재료공학 기초 실험 - 세라믹 수축률 측정

1. 실험 목적
세라믹 재료의 소결 전, 후의 dimension을 측정함으로써, 소결 거동을 살펴보고 세라믹 부품 또는 제품을 제조할 경우 최종 제품의 크기를 결정할 수 있도록 한다.

2. 이론적 배경

1) 소결 (Sintering)
일반적으로 금속이나 세라믹 재료가 기공을 포함하고 있는 물질의 기공 안으로 이동하 도록 녹는점 아래에서 열처리하는 것을 말하며, 분말체를 적당한 형상으로 성형한 것을 가열하여 서로 단단히 밀착하여 고결하는 현상을 소결이라 한다. 일반적인 고충진체의 소결 공정에서는 고체상태의 분말을 성형체 속에 넣고 프레스로 적당히 눌러 단단하게 만든 다음 그 물질의 녹는점에 가까운 온도로 가열했을 때 가루가 서로 접한 면에서 접합이 이루어지거나 일부가 증착(蒸着)하여 서로 연결되어 한 덩어리로 된다. 다공성 제품 혹은 물질의 경우 기공을 형성할 수 있는 물질을 함께 넣어서 기공을 형성하고 고체 상태의 분말은 서로 접한 면에서 접합이 이루어지도록 한다. 적당히 구멍이 있는 고체를 만들거나, 녹였을 때 혼합되지 않는 두 물질의 복합 재료(예를 들면 금속과 세라믹스)를 만드는 데 사용된다.

2) 소결단계
소결과정은 초기, 중기, 말기로 나누어 생각할 수 있다. 물론 소결수축이 없는 증발-응축 기구, 표면 확산 기구, 격자 확산 기구 등에서는 초기단계의 neck 형성만이 나타나는 것이 일반적이다. 소결수축이 있는 다른 기구에서도 이 3단계가 완전히 구분되어 일어나는 것은 아니고, 서로 어느 정도 겹쳐서 일어나는 것이 보통이다. 각 단계에서 일어나는 주요 현상을 정리해 보면 다음과 같다.

Mechanism
Number
Transport Path
Source of Matter
Sink of Matter
1
Surface Diffusion
Surface
Neck
2
Lattice Diffusion
Surface
Neck
3
Vapor transport
Surface
Neck
4
....

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