소결 메커니즘

파우더 표면의 비표면적은 입자 크기에 따라 달라지며, 파우더 입자가 클수록 비표면적은 작아지고, 입자가 작을수록 비표면적은 커집니다. 비표면적의 크기는 소결 시 파우더가 제공하는 표면 에너지의 크기와 관련이 있으며, 비표면적이 클수록 더 큰 표면 에너지를 가지므로 더 낮은 온도 또는 외부에서 더 적은 에너지를 공급해도 소결을 완료할 수 있습니다. 반대로 비표면적이 작으면 소결을 완성하기 위해 외부에서 더 많은 에너지를 가해야 합니다. 소결 과정 중 고온은 원자의 이동을 유발하며, 이는 파우더 입자 간의 거리 변화, 표면적 감소, 입자 형상 변화, 밀도 증가로 이어지고, 결국 소결이 완성됩니다. 전통적인 소결 메커니즘은 일반적으로 다음 여섯 가지 확산 메커니즘으로 정리할 수 있으며, 모두 서로 다른 경로를 통해 두 입자 간 움푹 들어간 목 부위로 확산이 일어나는 방식입니다:

• 표면 확산(surface diffusion)：

자 입자는 돌출된 부분에서 표면을 따라 목 부위로 확산되며, 이로 인해 목은 굵어지지만 치밀화는 발생하지 않습니다. 이 메커니즘은 낮은 온도나 소결 초기 단계에서 다른 메커니즘보다 더 뚜렷하게 나타납니다.

• 증발과 응결 (evaporation and condensation)：

원자는 돌출된 표면에서 증발한 후, 목 부위에서 응결합니다. 이 메커니즘은 치밀화를 유도하지 않으며, 소결 과정 중 증기 압력이 높은 물질에 적용됩니다. 반면, 증기 압력이 낮은 물질은 이 메커니즘보다는 다른 고상 확산 경로를 따르는 경향이 있습니다.

• 입계 확산(grain boundary diffusion)：

원자는 입자 간 접촉된 결정립 경계를 따라 목 부위로 확산되며, 이 메커니즘은 치밀화를 유도하는 주요 과정 중 하나입니다.

• 체적 확산 (volume diffusion atom from grain boundary)：

입자 간 결정립 경계 근처에 있는 원자가 체적 확산을 통해 목 부위로 이동하며, 그 치밀화 원리는 입계 확산과 동일하게 작용합니다.

• 체적 확산(volume diffusion atom from surface)：

입자의 돌출된 표면에 있는 원자가 체적 확산을 통해 목 부위로 이동하는 경우, 이 과정은 치밀화에는 기여하지 않습니다.

• 체적 확산(volume diffusion atom from dislocation)：

원자가 입자 내부의 전위 위치에서 목 부위로 이동하는 경우, 이 메커니즘은 치밀화를 유도하는 과정입니다.