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소결의 뜻

분말 성형체를 융점보다 낮은 고온에서 가열해 입자끼리 결합시키고 치밀화하는 공정. 표면 에너지의 감소가 구동력이다.

일본어 명칭: 焼結

‘소결’ 관련 연습 문제는 5개 분야에 7문제가 있습니다(재료의 가공과 접합, 세라믹스·유리, 전지·에너지 재료 등).

이 용어의 분야: 세라믹스·유리

소결 연습 문제에 도전

세라믹스 분말의 소결에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A소결의 구동력은 입자의 표면적이 줄어드는 데 따른 표면 에너지의 감소이다
  2. B표면 확산이나 증발·응축에 의해서도 입자의 중심끼리 가까워지므로 성형체는 크게 치밀화된다
  3. C입자를 미세하게 할수록 소결에 필요한 온도는 높아진다
정답과 해설 보기

정답: A. 소결의 구동력은 입자의 표면적이 줄어드는 데 따른 표면 에너지의 감소이다

분말 성형체는 표면적이 크고 여분의 표면 에너지를 가지고 있습니다. 고온에서는 물질이 이동하여 입자 사이의 넥이 성장하고, 표면적이 줄어들면서 계의 에너지가 낮아집니다. 이것이 소결의 구동력입니다. 이 중 입계 확산이나 체확산에 의해 입계로부터 물질이 운반되는 기구는 입자 중심 간의 거리를 줄이므로 치밀화(수축)를 가져옵니다. 한편 표면 확산이나 증발·응축은 넥을 굵게 할 뿐 입자의 중심이 가까워지지 않아 치밀화에는 거의 기여하지 않습니다. 입자가 미세할수록 비표면적이 크고 확산 거리도 짧으므로 소결은 낮은 온도에서 진행됩니다.

상대 밀도 70%인 압분체를 소결하여 상대 밀도 95%로 만들었다. 수축이 등방적이고 질량은 변하지 않는다고 하면, 소결에 의한 선수축률(길이의 감소율)에 가장 가까운 것은 무엇인가?

  1. A약 9.7%
  2. B약 26%
  3. C약 36%
정답과 해설 보기

정답: A. 약 9.7%

질량이 변하지 않으므로 부피는 밀도에 반비례하여 V/V₀ = 0.70/0.95 ≈ 0.737입니다. 등방적으로 줄어들므로 길이의 비는 부피비의 세제곱근으로 (0.737)^(1/3) ≈ 0.903이 되고, 선수축률은 1 − 0.903 ≈ 9.7%입니다. 약 26%는 부피 수축률 1 − 0.737이고, 약 36%는 상대 밀도의 증가율 (0.95 − 0.70)/0.70으로, 둘 다 길이의 감소율이 아닙니다. 소결 부품을 만들 때는 이 수축을 예상하여 금형의 치수를 크게 잡습니다. 금형 벽과의 마찰 등으로 압분체의 밀도가 위치에 따라 다르면 수축도 위치에 따라 달라져, 소결 후에 휨이나 치수 편차가 생깁니다.

해설 속의 ‘소결’

‘소결’ 관련 문제(7문제)

  1. 세라믹스 분말의 소결에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  2. 상대 밀도 70%인 압분체를 소결하여 상대 밀도 95%로 만들었다. 수축이 등방적이고 질량은 변하지 않는다고 하면, 소결에 의한 선수축률(길이의 감소율)에 가장 가까운 것은 무엇인가?
  3. WC-Co 초경합금을 만들 때 WC 분말에 Co 분말을 섞어 성형하고 소결한다. 이때 소결의 특징으로 옳은 것은 무엇인가?
  4. 전고체 전지에 사용하는 황화물계 고체 전해질에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
  5. SiC 섬유로 강화한 세라믹 기지 복합재료(CMC)에서 섬유와 기지의 계면에 질화붕소(BN)나 열분해 탄소의 얇은 피복을 두는 주된 목적은 무엇인가?
  6. 분말 야금 부품이나 주물의 내부에 남은 닫힌 기공을 없애기 위해 열간 등압 성형(HIP)을 한다. 그 방법으로 옳은 것은 무엇인가?
  7. 안지름 40 mm, 폭 30 mm인 미끄럼 베어링에 반지름 방향의 하중 1.2 kN이 걸리고, 축이 600 rpm으로 회전하고 있다. 면압 P를 하중을 투영 면적(안지름×폭)으로 나눈 값, 미끄럼 속도 v를 축 표면의 원주 속도라고 할 때, PV값에 가장 가까운 것은 무엇인가?

관련 용어

비표면적 공정 반응 고체 전해질 세라믹 기지 복합재료 열간 등압 성형 크리프 변태 강인화 압전 효과 와이블 계수 페로브스카이트 구조

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