고상 및 액상 소결의 치밀화에 관한 연구

Abstract

II-4. 고상 소결의 후기 단계에서 몇가지 치밀화 기구와 입자성장 기구에 대하여 소결기간에 대한 입자크기의 영향 즉 scaling law를 도출하였다. 그 결과 크게 치밀화 속도식과 입자성장 속도식의 입자크기에 대한 의존성이 같은 경우(A=B)와 다른 경우($A \neq B$)로 나눌 수 있다. 이 두 경우의 큰 차이는 $G/G_o-\rho$ 궤적식을 통하여 알 수 있는데 전자의 경우에는 $G/G_o-\rho$ 궤적이 입자크기에 의존하지않으며 후자는 $G/G_o-\rho$ 궤적이 입자 크기에 의존한다는 사실이다. $G/G_o-\rho$ 궤적이 $G_o$의 함수가 아니라는 것은 비교하는 두 계가 같은 치밀화에 도달하였을 때 입자크기의 비도 항상 일정하다. 이것은 후기 소결단계에서 반드시 동반되는 치밀화와 입자성장이 상호작용에도 불구하고 치밀화나 입자성장의 scaling law의 지수값이 치밀화속도상수/입자성장속 도상수의 비나 $G_o$ 등의 소결 조건에 관계없이 항상 일정하다. 반면 $G/G_o-\rho$ 궤적이 $G_o$의 함수인 경우에는 비교하는 두 계가 같은 치밀화에 도달하였을 때에 입자크기의 비가 소결출발점의 입자크기의 비와 달라서 scaling law의 지수값이 소결 조건에 따라 달라진다. 치밀화기구가 동일하지만 입자성장기구가 다르면 치밀화의 scaling law의 지수가 다른 값을 나타낼 수 있다는 것으로부터 scaling law를 적용하여 치밀화기구를 확인하려면 입자성장기구도 동시에 확인해야 함을 알 수 있다. 즉 scaling law를 실제 재료에 적용하려면 치밀화와 입자성장을 동시에 고려해야 하며 이와 더불어 소결 조건의 범위도 고려해야 한다. IV-3. 입자-액상 구조가 주어진 입자 크기와 액상량에 대하여 평형하다고 간주될 수 있는 통상의 최종단계 액상소결에서 입자모양의 변형은 기공채움의 필요조건은 아니다. 액상채움에 의한 치밀화는 입자성장에 의한 입자모양의 변형을 야기시키고 이에 따라 시편 수축을 가져온다. 그러나 입자모양의 변형은 더이상의 치밀화를 느리게 억제할 수 있으며 미세구조 균질화는 변형이 되어 있는 입자구조를 안정화시키고 기공채움을 도와 준다. 이런 치밀화와 시편수축의 과정은 입자성장과 더불어 일어나 므로 결국 입자성장이 그 kinetics를 결정하게 된다. 그러나 액상-입자 구조가 시간에 따라 현저히 변하는 초기 중기 단계에서 액상-입자 구조의 변화는 기공채움과 마찬가지로 치밀화의 중요한 과정이다. 액상량이 매우 작으면 기공채움은 실제로 거의 불가능하며 입자 편평화에 의한 입자모양의 변형이 치밀화와 시편수축에 주된 기구가 될 수 있을 것이다.