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신규 재료의 공법·설비 개발과 평가 - 소결화를 촉진하는 고속 고정도 분말 공급 기술의 개발

전문가 제언: □ 초미세 분말은 입자크기 감소에 따라 비표면적은 분말직경의 제곱에 비례하여 증가하므로, 표면적이 대단히 커지며 표면활성이 증가해서 분위기 중의 다른 성분의 흡착 및 입자끼리의 응집이 발생한다. 따라서 분말성형 시 유동성 부족으로 금형 내부에서의 성형밀도가 낮게 되며 두께 차이에 따른 충전밀도의 불균일화가 발생한다.

□ 초미세 분말의 성형밀도 향상을 위해서는 먼저 충전 결함을 최소화해야 하며, 이를 위해 분말의 입도분포가 정밀하게 제어되어야 한다. 또한 분말 표면층의 두께 및 구조를 파악하여 최적의 표면 개질 층을 갖는 분말제조 및 분말입도에 따른 충전속도의 영향조사에 의한 충전성형 변수의 최적화에 관한 연구가 필요하다.

□ 일본의 분말의 소결법과 관련된 기술 특허출원 자료 분석(1995~2000년)에 의하면 기술개발의 주요 과제는 제작시간의 단축, 정도향상 및 용도 확대이며, 해결 수단은 가공방법의 개선이 주류이다. 과제의 세부 내용은 적층시간의 단축, 실용제품의 적용 및 기계적강도 향상이 많으며, 세부적 해결 수단으로는 경화층 형성 및 적층방법의 개선, 분말소결의 응용 및 조형품의 구조 순으로 많았다.

□ Iowa 주에 위치한 미국 DOE(Department of Energy; 에너지부) 산하의 Ames국립연구소의 연구진은 비접촉 전자기 음향변환기(no-contact ElectroMagnetic Acoustic Transducer; EMAT)를 이용하여 소결공정의 결함이나 특성을 검증하는 첨단기법을 개발하였다. EMAT 기법은 현장에서 소결공정 진행 중, 시료의 미세조직 및 기계적 특성과 밀접한 음향의 특성(세기나 속도 등)변화를 직접 관찰할 수 있으며, 시험 중 반향파의 진행 과정을 통해 내부의 잔존하는 결함을 탐지할 뿐만 아니라, 소결공정의 운동역학적 상태의 변화에 대한 정보를 제공받을 수도 있다. 연구진은 EMAT 기법의 다양한 시스템의 활성에너지 판단 가능성을 입증하고 관련 변수 결정을 위한 연구를 진행 중이며 과도기적인 액체상의 소결공정(transient liquid phase sintering)의 운동역학적 상태를 이 기법을 통해 고찰 중이다. 또한 이 응용으로 주요 공정변수를 결정할 수 있다고 하였다.

저자: Toshiyuki Hukuhara ; Kazuo Hanamura
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