일반기술

소결 분위기 조절에 의한 시편 표면층의 치밀화와 이를 이용한 정수압소결 공정에 의한 Aㅣ203-SIC 나노 복합재료의 치밀화

본 발명은 소결후-열간정수압소결(sinter plus hot isostatic press: sinter plus HIP)공정을 이용하여 Al2O3-SiC 나노복합재료(nano-composite)의 완전 치밀화를 이루는 소결공정에 관한 것이다. 미세화 원료분말(입자평균크기 0.5um 이하)을 사용한 Al2O3-SiC 복합재료는 단상의 Al2O3 보다 월등한 기계적 물성을 보이고 있으나 치밀화가 매우 어려워 가압소결법(hot press)이나, 고온 상압소결법이 사용되고 있다. 그러나, 두 소결법은 모두 제품생산에 적용하기에는 여러 문제점을 가지고 있으므로, sinter plus HIP 공정이 고온구조용 세라믹스계 복합재료의 제품생산에 최적의 소결법으로 여겨지고 있다. 그러나, 이 경우에는 시편의 기공이 폐기공화해야 하는 선결조건이 요구된다. 본 발명은 Al2O3-SiC 나노복합재료의 치밀화를 위해 소결과정에서 질소와 수소분위기를 사용함으로써 낮은 소결온도에서 시편의 표면부만을 치밀화시킬 수 있으며, 시편 내의 모든 기공을 폐기공화하여, 이후 열간정수압(hot isostatic pressing) 소결로 완전치밀화를 이루는 것이다.본 발명은 세라믹스 재료의 치밀화에 가장 신뢰성있는 sinter plus HIP 공정을 이용하여 미세한 분말을 사용한 Al2O3-SiC 나노복합재료의 완전치밀화를 이루는 것으로, 이를 위해 낮은 소결온도에서의 폐기공화하는 소결공정을 발명함으로써, 본 재료의 응용영역을 넓히고 생산을 용이하게 하는 효과를 얻을 수 있으며, 난소결성 세라믹스 복합재료의 치밀화에 최적소결법인 sinter plus HIP 공정으로 우수한 기계적 물성을 보이는 Al2O3-SiC 나노복합재료를 완전치밀화할 수 있었다. 이는 Al2O3-SiC 나노복합재료를 고온의 소결온도(상압소결)나 기하학적 형상의 제약(가압소결) 없이 실제 제품생산에 적용할 수 있는 소결법을 제한한것으로, 본 재료의 응용범위를 대폭 확대한 것이다. 또한 지금까지는 억제되어야했던 산화물과 탄화물간의 반응이 분위기의 조절에 의해 재료의 치밀화에 적극적으로 응용될 수 있음을 제시하였다.