엔지니어링 소재 및 기능성 소재의 중요한 부분으로서, 첨단 세라믹 소재는 신에너지, 통신 전자, 반도체, 항공우주 및 기타 산업 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 세라믹 분말은 대부분 이온 결합 또는 공유 결합 화합물이기 때문에, 고밀도 세라믹을 제조하기 위한 전통적인 소결 공정은 세라믹 재료 더 높은 소결 온도와 더 긴 유지 시간이 필요하며 이는 필연적으로 입자 조대화 및 기공 잔류물로 이어지고 이는 특성에 영향을 미칩니다. 세라믹 사출 성형. 줄이기 위해 금속 소결 온도를 높이고, 소결 시간을 단축하고, 소결 밀도와 재료 특성을 개선하기 위해 연구자들은 다양한 새로운 소결 기술을 개발했습니다.
스파크 플라즈마 소결(SPS)
SPS 기술은 학계에서 널리 연구되고 있는 새로운 유형의 급속 소결 기술입니다. 그림 1은 이 기술의 작동 원리를 보여줍니다.
SPS 기술은 DC 펄스 전류 도입의 선구자였습니다. 소결 공정압입자는 재료에 압력을 가하는 동안 전류가 통과하는 통로 역할을 합니다. 일반적으로 가열체의 복사 가열을 사용하는 기존의 소결 기술과 달리, SPS는 몰드나 전도성 시료를 통과하는 큰 전류의 열 효과를 이용하여 재료를 가열합니다. 절연성 시료의 경우, 일반적으로 전기 전도도가 좋은 흑연을 몰드 재료로 사용하고, 몰드의 저항열을 이용하여 시료를 빠르게 상승시킵니다. 전도성 시료의 경우, 절연성 몰드를 사용하여 시료에 직접 전류를 흐르게 하여 가열할 수 있습니다. 가열 속도는 분당 1000℃까지 가능합니다. 시료 온도가 설정 온도에 도달하면 짧은 시간 동안 보온한 후 소결을 완료할 수 있습니다.
SPS 기술은 소결 온도가 낮고, 유지 시간이 짧고, 가열 속도가 빠르고, 소결 압력이 조절 가능하며, 다중 필드 결합(전기-기계-열)이 가능하다는 장점이 있습니다.
플래시 소결(FS)
FS 기술은 콜로라도 대학의 Cologna et al에 의해 2010년에 처음 보고되었으며, 현장 지원 금속 분말 소결 기술(FAST) 연구를 기반으로 합니다.
FS 기술은 주로 세 가지 공정 매개변수, 즉 용광로 온도(Tf), 전계 강도(E), 전류(J)를 포함합니다.그림 3C는 기존 FS 공정에서 각 매개변수의 변화 추세를 보여줍니다.이 모드에서는 재료에 일정한 전기장이 적용되고 용광로 온도가 일정한 속도로 상승합니다.용광로 온도가 낮으면 재료의 저항률이 높고 재료를 통해 흐르는 전류가 작습니다.용광로 온도가 증가함에 따라 샘플 저항률은 감소하고 전류는 점차 증가합니다.이 단계를 배양 단계라고 하며 시스템은 전압 제어됩니다.용광로 온도가 임계 온도까지 상승하면 재료의 저항률이 갑자기 떨어지고 전류가 급격히 상승하며 FS가 발생합니다.이 시점에서는 전계 강도가 여전히 안정적이므로 시스템 전력(W = EJ)은 전원 공급 장치의 전력 한계에 빠르게 도달하고 시스템은 전압 제어에서 전류 제어로 전환되는데, 이를 FS 단계라고 합니다. 재료의 저항률이 상승하지 않으면 전계 강도가 다시 안정화되고, 소결은 안정 단계, 즉 FS의 절연 단계로 진입합니다. 절연 단계가 끝나면 완전한 FS 공정이 종료됩니다.
FS 소결법은 전통적인 소결법과 비교하여 다음과 같은 장점이 있습니다. 소결 시간을 단축하고 소결에 필요한 가열로 온도를 낮추며, 입자 성장을 억제하고 비평형 소결을 달성할 수 있으며, 장비가 간단하고 비용이 저렴합니다.
게시 시간: 2022년 6월 7일