알루미나 기반 절삭 공구 준비에서 실험실 유압 프레스의 주요 기능은 느슨한 알루미나 분말을 "녹색 본체(green body)"라고 하는 응집되고 성형된 고체로 변환하는 것입니다. 이는 정밀 금형 내에 포함된 분말에 특정 사전 설정 압력을 가하여 달성됩니다. 이 기계적 힘은 입자 간의 내부 마찰을 극복하여 초기 소결을 촉진하고 특정 기하학적 구조로 재배열되도록 합니다.
프레스는 느슨한 원료와 고체 부품 사이의 중요한 다리 역할을 합니다. 분말을 취급할 수 있는 충분한 기계적 강도를 가진 사전 성형된 모양으로 압축하여 후속 고압 처리 및 소결을 위한 필요한 기반 역할을 합니다.
분말 압축 메커니즘
내부 마찰 극복
알루미나 분말은 느슨한 응집체 또는 덩어리로 구성됩니다.
고체 공구를 만들려면 이러한 느슨한 입자를 분리하는 마찰을 극복하기에 충분한 외부 힘을 가해야 합니다.
입자 재배열
유압 프레스가 단축 압력(예: 14MPa)을 가하면 입자가 서로 미끄러지도록 강제됩니다.
이 재배열은 입자 사이의 초기 공극을 채워 재료의 충진 밀도를 크게 증가시킵니다.
소성 변형
더 높은 압력 하에서 분말 입자는 소성 변형을 겪을 수 있습니다.
이 변형은 입자 간의 접촉 면적을 증가시켜 샘플의 초기 구조적 무결성을 확립하는 데 중요합니다.
"녹색 본체" 생성
녹색 본체 정의
유압 프레스의 즉각적인 출력은 최종 절삭 공구가 아니라 "녹색 본체"입니다.
이 용어는 성형 및 압축되었지만 최종 경도를 달성하기 위해 아직 소성(소결)되지 않은 세라믹 부품을 나타냅니다.
기하학적 정밀도
프레스는 사다리꼴, 원형 또는 원통형과 같은 특정 금형을 사용하여 공구의 모양을 결정합니다.
이는 사전 성형된 부품이 최종 절삭 인서트의 의도된 기하학적 구조와 일치하도록 하여 나중에 광범위한 가공의 필요성을 최소화합니다.
취급 강도
이 단계의 가장 실용적인 기능 중 하나는 기계적 강도를 제공하는 것입니다.
이 사전 압축이 없으면 분말은 느슨하게 남아 부서지지 않고 소결로 또는 냉간 등압 압축기로 옮기는 것이 불가능합니다.
최종 제품 품질과의 연관성
소결 전처리
압축 단계는 소결 중에 발생하는 고체 상태 반응에 필수적인 전처리입니다.
초기에 큰 공극을 제거함으로써 프레스는 가열 시 입자가 단단히 결합될 수 있도록 충분히 가깝게 유지되도록 합니다.
최종 밀도 결정
가해진 압력의 크기는 세라믹의 최종 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.
압축 중에 달성된 초기 밀도는 소결 중 수축률과 최종 제품의 궁극적인 밀도를 결정합니다.
절충점 이해
단축 압력의 한계
실험실 유압 프레스는 일반적으로 한 방향(단축)으로 압력을 가합니다.
이는 공구의 가장자리가 중앙보다 더 압축되는 밀도 구배를 생성할 수 있습니다. 이러한 불균일성은 소결 중 뒤틀림을 유발할 수 있습니다.
균열 위험
압력을 가하는 것도 중요하지만 압력 방출도 중요합니다.
"유지 시간"(압력 유지 시간)이 불충분하거나 압력이 너무 빨리 방출되면 분말에 갇힌 공기가 "스프링백" 효과로 인해 녹색 본체가 균열되거나 박리될 수 있습니다.
전구체일 뿐
유압 프레스가 최종 경도를 생성하지 않는다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.
이는 종종 냉간 등압 압축(CIP) 또는 직접 소결을 위해 예정된 전구체를 생성합니다. 적절한 소결 없이 최종 밀도를 위해 초기 유압 프레스에만 의존하면 필요한 내마모성이 부족한 공구가 생성됩니다.
목표에 맞는 선택
알루미나 공구 준비를 위해 유압 프레스를 구성할 때 즉각적인 목표를 고려하십시오.
- 취급 강도가 주요 초점인 경우: 녹색 본체가 부서지지 않고로로 옮겨질 수 있도록 입자가 서로 맞물릴 만큼 충분한 정적 압력을 가하십시오.
- 치수 정확도가 주요 초점인 경우: 정밀 금형과 신중하게 제어된 압력 로딩을 사용하여 밀도 구배를 최소화하여 소성 중 예측할 수 없는 수축을 줄입니다.
- 고밀도가 주요 초점인 경우: 유압 프레스를 냉간 등압 압축과 같은 2차 소결 방법을 준비하기 위한 사전 성형 단계로 간주하십시오.
유압 프레스는 원시 잠재력이 구조화된 엔지니어링 재료로 변환되는 결정적인 순간 역할을 합니다.
요약표:
| 공정 단계 | 실험실 유압 프레스의 기능 | 주요 결과 |
|---|---|---|
| 분말 압축 | 내부 마찰을 극복하고 입자 재배열 촉진 | 충진 밀도 증가 |
| 성형 | 정밀 금형(사다리꼴, 원형 등) 사용 | 정확한 기하학적 사전 성형 |
| 녹색 본체 생성 | 단축 압력을 가하여 응집된 고체 생성 | 기계적 취급 강도 |
| 소결 준비 | 큰 공극 제거 및 수축률 결정 | 최종 재료 밀도 향상 |
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참고문헌
- Hadzley Abu Bakar, Mohd Shahir Kasim. Fabrication and Machining Performance of Powder Compacted Alumina Based Cutting Tool. DOI: 10.1051/matecconf/201815004009
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