결합제가 포함된 질화붕소 구는 왜 공기 중에서 열처리를 해야 할까요? 최대 열전도율 달성

폴리머 결합제를 포함하는 질화붕소 구는 산화 분해를 촉진하기 위해 공기 분위기에서 열처리를 거쳐야 합니다. 이 환경은 폴리비닐 알코올(PVA)과 같은 유기 성분을 태워 제거하는 데 필수적이며, 이들은 임시 결합제 역할을 합니다. 용광로에 산소가 없으면 이러한 결합제를 재료 매트릭스에서 효과적으로 제거할 수 없습니다.

공기 분위기 열처리의 주요 목표는 열 절연성이 있는 유기 결합제를 제거하는 것입니다. 이러한 결합제가 남아 있으면 입자 사이에 높은 저항 장벽을 형성하여 질화붕소의 고유 열전도율을 심각하게 제한합니다.

전도성 보존 메커니즘

산화 분해의 필요성

질화붕소 구에 사용되는 폴리머 결합제는 유기 화합물입니다. 이를 제거하려면 재료를 공기 분위기에서 고온에 노출시켜야 합니다.

공기 중의 산소는 유기 결합제와 반응하여 산화 분해를 일으킵니다. 이 반응은 고체 폴리머를 효과적으로 기체로 전환시켜 구 구조에서 배출합니다.

열 저항층 방지

폴리머 결합제의 핵심 문제는 질화붕소에 비해 전기적 및 열적 거동입니다. 이러한 유기 재료는 낮은 열전도율을 가지고 있습니다.

결합제가 제거되지 않으면 개별 질화붕소 입자 사이에 남아 있습니다. 이는 "높은 열 저항층"을 형성하여 열이 한 입자에서 다음 입자로 효율적으로 이동하는 것을 방해하는 절연체 역할을 합니다.

소결 준비

결합제 제거는 재료의 최종 구조 강화 준비 단계입니다. 결합제가 연소되면 구 내부에 열린 기공이 남습니다.

이러한 기공은 영구적인 결함이 아니라, 후속 고온 소결 단계에서 재료를 소결할 수 있도록 하는 필요한 빈 공간입니다. 공간이 잔류 폴리머로 채워져 있으면 조밀하고 순수한 세라믹 구조를 달성할 수 없습니다.

결합제가 포함된 질화붕소 구는 왜 공기 중에서 열처리를 해야 할까요? 최대 열전도율 달성

절충점 이해

기공 생성

이 열처리의 즉각적인 결과는 기공률 증가입니다. 결합제를 제거함으로써 구에서 물리적으로 부피를 제거하여 빈 공간을 남깁니다.

이는 일시적으로 밀도를 낮추지만, 화학적 순도를 보장하기 위해 필요한 절충입니다. 이 다공성, 결합제가 없는 상태 없이 소결을 시도하면 가스가 갇히고 구조적 실패가 발생할 가능성이 높습니다.

분위기 민감성

공기 분위기에 대한 요구 사항은 이 단계에 대해 구체적이며 협상할 수 없습니다. 이 특정 탈바인더 단계에서 불활성 분위기(질소 또는 아르곤과 같은)를 사용하면 PVA가 산화되지 않습니다.

이는 제거 대신 결합제의 탄화(탄화)를 초래합니다. 탄소 잔류물은 질화붕소를 오염시켜 열 및 전기적 특성을 영구적으로 변경합니다.

열 관리 전략 최적화

열처리 공정은 불순물 제거와 최종 소결을 위한 구조 준비 사이의 균형입니다.

최대 열전도율이 주요 초점인 경우: 열처리가 결합제를 완전히 산화시켜 질화붕소 입자 사이의 절연층을 제거하도록 합니다.
구조적 밀도가 주요 초점인 경우: 공기 열처리를 효과적인 고온 소결을 위한 길을 닦는 중요한 준비 단계로 간주합니다.

폴리머 결합제의 완전한 산화 분해를 보장함으로써 질화붕소 재료의 전체 열 잠재력을 발휘할 수 있습니다.

요약 표:

공정 단계	분위기 요구 사항	주요 기능	실패 시 결과
탈바인더	공기 (산소 풍부)	PVA/결합제의 산화 분해	탄화 및 열 절연
결합제 제거	고온	폴리머를 기체로 전환	잔류 고저항 장벽
소결 전	산화성	소결을 위한 기공 생성	가스 갇힘 및 구조적 실패

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