G01437-02

MSE 2009: 분말공정 (Powder Metallurgy Process)

첨단소재공학부

김진천

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MSE 2009: 분말공정 (Powder Metallurgy Process)

Course Objective...Introduce fundamental concepts in Powder Metallurgy

You will learn about:• Powder Production Methods• Consolidation Process• Applications

This course will help you to:• use powder metallurgy process• realize new design opportunities

with Powder Metallurgy process

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LECTURESLecturer: 김진천Time: 화 2교시, 수 8-9교시Location: 18-208 강의실Activities:

• 강의, 필기시험• 연습, 퀴즈• 질의및응답능력평가

연락처: jckimpml@ulsan.ac.kr052-259-2231 (010-5367-9138)

면담: 목요일 3-5시

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Required text:• 분말재료공학: 한국분말야금학회

COURSE MATERIALS

Optional Materials:• 수업계획서참조

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• 분말재료공학: 한국분말야금학회

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Text Website:

Course Website: ‘UWIN의강의도우미’ 활용•각종공지사항• Lecture notes• Q&A•성적게시

COURSE WEBSITES

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GRADING출석 15%총강의일수의 ¼ 결석일경우 fail

중간고사

35%

기말고사

45%

리포트

15%

Caution!! Don’t ask for your score after examination!!

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1주. 분말야금

공정

(Powder Metallurgy Processing)

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금속소재의 제조

- 주조 공정 -

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금속이나

금속산화물

및

무기물의

분말

(powder)을 성형

(compaction) 하여

형상을

부여한

후, 가열하여

결합시키는

소결

(sintering) 공정을

거쳐

제품을 만드는

기술

분말야금

(Powder metallurgy) 공정

분말 혼합 성형 소결 부품

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• 고융점

금속

(W; 3410oC 등)

• 세라믹

(Al2

O3

, SiC 등) 및

다공체

• 금속-비금속

복합재료

• 상호

고용도가

없는

금속

(W-Cu 등)

• 소형부품의

대량생산

(경제성

측면)

주조공정을

적용할

수

없는

경우

Shape charge linerPorous Ceramics

多紐細文鏡 (BC 4세기, 국보)선간격 300 m, 13,000개의선

http://kr.blog.yahoo.com/oonam715/1360310.html

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도자기

제작과정

• 도토수비

(陶土水飛)

• 성형

(成形)

•

잿물

(釉藥)

•

굽기

(燒成)

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분말야금의

역사

• 고대-중세

: 귀금속, 철

분말에서

병기

및

장신구

제조

• 1800 년대

: 소결백금

제조

• 20세기

초

: W, Mo 등의

고융점

금속

및

초경합금

제조

• 20세기 중반 이후 :

-

Fe, Ni, Cu 특수합급의

분말압연

-

급냉응고

과정

(RSP), 기계적

합금화

(MA) 개발

-

자성재료, 소결핵연료

-

금속분말사출성형

(MIM), 나노분말제조

인도

델리

의

철탑

(pillar), AD 4C

(스폰지

철의

단조)

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분말야금의

역사

• 소결백금(러시아

백금화): Sobolevskii: 1826-1829

(백금: 1773oC(고융점), Pt-As 공정합금: As-증발-Pt 회수)

• 치과용

아말감(귀금속: Ag/Hg): Townsend:1855

• 고온

W, Mo-Coolidge 등: 1900-1910

• 소결

초경

금속: Schroeter: 1922

• 전기

접점재: W-Cu: 1917-1921

• 다공성

청동: 1930

• 소결강: 1935

• 소결알루미늄: 1950

• Cermet: 1955-금속기지내에

ceramic 입자

분산

• 초경:질화물, 브롬화물: 1955

• 분산경화

소결합금: 1960

• 나노분말; 1985-현재

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분말야금

공정의

장단점

• 비교적

간단한

공정으로

복잡한

형상의

제품

생산

가능

• 주조

법에

비해

비교적

낮은

온도에서

제조

가능

• 고용도가

거의

없는

합금

및

복합재료

제조

가능

• 분말의

형상, 입도

및

입도분포

제어의

어려움-분말고가

• 주조에

비해

소결로

등의

많은

장비가

필요

• 복잡한

형상

성형

어려움, 기공

문제(분말들

사이의

기공)

• 크기가

작은

분말의

경우

저장과

취급에

어려움

(Nano

분말-폭발성, Mg, Al 분말-로켓추진체)

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분말야금

유일성

1. 고온재료: 용융점이 3400이상인W 또는Mo, Ta, 내화물, 세라믹제품

2. 복합재료: 상호비고용금속계(W-Cu, Fe-Pd), 초경(WC-Co), 분산재료

3. 다공성재료: 오일레스베어링, 필터, 스폰지금속제품

4. 금속 + 비금속결합재: 전기접점재(Cu-C), Cermet

5. 치과용아말감, 층상조직재료

분말야금

경제성1. 재료손실적음: 분말로성형-남는것을다시성형, 주조재: Scrap 발생

2. 소형제품대량생산및자동화공정

3. 고순도, 고품질제품: 분말순도유지, 조직균일(응고조직없음)

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분말야금

기본

공정

1. 분말준비- 원광석, 원재료에서분말획득2. 분말의가공- Die등에서원하는형태로성형-고온에서소결3. 후처리및검사-표면처리, 열처리, 용점, 기계가공

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분말야금

공정

(분말합성)

• 분사법에

의한

분말제조

• 기계적

분쇄

법에

의한

분말제조

• 화학적

분말제조

• 기상으로부터의

분말제조

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분말야금

공정

(분말합성)

• 분사

법에

의한

분말제조

• 기계적

분쇄

법에

의한

분말제조

• 화학적

분말제조

• 기상으로부터의

분말제조

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분말야금

공정

(성형)

• 성형

: 분말에

일정한

형상을

부여하는

공정

온간성형

(warm compaction)

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분말야금

공정

(소결, sintering)

압축

또는

비압축

분말성형체를

주

구성원소의

융점이하 온도에서

가열하여

화학결합이

이루어지도록

하여

분말

성형체에

필요한

기계적

및

물리적

성질을

부여하는

열처리

소결의

구동력

: 계의

전체

계면에너지를

줄이는

힘

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분말야금

공정

(소결의

종류)

• 고상소결

: 소결온도에서

성형체

내의

입자들이

전부

고체상태에서

치밀화

• 액상소결

: 소결온도에서

성형체

내에

액상이

존재하는

상태에서

치밀화

고상소결 (Al2 O3 ) 액상소결 (W-Ni-Fe)

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분말야금

공정

(소결장비)

Graphite die

Graphite punch

하소분말

Graphite die

환원분말Pulse current

Graphite punch

상압/가압소결

장비

방전소결

(SPS) 장비

등방가압소결

(HIP) 장비

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분말야금

제품

응용

자동차

응용

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스테인레스강

필터

분말야금

제품

응용

절삭용

초경공구

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Shape charge liner Microelectronic package

분말야금

제품

응용

Hip Joint

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Q1. 생활중에서분말소결품을찾아보시오.

Q2. 분말공정과주조공정을비교해보시오.