2단계 압력 제어 전략은 분말의 물리적 압축과 갇힌 가스의 필수적인 탈출 사이의 균형을 맞추도록 설계된 중요한 공정 매개변수입니다. 이 방법은 공기를 배출하고 입자를 배열하기 위한 초기 저압 단계(예: 15MPa)를 사용한 다음, 소성 변형을 유도하고 구조를 고밀도 녹색 본체로 고정하기 위한 고압 단계(예: 50MPa)를 사용합니다.
2단계 접근 방식은 빠른 성형과 구조적 무결성 간의 충돌을 해결합니다. 분말이 단단히 밀봉되기 전에 공기가 배출되도록 하여 내부 결함을 방지하는 동시에 알루미나-티타늄 카바이드 복합재의 최종 밀도와 강도를 극대화합니다.
2단계 접근 방식의 물리학
결함 없는 "녹색 본체"(소결 전 압축된 분말)를 달성하려면 입자 사이의 공기와 압축 중 발생하는 마찰을 모두 관리해야 합니다.
1단계: 공기 배출 및 입자 재배열
첫 번째 단계는 일반적으로 약 15MPa의 비교적 낮은 압력을 가하는 것을 포함합니다. 여기서의 주요 목표는 탈기입니다.
처음부터 고압을 가하면 압축체 내부에 공기 주머니가 갇혀 감압 또는 소결 중에 잠재적인 폭발이나 균열이 발생할 수 있습니다. 이 단계는 또한 분말 입자가 제자리에 고정되기 전에 금형 내에서 균일하게 이동하고 배열되도록 합니다.
2단계: 내부 마찰 극복
공기가 제거되고 입자가 배열되면 기계는 50MPa와 같이 훨씬 높은 압력을 가합니다. 이 단계는 밀도 향상을 담당합니다.
이 고압은 알루미나와 티타늄 카바이드 입자 사이의 내부 마찰을 극복합니다. 입자가 소성 변형 및 재배열되도록 강제하여 높은 녹색 강도에 필요한 기계적 상호 연결을 만듭니다.
구조적 무결성 확보
이 방법이 해결하는 깊은 필요성은 제조 공정 후반에만 나타나는 "보이지 않는" 결함을 방지하는 것입니다.
박리 및 균열 방지
직경이 약 35mm인 더 큰 부품의 경우 두께에 따라 내부 마찰이 상당히 증가합니다. 단일 단계 프레스는 종종 불균일한 압력 분포를 초래합니다.
압력을 단계별로 적용함으로써 공정은 불균일한 마찰을 완화합니다. 이는 부품이 금형에서 배출될 때 박리(층 분리) 및 균열을 방지하는 데 필수적입니다.
소결 균일성 보장
냉간 압축 단계에서 달성된 균일성은 최종 세라믹의 품질을 결정합니다.
녹색 본체의 내부 밀도가 일관되면 소결 과정에서 균일하게 수축됩니다. 이는 치수 변형의 위험을 줄여 최종 알루미나-티타늄 카바이드 부품이 올바른 모양과 공차를 유지하도록 보장합니다.
절충점 이해
2단계 축 압축은 효과적이지만 더 발전된 기술에 비해 한계가 없는 것은 아닙니다.
밀도 구배의 지속
2단계 제어를 사용하더라도 축 압축은 주로 한두 방향(상하)에서 힘을 가합니다. 이로 인해 부품의 중심이 가장자리보다 덜 밀집되는 사소한 밀도 구배가 여전히 남을 수 있습니다.
등압 대안
절대적인 균일성이 요구되는 응용 분야 또는 복잡한 모양의 경우 2단계 축 압축이 불충분할 수 있습니다. 이러한 경우 냉간 등압 성형(CIP)이 더 나은 대안입니다.
CIP는 모든 방향에서 동시에 초고압(종종 300–600MPa)을 가합니다. 2단계 압축은 표준 모양과 효율성에 탁월하지만, 밀도 구배를 완전히 제거하고 거의 완벽한 등방성 특성을 달성하려면 CIP가 필요합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 압축 프로토콜을 선택하는 것은 부품의 형상과 최종 복합재의 성능 요구 사항에 따라 달라집니다.
- 주요 초점이 표준 생산 효율성인 경우: 2단계 축 압축 방법(15MPa / 50MPa)을 사용하여 처리량과 충분한 밀도 및 균열 방지를 균형 있게 맞춥니다.
- 주요 초점이 대형 구조적 무결성인 경우: 2단계 프로토콜을 엄격하게 준수하여 두꺼운 부품의 높은 내부 마찰로 인한 박리를 방지합니다.
- 주요 초점이 절대적인 밀도 균질성인 경우: 2단계 프레스를 사용하여 초기 성형을 한 다음, 냉간 등압 성형(CIP)으로 2차 처리를 하여 모든 내부 구배를 제거하는 것을 고려하십시오.
압력 제어 시퀀스를 최적화하는 것은 비용이 많이 드는 소결 단계가 시작되기 전에 불량률을 최소화하는 가장 효과적인 방법입니다.
요약 표:
| 압축 단계 | 압력 수준 | 주요 기능 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 1단계 | 낮음 (~15MPa) | 탈기 및 재배열 | 갇힌 공기를 배출합니다. 내부 균열 및 폭발을 방지합니다. |
| 2단계 | 높음 (~50MPa) | 밀도 향상 및 변형 | 마찰을 극복합니다. 기계적 상호 연결 및 고밀도를 보장합니다. |
| 후처리 | 300–600MPa | 냉간 등압 성형 (CIP) | 밀도 구배를 제거합니다. 거의 완벽한 등방성 특성을 달성합니다. |
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참고문헌
- Pedro Henrique Poubel Mendonça da Silveira, Alaelson Vieira Gomes. Influence of Tic on Density and Microstructure of Al2O3 Ceramics Doped with Nb2O5 and Lif. DOI: 10.33927/hjic-2023-14
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