Sps 공정에서 고순도 흑연 몰드는 어떤 역할을 합니까? 재료 소결 전문가 인사이트

고순도 흑연 몰드는 용기, 가열 요소 및 압력 가압기 역할을 동시에 수행하는 다기능 반응 용기입니다. TiB2-SiC 세라믹의 스파크 플라즈마 소결(SPS) 공정에서 고주파 펄스 전류를 강력한 열 에너지로 변환하는 동시에 분말을 소결하기 위한 막대한 기계적 힘을 전달합니다.

핵심 요점 흑연 몰드는 수동적인 용기가 아니라 SPS 공정의 능동적인 "엔진"입니다. 전기 저항체와 유압 피스톤 역할을 동시에 수행함으로써, 내화 세라믹의 입자 재배열을 촉진하고 이론 밀도에 가까운 밀도를 달성하는 데 필요한 특정 환경(2000°C 이상의 온도와 높은 축 방향 압력의 조합)을 조성합니다.

SPS 공정에서 고순도 흑연 몰드는 어떤 역할을 합니까? 재료 소결 전문가 인사이트

열 및 전기 전도의 이중 역할

전류를 열로 변환

SPS 시스템에서 흑연 몰드는 주요 저항 가열 요소입니다. 고주파 펄스 전류는 전도성 흑연을 통해 직접 흐릅니다.

줄열 발생

흑연은 이러한 전기 흐름에 저항을 제공하므로 몰드 벽 자체 내에서 "줄열"을 발생시킵니다. 이 열 에너지는 내부의 TiB2-SiC 샘플로 즉시 직접 전달되어 기존 소결로는 달성할 수 없는 매우 빠른 가열 속도를 가능하게 합니다.

극한 온도 견딤

TiB2-SiC 세라믹은 제대로 소결되기 위해 강력한 열이 필요합니다. 고순도 흑연 몰드는 금속 몰드가 녹거나 변형될 수 있는 2000°C 이상의 온도에서도 구조적 무결성을 유지하기 때문에 필수적입니다.

기계적 압력 및 소결

축 방향 힘 전달

몰드는 샘플을 가열하는 동시에 기계적 전달 부품 역할도 합니다. 시스템의 유압 램에서 발생하는 수천 뉴턴의 힘을 견딥니다.

피스톤 역할

몰드 플런저는 효과적으로 피스톤 역할을 하여 이 축 방향 압력(종종 30MPa 이상)을 세라믹 분말로 직접 전달합니다.

입자 재배열 촉진

이 기계적 압력은 소결에 매우 중요합니다. 분말 입자를 물리적으로 재배열하도록 강제하고 확산 장벽을 극복하는 데 도움을 주어, 열만으로는 필요한 온도보다 낮은 온도에서 세라믹이 완전히 소결되도록 합니다.

운영상의 절충 및 고려 사항

부착 위험

극한 온도에서 세라믹 샘플은 흑연 몰드 벽에 결합하거나 달라붙을 수 있습니다. 이러한 화학적 상호 작용을 방지하고 쉽게 탈형할 수 있도록 일반적으로 분말과 몰드 사이에 흑연 종이 층이 삽입됩니다.

산화 민감성

흑연은 열적으로 견고하지만 고온의 공기 중에서 빠르게 산화되고 분해됩니다. 따라서 SPS 공정은 몰드의 구조적 무결성을 보호하기 위해 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 수행되어야 합니다.

목표 달성을 위한 올바른 선택

SPS 공정에서 흑연 공구의 효과를 극대화하려면 다음 우선 순위를 고려하십시오.

주요 초점이 최대 밀도인 경우: 홀드 시간 동안 파손 없이 최대 축 방향 압력(30MPa 이상)을 견딜 수 있는 충분한 벽 두께를 갖도록 몰드 설계를 확인하십시오.
주요 초점이 샘플 순도인 경우: 흑연 몰드에서 TiB2-SiC 매트릭스로의 탄소 확산을 방지하기 위해 고품질 흑연 종이 배리어를 사용하십시오.

소결 작업의 성공은 극한의 열 응력 하에서 균일한 압력과 전도성을 유지하는 흑연 몰드의 능력에 전적으로 달려 있습니다.

요약 표:

기능	설명	SPS에서의 주요 이점
가열 요소	전기 저항을 통해 펄스 전류를 줄열로 변환합니다.	빠른 가열 속도와 2000°C 이상의 온도를 가능하게 합니다.
압력 가압기	분말로 유압 축 방향 힘(최대 30MPa 이상)을 전달합니다.	입자 재배열을 촉진하고 소결 온도를 낮춥니다.
반응 용기	내화 재료를 위한 고순도 구조 용기입니다.	극한의 열 및 기계적 응력 하에서 무결성을 유지합니다.
순도 장벽	화학적 결합/부착을 방지하기 위해 흑연 종이를 사용합니다.	깨끗한 탈형을 보장하고 탄소 오염을 방지합니다.

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참고문헌

German Alberto Barragán De Los Rios, Patricia Fernández‐Morales. Numerical Simulation of Aluminum Foams by Space Holder Infiltration. DOI: 10.1007/s40962-024-01287-8

이 문서는 다음의 기술 정보도 기반으로 합니다 Kintek Furnace 지식 베이스 .