고압은 재료 변환의 원동력입니다. 금속-세라믹 압축의 두 번째 단계에서 실험실 프레스는 금속 매트릭스의 소성 변형과 단단한 세라믹 입자의 파쇄를 통해 분말 구조를 물리적으로 변화시킬 만큼 충분한 힘을 가해야 합니다. 이 기능은 재료의 항복 강도를 극복하여 접촉 면적을 최대화하고 견고한 그린 바디에 필요한 기계적 맞물림을 확립하는 데 필수적입니다.
두 번째 압축 단계의 효과는 재료의 항복 강도를 초과하는 능력으로 정의됩니다. 세라믹 입자를 부수고 금속 흐름을 유도할 만큼 충분한 압력이 없으면 복합재료는 소결에 필요한 내부 밀도와 구조적 무결성이 부족하게 됩니다.
체적 감소의 물리학
재료 항복 강도 극복
압축의 초기 단계에서는 입자가 단순히 재배열되어 공극을 채웁니다. 그러나 두 번째 단계에서는 실제 모양 변경이 필요합니다.
프레스는 금속 분말의 항복 강도를 초과하기 위해 고압을 출력하여 소성 변형을 유도해야 합니다. 동시에 더 단단한 세라믹 입자를 파쇄하여 더 조밀한 구성으로 자리 잡을 수 있도록 충분한 힘을 가해야 합니다.
밀집 메커니즘
이 단계에서의 체적 감소는 더 이상 입자를 더 가깝게 이동시키는 것이 아니라 힘을 통해 내부 공간을 제거하는 것입니다.
경질상 함량이 증가함에 따라 압축에 대한 저항이 커집니다. 고압은 금속 매트릭스가 세라믹 입자 주위로 흐르도록 하여 단순한 재배열로는 도달할 수 없는 간극을 채우도록 보장합니다.
구조적 무결성 달성
접촉 면적 최대화
복합재료가 함께 유지되려면 개별 입자가 넓은 표면적에 걸쳐 접촉해야 합니다.
고압은 거칠기(표면 거칠기)를 평평하게 하고 입자를 서로 밀어냅니다. 이 증가된 접촉 면적은 효과적인 결합의 전제 조건으로, "그린"(소결되지 않은) 부품이 후속 처리 단계를 견딜 수 있도록 보장합니다.
기계적 맞물림 촉진
그린 바디의 강도는 화학 결합이 아닌 마찰 및 맞물림 메커니즘에서 주로 비롯됩니다.
압력은 변형 가능한 금속 입자를 세라믹상의 불규칙한 부분으로 밀어 넣습니다. 이렇게 하면 재료가 서로 맞물리는 기계적 맞물림이 생성되어 압축 다이에서 배출된 후에도 압축물이 부서지지 않도록 합니다.
절충점 이해: 압력 대 복원
고압은 밀도에 중요하지만 제어 없이 적용하면 결함이 발생합니다. 여기서 탄성 복원의 개념이 중요한 요소가 됩니다.
미세 균열의 위험
재료는 어느 정도 스프링처럼 작용합니다. 압력이 해제되면 약간 팽창하는 경향이 있습니다.
프레스가 높은 압력을 가하지만 너무 빨리 해제하면 저장된 탄성 에너지가 격렬하게 방출됩니다. 이렇게 하면 공기가 빠져나가거나 결합이 안정화되는 것보다 샘플이 더 빠르게 팽창하여 내부 박리 또는 균열이 발생합니다.
압력 유지의 필요성
고압 자체만으로는 종종 불충분하며 유지되어야 합니다.
"압력 유지" 단계는 압축 내의 응력이 재분배되고 갇힌 공기가 빠져나갈 시간을 허용합니다. 이렇게 하면 스프링백 효과가 최소화되어 압축 스트로크 중에 달성된 높은 밀도가 최종 부품에서 유지됩니다.
목표에 맞는 올바른 선택
특정 금속-세라믹 응용 분야에 맞는 실험실 프레스 매개변수를 선택하려면 주요 목표를 고려하십시오.
- 주요 초점이 최대 밀도인 경우: 최대 1.6 GPa(단단한 재료의 경우)의 축 압력을 가할 수 있는 프레스에 우선순위를 두어 미세 입자를 더 큰 입자의 기공 속으로 밀어 넣으십시오.
- 주요 초점이 결함 방지인 경우: 탄성 복원을 완화하고 박리를 방지하기 위해 정밀한 압력 유지 및 하강 속도 제어가 가능한 프레스에 우선순위를 두십시오.
고압 기능은 밀집의 엔진이지만, 정밀한 제어는 샘플이 여정을 무사히 마치도록 보장하는 조향 장치입니다.
요약 표:
| 압축 단계 | 주요 메커니즘 | 필요한 프레스 기능 | 원하는 결과 |
|---|---|---|---|
| 1단계 | 입자 재배열 | 저압 ~ 중압 | 초기 공극 채우기 |
| 2단계 | 소성 변형 및 파쇄 | 고압 출력 | 최대 밀도 및 항복 강도 극복 |
| 유지 단계 | 응력 재분배 | 압력 유지 기능 | 결함 방지 및 공기 배출 |
| 배출 | 탄성 복원 제어 | 정밀한 하강 속도 | 구조적 무결성 및 균열 방지 |
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참고문헌
- Ileana Nicoleta Popescu, Ruxandra Vidu. Compaction of Metal-Ceramic Powder Mixture. Part.1. DOI: 10.14510/araj.2017.4123
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