법
- 입자 경의 크기 증가, 크기 분포 폭을 줄인다
- 분체의 건조
- 활택제
- 최적 활택제의 농도는 1 % 이하
- 농도가 커지면 유동성이 감소
2) 분말의 형상
- 현미경에 의한 투영 지름이 dp라면
표면적 = αsdp2 = πds2 (αs는 표면적 계수, ds 는 등가 표준 지름)
부피 = αvdv3 = πdv3/6 (αv 는 용적 계수, dv 는 등가 용적 지름)
- 형상계수(shape factor)
어떤 지름에 대한 또 다른 지름의 비
구형일 때 αs/αv= 6.0
비 대칭 형이면 αs/αv> 6.0
3) 입자 수
입자 수 (particle number)
단위 무게 당 입자 수
dvn : volume-number mean
입자를 구로 가정하면 단일 입자의 부피는πdvn2/6
중량 = 부피 x 밀도 = πdvn2ρ/6
1개 : πdvn2ρ/6 = N : 1g
N= πdvn2ρ/6

키워드

분말,   볼밀,   아토마이징