| 초록 |
방전플라즈마소결(spark plasma sintering)은 분말 입자들 사이에 펄스전류에 의한 방전 플라즈마를 생성시켜 저온에서 신속한 소결을 가능케 하는 소결법으로 1990년대 초반 일본에서 실용화되기 시작했으며, 현재는 우리나라에서도 널리 알려진 소결공정이다. SPS 장비는 국부적으로 매우 높은 열과 방전 spark를 발생시키기 때문에 FGM의 제조 및 금속간화합물, 나노분말의 소결 등 통상적인 소결방법으로는 치밀화를 얻기에 어려움이 따르는 재료의 소결에 널리 응용될 수 있다. 그러나 치밀화와는 상반된 개념인, 높은 기공도를 지니는 다공체의 제조에도 이 소결공정의 적용이 매우 유용하다. 국부적으로 매우 높은 열에 의해 분말간의 목성장만이 매우 신속하게 이루어질 수 있기 때문에 높은 기공도를 가지는 다공체를 쉽게 제조할 수 있다. 다공체의 경우에도, 흑연 몰드의 형태를 적절하게 설계하여 저항에 의한 Joule열이 위치에 따라 차이가 나도록 하면 시편의 종방향으로 기공도 구배를 지닌 다공체를 제조할 수 있다. 이러한 기공도 구배 다공체는 액상이나 화학 증기상의 침투(infiltration)에 의해 연속 FGM의 제조를 위한 골격체로 사용될 수 있고, 골격 임플란트(skeletal implant)와 같은 생체재료나 고효율 필터(ultrafiltration media)로 응용될 수 있다. 본 연구에서는, 기공구배 구조의 다공체를 SPS 공정을 통해 적절하게 제조할 수 있는지, 그리고 제조시의 SPS 공정 변수에 따라 기공구배 구조의 다양성이 어느 정도 확보될 수 있는지를 조사하였다. 원기둥 형태의 시편을 제조하여 원기둥의 높이방향으로 기공구조의 구배를 가지도록 하였으며, 튜브형태의 시편에서는 반지름 방향으로 기공크기가 다른 2개의 층을 갖는 다공체를 제조하였다. 원기둥 형태의 다공체는 W 분말을 사용하였으며, 이 골격체에 액상 Cu를 침투시키면 종방향으로 Cu 농도의 구배를 지닌 W-Cu 복합재를 제조할 수 있다. 또한 소결온도가 상대적으로 낮은 황동 분말을 사용하여 이 방법의 확장성도 확인하였다. 한편 튜브형태의 반경방향의 다층구조 다공체는 316L stainless steel를 사용하였는데, 이는 고온용 필터에 응용될 수 있다. 좋은 통기도와 집진성의 조화는 기공구조의 구배를 통해 최적화 될 수 있다. |
