티타늄 디보라이드(TiB2)의 무압 소결 워크플로우에서 실험실 프레스 기계는 가열 단계가 시작되기 전에 전적으로 사용되는 중요한 "성형" 도구 역할을 합니다. 그 구체적인 기능은 균일하게 혼합된 TiB2 분말 및 첨가제에 대해 건식 프레스를 수행하여 100~400 MPa 범위의 고압을 사용하여 느슨한 입자를 "녹색 컴팩트"라고 하는 고체 모양의 물체로 변환하는 것입니다.
핵심 요점 실험실 프레스는 느슨한 TiB2 분말을 구조적으로 안정적인 "녹색 컴팩트"로 변환하는 데 필요한 기계적 힘을 제공합니다. 차가운 상태에서 공극을 제거하고 입자 접촉 밀도를 최대화함으로써 재료가 외부 압력 없이 후속 고온 소결 중에 성공적으로 밀집될 수 있는 물리적 기반을 만듭니다.
녹색 본체 형성의 역학
압축 및 공기 제거
이 워크플로우에서 실험실 프레스의 주요 목표는 물리적 압축입니다. 느슨한 TiB2 분말에는 상당한 양의 공기가 포함되어 있으며 입자 사이에 큰 거리가 있습니다.
프레스는 입자를 함께 밀어 기계적으로 맞물리게 하고 갇힌 공기를 배출합니다. 이 기공률 감소는 필수적입니다. 그렇지 않으면 소결 과정에서 재료가 붕괴되거나 균열이 발생할 수 있습니다.
"녹색 컴팩트" 생성
프레스 기계의 출력은 "녹색 컴팩트"입니다. 이것은 모양은 만들어졌지만 아직 소결(소성)되지 않은 세라믹 본체입니다.
최종 세라믹의 경도는 없지만 녹색 컴팩트는 취급, 이동 및 용광로에 넣을 때 부서지지 않도록 충분한 구조적 강도를 가져야 합니다. 프레스는 컴팩트가 최종 응용 분야에 필요한 특정 기하학적 모양을 유지하도록 합니다.
압력 매개변수
TiB2의 무압 소결의 경우 압력 요구 사항은 열간 압축 워크플로우에 사용되는 것보다 훨씬 높습니다.
실험실 프레스는 100~400 MPa 사이를 전달해야 합니다. 가열 단계 중에는 외부 압력이 가해지지 않기 때문에 이 초기 냉간 압력은 재료의 시작 벌크 밀도를 최대화하기에 충분히 높아야 합니다.
절충점 이해
고압 대 탄성 복원
밀도를 높이기 위해 고압이 필요하지만 과도한 압력은 "탄성 복원" 또는 스프링백을 유발할 수 있습니다.
압력이 해제되면 압축된 분말이 약간 팽창할 수 있습니다. 공격적인 프레스로 인해 내부 응력이 너무 높으면 이 팽창은 녹색 본체에 적층 또는 미세 균열을 유발할 수 있으며, 이는 소결 중에 치명적인 실패로 이어질 것입니다.
무압 소결 대 열간 압축
여기서 프레스의 역할과 열간 압축(HP)을 구별하는 것이 중요합니다.
무압 소결(PS)에서 프레스는 상온에서 사용되는 예비 도구입니다. 가열 중 압력 부족을 보상하기 위해 높은 힘(100-400 MPa)이 필요합니다.
열간 압축(HP)에서는 프레스가 열과 동시에 작동합니다. 열이 재료를 연화시켜 밀집하기 쉽게 만들기 때문에 훨씬 낮은 압력(일반적으로 20-50 MPa)이 필요합니다. 이 두 가지 별개의 워크플로우의 작동 매개변수를 혼동하지 마십시오.
목표에 맞는 올바른 선택
프로젝트에 적용하는 방법
- 녹색 밀도 최대화가 주요 초점인 경우: 용광로 사이클이 시작되기 전에 입자 간 거리를 최소화하기 위해 실험실 프레스가 압력 범위의 상한선(400 MPa 근처)을 유지할 수 있는지 확인하십시오.
- 결함 방지가 주요 초점인 경우: 녹색 컴팩트에서 적층을 모니터링하십시오. 프레스 직후 균열이 나타나면 더 높은 하중을 가하는 대신 피크 압력을 줄이거나 바인더 첨가제를 조정하십시오.
- 복잡한 성형이 주요 초점인 경우: 무압 소결은 이 프레스 단계에서 형성된 모양을 유지하므로 실험실 프레스와 사용자 정의 금형을 사용하여 기하학적 모양을 정의하십시오.
실험실 프레스는 TiB2 세라믹의 초기 밀도를 결정하며, 최종 소결 제품 품질의 절대적인 상한선을 설정합니다.
요약 표:
| 특징 | 무압 소결 (냉간 압축) | 열간 압축 (HP) |
|---|---|---|
| 타이밍 | 가열 전 단계 (예비) | 가열과 동시에 |
| 압력 범위 | 100 - 400 MPa | 20 - 50 MPa |
| 주요 목표 | 녹색 밀도 및 모양 최대화 | 실시간 밀집 및 결합 |
| 출력 상태 | 녹색 컴팩트 (미소성) | 최종 밀집 세라믹 |
| 취급 | 높은 구조적 안정성 필요 | 열 동안 다이 내에서 형성됨 |
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참고문헌
- Xinran Lv, Gang Yu. Review on the Development of Titanium Diboride Ceramics. DOI: 10.21926/rpm.2402009
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