분말 압축 성형 소결

본문내용

이)를 이용하여 A=πD2/4, V=AH, ρ=질량/부피를 계산할 수 있다.
Table5.1 Al-Si의 소결전과 후의 밀도값
밀도
소결시간
시편
소결전 밀도
[g/㎤]
소결후 밀도
[g/㎤]
밀도차
450℃/1hr
Al-Si
2.249
2.237
-0.013
Al-Si+PVA
2.326
2.302
+0.024
450℃/2hr
Al-Si
2.225
2.213
-0.012
Al-Si+PVA
2.215
2.364
+0.049
450℃/4hr
Al-Si
2.289
2.176
-0.532
Al-Si+PVA
2.134
2.184
+0.060
Al의 이론밀도는 2.96g/㎤, Si의 이론밀도는 2.33g/㎤이다. 소결 후에 밀도 값이 감소하는 것을 볼 수 있다. 이것은 소결시간이 지남에 따라 PVA가 날아가면서 기공이 되어, 부피가 증가하게 되면서 발생하는 현상이다.
Table5.2 Cu의 Press방법에 따른 소결전과 후의 밀도값
밀도
press법
소결전 밀도[g/㎤]
소결후 밀도[g/㎤]
밀도차
Hot press
-
8.79
-
Cold press
5.60
5.09
-0.51
Cu의 이론밀도는 8.96g/㎤이다. 소결 후에 밀도가 약 0.5정도 감소한 것을 알 수 있다. Hot press를 한 후의 밀도변화는 이론밀도의 약 92%를 나타냈고, Cold press한 후의 밀도변화는 이론밀도의 약 56%를 나타냈다.
5.2 경도
- 비커스 : Load 50gf, 시간 : 10sec, 로크웰 : “B”scale, Load : 100gf
Table5.3 Al-Si의 비커스와 로크웰 경도값
450℃/1hr
450℃/2hr
450℃/4hr
비커스
Al-Si
30.6
24.6
39.1
Al-Si,PVA
27.4
23.9
16.7
로크웰
Al-Si
48.2
44.5
49.6
Al-Si,PVA
21.3
36.2
42.1
소결시간이 증가함에 따라 경도값이 대체적으로 증가하는 것을 볼 수 있다. 그러나 PVA를 첨가한 Al-Si는 경도값이 감소했다. 즉, PVA가 증발하면서 그 자리에 기공이 생기므로, 경도값은 감소하게 된다.
Table5.4 Cu(600℃/1hr)의 비커스 경도값
비커스
Hot Press
78.4[HV]
Cold Press
28.5[HV]
Hot press를 한 경우와 Cold press를 한 경우의 밀도값의 차이가 심하게 나타난다. Hot press는 진공상태에서 성형과 소성의 과정을 동시에 진행하기 때문에, 기공의 양이 감소하고, 온도가 상승하면서 입자들이 팽창할 때 프레스 압력하에서 소결하면서 밀도가 증가한다. 그러므로 밀도가 증가하면서 경도값이 증가하게 된다.
5.3 광학현미경
- PVA 첨가시 Si(흰색)이 감소한 것을 볼 수 있는데, 기공(검은색)이 증가하는 것을 알 수 있다. 이것은 소결시간에 따라 PVA가 휘발을 하여, 기공이 증가하는 것이다.
- 같은 온도에서 CP의 경우 Cu조직은 비대칭적, HP는 성형과 소결을 동시에 하는 과정이므로 대칭적으로 관찰된다.
5.4 SEM
Table.5.5 stone mill전, 후의 입자크기 변화
stone mill 전
stone mill후
30㎛
20.4㎛
- 입자의 재결정, 결정립 성장을 볼 수가 있다. PVA 첨가를 보면 1시간에는 입자들의 회복, 2시간에는 입자의 재결정, 그리고 PVA휘발을 통하여 기공의 증가한다. 마지막으로 4시간에는 기공수가 줄어들면서 재결정이 시작된다.
- PVA를 첨가했을 경우, 결정입계가 조금 더 뚜렷히 보이는 것을 알 수 있다.
Ⅲ. 결론
6. 실험결론 및 고찰
Al-Si분말에 PVA용액을 첨가하게 되면 결합력은 높아지게 되나 기공이 많이 생기기 때문에 밀도와 경도값은 감소하게 된다. 또한 소결시간의 증가함에 따라 경도값은 감소하였다.
이번 실험을 통하여 물리적인 힘을 통한 입자크기 변화, PVA를 통한 기공의 변화, HP와 CP의 차이점, 소결시간에 따라 변화하는 입자 재결정 결정립 성장을 알 수 있었다.
밀도, 경도, 광학현미경, SEM을 분석한 결과 Al-Si는 잘 고용되지 않는다는 것을 알 수 있었다.
Ⅳ. 참고문헌
1. 박상엽외 1명, 소결의 이론 및 실제, 다성출판사, 2000년
2. 추현식외 2명, 분말야금학, 원창출판사, 1993년
3. 김윤채, 신편분말야금, 태훈출판사, 2002년
4. 이지환외 3명, 비철금속재료, 원창출판사, 2001년
5. 이정일외 5명, 금속공학실험, 충주대학교출판사, 2002년
6. 배철훈외 1명, 세라믹 제조공정, ITC, 2003년

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