2단계 열처리 공정은 정밀 제어 메커니즘으로 작용하여 기공 형성제의 휘발성 제거와 재료 결합에 필요한 높은 에너지를 분리합니다. 이 방법은 가스 방출 중 구조적 붕괴를 방지하는 과제(1단계, 150°C)와 화학적 상변태를 통한 강력한 계면 강도를 보장하는 과제(2단계, 1200°C)를 동시에 해결합니다.
성공적인 스캐폴드 제조에는 기공 형성에 따른 기계적 응력과 소결의 화학적 공정을 분리하는 것이 필요합니다. 이 분리된 접근 방식은 가스 팽창 중 녹색 본체가 파손되는 것을 방지하는 동시에 Ti2O 및 CaTiO3와 같은 강화상의 형성에 필요한 조건을 생성합니다.
1단계: 구조적 무결성 보존
다공성 HA/Ti 스캐폴드 제조의 초기 과제는 섬세한 "녹색 본체"(압축되었지만 아직 소결되지 않은 분말 구조)를 파괴하지 않고 기공 형성제를 관리하는 것입니다.
빠른 가스 팽창의 위험
탄산수소암모늄과 같은 기공 형성제가 분해되면 가스가 방출됩니다. 이 반응이 너무 빠르거나 너무 높은 온도에서 발생하면 내부 압력으로 인해 기계적 강도가 전혀 없는 상태에서 스캐폴드가 파손될 수 있습니다.
제어된 열분해
첫 번째 단계는 150°C에서 1시간 동안 온도를 유지하여 이를 해결합니다. 이 특정 열 처리 구간은 탄산수소암모늄의 느리고 제어된 분해를 가능하게 합니다.
가스 방출 속도를 조절함으로써 원하는 기공률을 생성하면서 스캐폴드의 미세 균열이나 치명적인 구조적 파손을 유발하지 않습니다.
2단계: 고강도 결합 달성
기공 구조가 안정화되면 두 번째 과제는 느슨한 분말을 응집력 있고 하중을 견딜 수 있는 재료로 변환하는 것입니다. 이를 위해서는 화학적 변화를 유도하기 위한 훨씬 더 높은 에너지가 필요합니다.
고체상 확산 촉진
두 번째 단계는 진공 환경에서 온도를 1200°C로 높여 3시간 동안 유지합니다. 이 고온 유지 시간은 티타늄 및 수산화인회석(HA) 입자 간에 원자가 이동하는 고체상 확산을 활성화하는 데 필수적입니다.
강화상 생성
진공 소결 공정은 낮은 온도에서는 불가능한 특정 계면 반응을 유도합니다. 이는 Ti2O 및 CaTiO3와 같은 새로운 화합물의 형성을 촉진합니다.
이 새로운 상은 야금학적 "접착제" 역할을 합니다. 세라믹(HA)과 금속(Ti) 구성 요소 간에 고강도 결합을 제공하여 스캐폴드가 기계적 하중을 견딜 수 있도록 합니다.
공정 절충점 이해
이 2단계 공정은 효과적이지만, 제조 오류를 피하기 위해 관리해야 하는 특정 제약이 있습니다.
열 분리의 비용
주요 절충점은 별도의 열 구역에 대한 엄격한 요구 사항입니다. 분해 단계(1단계)에서 소결 단계(2단계)로 서두르면 가스 배출과 재료 수축 사이에 충돌이 발생합니다.
전이가 너무 빠르면 잔류 가스가 밀집되는 재료 내부에 갇히게 됩니다. 이는 최종 강도를 저하시키는 내부 결함 또는 "팽창"을 초래하며, 이는 Ti2O 및 CaTiO3 상이 제공하는 최종 강도를 손상시킵니다.
목표에 따른 제조 최적화
이 열처리의 효과를 극대화하려면 특정 성능 목표에 맞게 공정 제어를 조정하십시오.
- 기공 연결성 및 모양이 주요 초점인 경우: 150°C 유지 시간을 엄격하게 준수하여 구조적 왜곡을 방지하기 위해 탄산수소암모늄이 완전히 배출되도록 하십시오.
- 기계적 강도 및 내구성이 주요 초점인 경우: 1200°C 단계 동안 진공 환경이 엄격하게 유지되도록 하십시오. 산소 오염이나 불충분한 시간은 필수적인 Ti2O 및 CaTiO3 결합층의 형성을 방해할 수 있습니다.
가스 제거와 재료 결합을 엄격하게 분리함으로써, 취약한 분말 압축물을 견고하고 생체 의학적으로 실현 가능한 스캐폴드로 변환합니다.
요약표:
| 공정 단계 | 온도 | 지속 시간 | 주요 기능 | 핵심 화학 결과 |
|---|---|---|---|---|
| 1단계 | 150°C | 1시간 | 기공 형성제 분해 | 제어된 가스 방출; 구조적 균열 방지 |
| 2단계 | 1200°C | 3시간 | 고체상 확산 및 소결 | Ti2O 및 CaTiO3 강화상 형성 |
| 환경 | 진공 | 지속적 | 산화 방지 | 고순도 계면 결합 |
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참고문헌
- Xingping Fan, Hao Zhang. Fabrication and Characterization of LaF3-Reinforced Porous HA/Ti Scaffolds. DOI: 10.3390/coatings14010111
이 문서는 다음의 기술 정보도 기반으로 합니다 Kintek Furnace 지식 베이스 .
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