소결의 핵심은 분말 블록을 적절한 환경이나 분위기에서 가열하여 일련의 물리적, 화학적 변화를 통해 분말 입자 간의 결합이 질적인 변화를 겪는 것입니다. 블록의 강도와 밀도가 급격히 증가하고 기타 물리적, 기계적 특성도 크게 향상됩니다. 세라믹 재료의 성능은 화학적 조성뿐만 아니라 미세 구조와도 밀접한 관련이 있습니다. 배합, 혼합, 성형 및 기타 공정이 완료된 후 소결은 재료의 예상되는 미세 구조를 얻고 다양한 특성을 부여하는 핵심 공정입니다.

소결은 성형체의 기공을 줄이고, 입자간의 결합을 증가시키며, 기계적 강도를 향상시키는 공정이다. 소결과정에서 온도가 상승하고 열처리 시간이 길어질수록 기공의 수가 감소하고 입자간의 결합력이 증가하게 된다. 특정 온도와 열처리 시간에 도달하면 입자 크기가 증가하고 기계적 강도가 감소합니다. 열역학적 원리에 따르면 소결은 시스템의 총 에너지가 감소되는 과정입니다. 벌크 재료에 비해 분말은 비표면적이 크고 표면 원자는 내부 원자보다 훨씬 높은 에너지를 가지고 있습니다. 동시에, 제조 과정에서 분말 입자 내부에도 다양한 격자 결함이 존재합니다. 모든 계는 소결공정의 원동력인 가장 낮은 에너지 상태로 천이하는 경향을 가지고 있다. 즉, 성형체에서 소결체로의 천이는 계가 준안정 상태에서 안정 상태로 천이하는 과정이다. .

그러나 소결은 일반적으로 고유 에너지가 에너지 장벽을 극복할 수 없고 진행되기 전에 특정 온도까지 가열되어야 하기 때문에 자동으로 수행될 수 없습니다. 소결은 물리적, 화학적 변화의 복잡한 과정입니다. 장기간의 연구 끝에 소결 메커니즘은 다음과 같이 요약될 수 있습니다: â 유동성, â ¡ 증발 및 응집; â ¢ 볼륨 확산; · 표면 확산: 입자 경계 확산; 소성 흐름 등. 단일 메커니즘을 사용하여 모든 소결 공정을 설명하는 것이 어렵다는 것이 실습을 통해 입증되었습니다. 소결은 여러 메커니즘의 상호 작용의 결과인 복잡한 공정입니다. 소결 과정에서 결정립과 기공의 크기와 모양에 주요 변화가 발생합니다. 세라믹 소재의 소결 공정을 설명하기 위해 Al2O3 세라믹의 소결 공정을 예로 들어 설명합니다. Al2O3세라믹일반적으로 성장 및 실패 시 수십%의 기공을 포함하며 입자 간 점접촉만 존재합니다. 감소된 표면 에너지의 추진력으로 물질은 서로 다른 확산 경로를 통해 목과 입자 사이의 기공 영역을 채워 목이 점차 성장하고 기공이 차지하는 부피가 점차 감소합니다. 작은 입자들 사이에 점차적으로 결정립계가 형성되고, 결정립계의 면적이 계속 확장되어 몸체가 조밀해집니다. 이 상당한 과정에서 연결된 기공은 지속적으로 수축되고 두 입자 사이의 결정립계는 인접한 결정립계와 만나 결정립계 네트워크를 형성합니다. 결정립계는 이동하고 결정립은 점차 성장합니다. 그 결과 기공이 더 이상 서로 연결되지 않고 여러 입자의 교차점에 분포된 고립된 기공이 형성될 때까지 다공성이 감소하고 치밀화가 증가합니다.


이 시점에서 성형체의 밀도는 이론밀도의 90% 이상에 도달하며, 여기서 소결초기단계가 끝난다. 소결 후기 단계로 진행하면 고립된 기공이 결정립계까지 확산되어 이를 제거하게 되는데, 즉 결정립계에 있는 물질이 계속 확산되어 기공을 채우면서 치밀화가 계속되면서 결정립이 균일하게 성장하게 되는 것이다. 일반적으로 기공은 치밀화가 일어날 때까지 입자 경계를 따라 이동하여 치밀한 세라믹 재료가 됩니다. 이후에도 고온에서 소결을 계속하면 입계 이동과 입계 성장의 단순한 과정이 될 것이다. 결정립계의 성장은 작은 입자들의 상호 결합이 아니라 결정립계 이동의 결과이다. 모양이 다른 결정립계의 움직임은 다양합니다. 곡선형 입자 경계는 항상 곡률 중심을 향해 이동합니다. 곡률 반경이 작을수록 이동 속도가 빨라집니다. 소결 후기의 결정립 성장과정에서는 기공의 이동속도가 결정립계의 이동속도에 비해 현저히 떨어지는 현상이 나타날 수 있다. 이때, 기공은 결정립 경계에서 떨어져서 결정립 내부를 감싸게 된다. 이후 물질의 확산경로가 길어지고 확산속도가 감소하는 등의 요인으로 인해 기공의 추가 감소 및 제거를 지속하는 것이 거의 불가능하게 되었다. 이 경우 추가 소결을 통해 치밀화 정도를 향상시키기는 어려우나 결정립 크기는 계속 커져 소수의 결정립까지도 비정상적으로 성장하여 더 큰 결정립 안에 잔류하는 작은 기공이 더 많이 갇히게 된다.

소결 후 Al2O3 ~ 세라믹 본체의 거시적 변화는 부피 수축, 밀도 증가 및 강도 증가입니다. 따라서 소결정도는 수축률, 기공률, 성형체의 이론밀도에 대한 부피밀도의 비 등의 지표로 측정할 수 있다.

세라믹의 소결은 고상 소결과 액상 소결로 나눌 수 있습니다. 고순도 물질은 일반적으로 소결 온도에서 액상을 나타내지 않으며 고체 소결에 속합니다. 예를 들어, 고순도 산화물 구조의 세라믹은 대부분 고체상 소결을 통해 세라믹으로 소결됩니다. 그리고 일부는 소결 중에 액상을 갖는 경우가 많으며 이는 액상 소결에 속합니다. 또한, 소결은 외부 압력의 유무에 따라 무압 소결과 가압 소결의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 열간압착소결(Hot Press Sintering)이라고도 알려진 가압소결(Pressure Sintering)

순수한 산화물이나 복합분말은 입자간 점접촉만 있는 성형체로 형성되어 강도가 낮다. 그러나 소결을 통해 소결 시 외력이나 화학적 반응이 없음에도 불구하고 점접촉된 입자는 분말 입자의 표면 에너지에 의해 구동되어 단단하고 고강도의 세라믹 본체에 단단히 결합될 수 있습니다.

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