소결 (Sintering)시 grain growth를 열역학적으로 설명하시오. 구동력 (driving force)은 무엇인가?

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재료공학- 무기재료실험(세라믹) 중간 과제물2입니다

서울대학교 재료공학부 재료실험2 과목입니다

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본문내용

소결은 분말 성형체 (powder compact)가 가열에 의해 조립화 (粗粒化, coarsening) 또는 치밀화 (緻密化, densification)를 이루는 과정을 말한다. 조립화는 기공이 많고 강도가 거의 없는 분말 성형체가 가열에 의해 밀도의 변화는 없이 입자끼리의 결합에 의한 표면적 감소와 높아진 강도를 나타내는 것이다. 그 좋은 예는 세라믹스 단열재나 세라믹스 촉매 담체(membrane)의 소결이다. 치밀화는 기공이 많고 강도가 거의 없는 분말 성형체가 가열에 의해 밀도의 증가(기공의 감소)와 함께 입자끼리의 결합에 의한 표면적 감소와 높아진 강도를 나타내는 것이다. 대부분의 고강도 세라믹스 제품의 소결은 여기에 해당된다. 그러나 실제에서는 치밀화가 진행되면서 어느 정도의 조립화가 같이 일어나게 된다.
비금속 또는 금속의 가루를 가압성형한 것을 녹는점 이하의 온도에서 열처리한 경우, 가루간에 결합이 생겨 성형된 모양으로 굳는 현상. 요업제품 또는 세라믹, 분말야금, 서멧 등을 제조하는 중요한 수법이다. 소결의 구동력은 가루가 가진 여분의 표면에너지이다. 즉 분말이 단순히 모인 상태에서는 표면에너지의 총합이 최소가 되지 않고 열역학적으로는 비평형상태가 된다. 가열처리를 하면 표면에너지를 감소시키려는 방향, 즉 표면적이 감소하는 방향으로 물질이동이 일어나 입자들이 서로 결합된다.

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