(1-x)NaNbO3-xSrSnO3 세라믹 준비에서 콜드 등압 성형기(CIP)의 중요한 역할은 일반적으로 200MPa에 도달하는 균일하고 등방성인 압력을 미리 성형된 그린 바디에 가하는 것입니다. 이 2차 성형 단계는 분말 입자의 충진 밀도를 크게 증가시키고 내부 구조를 균질화합니다. 밀도 구배를 균등하게 함으로써 CIP 공정은 후속 고온 소결 단계 동안 불균일한 수축 및 균열에 대한 주요 방어선이 됩니다.
핵심 요점: 초기 성형이 형상을 결정하는 반면, 콜드 등압 성형기는 구조적 무결성을 결정합니다. 등방성 액체 압력을 가함으로써 CIP는 뒤틀림과 균열을 유발하는 내부 밀도 변동을 제거하여 최종 (1-x)NaNbO3-xSrSnO3 세라믹이 최대 밀도와 기계적 안정성을 달성하도록 보장합니다.
등방성 소결의 역학
등방성 압력 가하기
단일 축에서 힘을 가하는 표준 다이 프레싱과 달리, CIP는 액체 매체를 사용하여 모든 방향에서 동시에 압력을 가합니다.
(1-x)NaNbO3-xSrSnO3 그린 바디의 경우, 이는 일반적으로 최대 200MPa의 압력을 포함합니다.
이 "정수압" 접근 방식은 세라믹 바디의 모든 표면이 모양이나 방향에 관계없이 정확히 동일한 양의 힘을 경험하도록 보장합니다.
입자 충진 극대화
고압은 세라믹 분말 입자를 훨씬 더 조밀한 구성으로 재배열하도록 강제합니다.
이 기계적 결합은 열이 가해지기 전에 입자 사이의 빈 공간(기공)을 최소화합니다.
결과는 건식 프레싱만으로는 달성할 수 없는 우수한 기계적 강도와 훨씬 더 높은 기준 밀도를 가진 "그린"(미소결) 바디입니다.
소결 결함 방지
밀도 구배 제거
단축 프레싱과 같은 초기 성형 방법의 일반적인 문제는 "밀도 구배"의 생성입니다.
이러한 시나리오에서는 샘플의 외부 가장자리가 조밀하게 충진될 수 있는 반면, 벽 마찰로 인해 코어는 느슨하게 충진된 상태로 남아 있습니다.
CIP는 전체 재료 부피에 균일한 압력을 가하여 코어에서 표면까지 밀도를 균등하게 함으로써 이를 수정합니다.
수축 거동 제어
세라믹이 소결될 때 기공이 제거되면서 수축합니다.
그린 바디의 밀도가 불균일하면 불균일한 속도로 수축하여 내부 응력, 변형 및 궁극적으로 균열이 발생합니다.
사전에 (1-x)NaNbO3-xSrSnO3 바디가 구조적으로 균일하도록 보장함으로써 CIP는 수축이 균일하게 발생하도록 보장하여 최종 부품의 치수 정확도를 유지합니다.
운영 고려 사항
사전 성형의 필요성
CIP는 일반적으로 1차 성형 도구가 아니라 2차 처리라는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
분말은 일반적으로 등압 성형 전에 예비 성형(예: 단축 프레싱)되어 일반적인 모양을 설정합니다.
캡슐화가 중요합니다
정확하게 작동하려면 그린 바디를 유연한 몰드 또는 진공 백에 밀봉해야 합니다.
이 장벽은 액체 매체의 압력을 분말에 전달하는 동시에 액체가 세라믹 재료를 오염시키는 것을 방지합니다.
고압 사이클 동안 이 밀봉이 파손되면 샘플을 망칠 수 있습니다.
프로젝트에 맞는 선택
(1-x)NaNbO3-xSrSnO3 세라믹의 품질을 극대화하려면 다음 목표에 맞춰 공정을 조정하세요.
- 결함 제거가 주요 초점인 경우: 소결 중 미세 균열과 뒤틀림을 유발하는 내부 밀도 구배를 제거하기 위해 CIP를 우선적으로 사용하세요.
- 최종 밀도 향상이 주요 초점인 경우: 97% 이상의 상대 밀도를 달성하기 위한 전제 조건인 입자 충진을 극대화하기 위해 200MPa 한계 근처의 CIP 압력을 사용하세요.
궁극적으로 콜드 등압 성형기는 부서지기 쉽고 불균일한 분말 압축물을 고성능 소결 준비가 된 견고하고 균질한 고체로 변환합니다.
요약 표:
| 특징 | 세라믹 그린 바디에 미치는 영향 |
|---|---|
| 압력 유형 | 등방성(등방성) ~200MPa |
| 밀도 목표 | 최대 입자 충진 및 높은 상대 밀도(>97%) |
| 구조적 무결성 | 뒤틀림 방지를 위해 밀도 구배 제거 |
| 소결 준비 | 균일한 수축 보장 및 미세 균열 방지 |
| 공정 단계 | 단축 사전 성형 후 2차 처리 |
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참고문헌
- Hui Ding, Hans‐Joachim Kleebe. Domain morphology of newly designed lead‐free antiferroelectric NaNbO <sub>3</sub> ‐SrSnO <sub>3</sub> ceramics. DOI: 10.1111/jace.17738
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