분말 성형 및 소결

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분말 성형 및 소결에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

는 것보다 재료가 더 단단해져서 경도가 높아지기 때문에 주조공정으로 만들 수 없는 것들을 소결을 이용하여 만들 수도 있다. 소결 처리된 성형물은 로의 안이 다식을 때까지 냉각시킨다. 이렇게 해서 완성된 소결체는 두께와 지름을 측정하여 소결전의 밀도와 비교하고 적당히 마운팅하여 표면을 연마한다. 표면을 연마한 시편은 현미경으로 조직을 관찰하여 소결전의 조직의 생김새와 비교하고 로크웰 경도기로 경도를 측정하고 측정하여 Pure Fe시료와 Fe-Cu3%시료, 두 개의 경도를 비교했다.
이론상으로 입자들 사이에 소결이 일어나면 당연히 부피는 줄어들게 되고 그에 따른 단위 체적당의 질량 값인 밀도는 증가해야 한다. 하지만 실습결과 두 개의 시편 모두 소결 후의 밀도가 줄어 들은 것으로 계산되었다. 이 결과에 가장 크게 작용한 오차는 잘못된 부피의 계산과 질량측정이라고 할 수 있다. 소결을 수행할 때 시편의 받침대 역할을 했던 사형이 소결이 끝난 뒤 시편을 때어내는 작업에서 시편에 붙어 떨어져 나왔고 시편의 손상을 막으려는 생각에 완전히 제거하지 않고 질량을 측정하고 지름과 두께를 측정하여 부피를 계산한 것이 결과를 뒤바꾼 원인이 된 것이다. 또 다른 원인을 생각해보면 분말을 금형에 넣는 과정에서 분말이 금형의 벽면에 달라붙을 수 있는 것과 분말을 올려놓은 종이에 달라붙어 미쳐 다 털려져 나오지 못한 분말들, 또 압축 성형 뒤에 금형의 사이에 끼어 떨어져 나오지 못한 분말들이 소결전의 시편의 중량을 감소시킨 원인들이라고 볼 수 있다.
Pure Fe시료와 Fe-Cu3%시료의 소결 후의 경도 값을 비교해보면 Pure Fe보다 Fe-Cu3%C의 경도가 눈에 띄게 높은 것을 알 수 있었다. Fe-3%Cu 는 소결 전에 Cu분말들이 Fe분말 사이사이에 끼어 확산이 아닌 분포되어 있다가 소결 후에는 상대적으로 용융점이 낮은 Cu입자들이 낮은 활성화 에너지를 가짐으로 확산계수와 유량을 증가시켜 Fe 틈사이로 확산된 것을 볼 수 있다. 이것이 결합력을 높여서 경도를 높인 것이 라고 생각된다. 이것이 가능 한 이유는 Fe와 Cu 분말은 상대적인 원자크기, 원자가전자수, 전기음성도가 비슷하여 중간상을 이루기 위한 세가지 조건을 만족시켰기 때문이라고 할 수 있다.
현미경을 통해서 조직의 모습을 관찰해 보면 소결 전과 소결 후의 모습이 확연히 다르다는 것을 확인할 수 있다. 소결 전에 Fe시편의 조직은 Fe입자 사이사이의 빈 공간이 많다는 것을 한눈에 알아볼 수 있었지만 소결 후에는 원자들이 확산현상을 일으켜 조직을 미세화한 것을 확인할 수 있었다. Fe-Cu3%의 조직 또한 소결 뒤에 Fe입자 사이로 Cu입자가 있는 것을 확인할 수 있었고 소결 전에 비해 빈 공간이 확연히 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 또 한가지 Fe-Cu3%의 조직 모습이 소결을 행할 때 위쪽으로 향했던 면보다 아래쪽으로 행했던 면의 조직들이 더 조밀함을 확인할 수 있었는데 이것은 Cu원자가 확산에 의한 소결을 할 때 지구 중심을 향하고 있는 중력에 의해 위에서 아래로 확산을 하기 때문에 상대적으로 윗면은 아랫면보다 확산이 적게 일어나기 때문이다.
이번 실습을 통하여 분말의 소결은 원자들의 확산에 의해서 이루어지며 확산은 온도, 열에너지, 시간에 의해 그 정도가 정해진다는 것을 알았다. 또 소결에 의해 만들어진 금속재료나 세라믹들은 조직이 치밀하기 때문에 우수한 단단함을 갖는 다는 것을 알았다. 매 실습마다 정확한 결과를 얻으려고 노력하지만 예상하지 못했던 오차들 때문에 정확한 결과값을 얻는 다는 것은 늘 어려움이 따르는 것 같다. 그 덕분에 뭔가를 더 얻을 수 있는 것이 실습과목의 진정한 보람이 아닐까 한다.

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