텅스텐 분말 야금 - 소결
텅스텐 분말 야금 - 소결 장군 :
압 분체의 강도를 높이기 위해 소결이라고하는 열처리를 실시합니다. 소결의 주요 목적은 금속에 필요한 물리적 및 기계적 특성 및 후속 열 기계 가공에 적합한 밀도를 제공하기위한 고밀도화 순서이다. 텅스텐의 소결은 직접 소결 (자기 저항 가열) 또는 간접 소결 (저항 소자 가열 시스템)에 의해 유동 수소 하에서 2000 ~ 3050 ℃의 온도 범위에서 일반적으로 수행된다. 그로 인해 얻어진 밀도는 이론 밀도의 90 % 이상이어야하지만 일반적으로 92 ~ 98 % 범위입니다.
소결을위한 주된 추진력은 개별 입자들이 함께 성장하고, 공극이 수축되고, 콤팩트의 높은 표면적 (즉, 그것의 높은 과잉 표면 에너지)이 감소 할 때 발생하는 자유 에너지의 감소이다. 표면적의 감소는 모세관 힘 (표면 장력)의 작용하에 기공 부피로 물질을 확산시키는 흐름에 의해 달성됩니다. 수축, 회복 (서브 그레인 구조의 변형 및 스트레인 릴리프), 재결정 (전위 밀도가 낮은 변형없는 프리폼의 형성) 및 입자 성장이 소결 동안 발생하고, 또한 자유 에너지의 최소화에 기여한다.
텅스텐 분말 야금 - 소결은 일반적으로 3 단계로 진행되는 것으로 간주됩니다.
* 초기 단계에서 개별 입자 사이에 목이 형성되고 확산에 의해 성장하여 입자 간 접촉 면적이 증가합니다. 분말 집합체는 수축하여 입자의 중앙에서 중심으로 접근합니다. 이 단계에서 조밀도는 여전히 낮고 기공 구조는 완전히 열려 있고 완전히 연결되어 있습니다.
* 목 형성이 증가함에 따라 (중간 단계), 목은 자신의 정체성을 잃고 잃어 버립니다. 모공은 원통형으로 가정됩니다. 그들의 반지름은 길이에 따라 다르며, 수축이 증가함에 따라 기공 채널은 여전히 부분적으로 상호 연결된 작은 세그먼트로 분해됩니다. 이 단계 (채널 폐쇄 단계)에서 현저한 치밀화가 일어나고 수축과 동시에 상당한 입자 성장이 발생합니다.
* 마지막으로, 마지막 단계 (고립 된 기공 단계)에서, 기공 세그먼트는 더 많거나 적은 구형 대칭의 분리되고 고립 된 기공들의 체인으로 더 분열됩니다. 이 단계는 이론 밀도의 약 90 %가 달성 될 때 발생합니다. 소결 밀도는 92-98 %의 실질적인 한계를 점근 적으로 접근합니다.
조사에 따르면 밀도가 매우 높으면 격자 확산에 의해 제어되지 않는 한 대부분의 밀도 범위에서 입자 경계 확산에 의해 조밀화가 제어됨을 알 수 있습니다. 입자 크기의 움직임이 모공의 존재로 인해 방해되기 때문에, 입자 조 대화는 97 % 밀도보다 높은 속도로 진행됩니다. 소결 된 잉곳의 입자 크기는 일반적으로 1 내지 30 ㎛ 범위이다. 온도 및 시간 외에도 분말 입자 크기, 녹색 밀도, 소결 분위기, 분말 순도, 소형 크기 / 무게, 가열 속도, 열 구배 및 산화물 (예 : La2O3, Ce02, 2r02) 또는 금속성 칼륨 (NS- 텅스텐)이다.
고밀도화에 대한 온도 및 시간의 영향은 대략적인 소결 모델을 기반으로하는 소위 밀도 다이어그램을 사용하여 추정 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 경험적 속도 방정식은 산업적 목적을 위해 다양한 온도에서 필요한 소결 시간을 계산하는 데 사용됩니다.
실제로 텅스텐 소결은 분말 입자 표면의 산소 코팅을 제거하는 환원 분위기에서 항상 수행됩니다. 고순도의 건식 수소가 일반적으로 사용됩니다. 진공 또는 불활성 가스 하에서, 소결은 잔류 산소에 의해 유지되고, 원하는 밀도는 달성되지 않을 것이다.
텅스텐의 연성은 대부분의 불순물에 매우 민감하기 때문에 정화가 중요합니다. 그러므로, 소결 동안 증발이 원하는 정도로 (즉, 개방 된 다공성 인 한) 일어날 수 있도록 특별한주의가 필요하다. 잉곳이 너무 빨리 고밀도화되면 불순물이 갇힐 수 있습니다. 더 높은 소결 온도로 인해 직접 소결은 간접 소결보다 청소에 더 효과적입니다.
도핑 된 텅스텐의 소결은 텅스텐의 소결에서 특이한 경우입니다. 여기에는 램프 필라멘트에 사용되는 NS (non-sag) 텅스텐뿐만 아니라 CeO2, La2O3 및 ZrO2가 첨가 된 텅스텐 또는 텅스텐과 같은 분산 강화 소재가 포함됩니다.
NS 도핑 텅스텐 분말은 환원 과정에서 혼입 된 칼륨 알루미 노 실리케이트의 작은 함유 물을 함유한다. 소결 동안, 실리케이트는 열적으로 분해되고 서브 마이크론 포타슘 기포가 텅스텐 잉곳에서 형성된다. 산화물과 마찬가지로,이 기포는 입자 경계를 막고 소결 중에 입자 조 대화를 억제합니다. 칼륨은 소성 동안 기체이므로, 기포는 고압하에 있으며, 이는 기공의 표면 장력에 의해 균형을 이룬다. 이들은 도핑되지 않은 텅스텐의 특징 인 상당히 거친 잔류 소결 공극 외에도 NS- 도핑 된 텅스텐의 파 단면에서 작은 공극으로 볼 수 있습니다. 그것들은 열 기계적 가공 중에 기포 줄을 형성하기위한 시작점을 구성합니다.
60 년대까지 실제로 사용 된 유일한 소결 방법은 직접 소결이었습니다. 도핑 된 텅스텐의 생산에 여전히 사용되고 있지만, 그 중요성을 잃어 버렸습니다. 그 이후 주로 Iarger 부품에 대한 수요가 증가하고 응집체의 용량이 증가했기 때문에 간접 소결로가 개발되었습니다. 이 기술은 요즘 순수 텅스텐 생산의 주 경로로 사용됩니다.
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