세라믹 재료
세라믹 재료의 특징
세라믹(분말야금)은 금속 분말로서 기계제품을 제조하는 것 미세한 세라믹 입자를 금속 분말 융점 이하의 온도로 가열하면 세라믹이 응집되어 강고한 고형물이 된다.
이러한 현상을 소결이라 한다.
취성이 약하고, 내열성이 우수하다. 연성이 거의 없다.
소결 공구재료
1. 초경합금
- WC 등의 탄화물 분말에 결합제로서 Co를 첨가하여 압축 성형한 다음 소결하여 우수한 공주재료로 만드는 것으로, 이와 같이 만들어진
소결 공구 재료를 초경합금 이라 한다.
- 초경합금의 제조 방법은 W 분말과 Carbon black을 노 중에 가열하면 W 분말은 850℃ 에서 탄소를 흡수한다.
- 1400℃에서 WC로 된다.
- WC 분말에 약 3~4%의 Co를 볼밀에 놓고 혼합하여 원료분을 형틀에 넣어 가압 한다.
- 약 900℃에서 가열하고 1300~1700℃에서 2차 소결하면 초경합금이 만들어진다.
소결 내열 재료
내열 재료에서는 기지 중에 고온에서 안정한 제2상을 미세 석출시켜 고온에서 강도를 유지
석출상의 주체인 탄화물 및 금속간 화합물은 900℃ 이상으로 유지하면 성장 및 조대화가 일어난다.
세라믹 분말로 만들어진 내열재료에 서멧과 분산강화형 내열합금이 있다.
1. 서멧
세멧은 세라믹스와 금속을 합친 용어로 주로 원료의 내화물에는 탄화물, 질화물이 있다.
금속으로는 Co, Cr, Ni, Mo 등의 내열성이 있는 금속이 사용된다.
세라믹스가 지닌 경도, 내마모성, 내열성, 내산성, 내약품성에 금속의 강인성과 가소성을 겸비한 특징이 있다.
2. 분산강화형 내열 합금
이 합금은 금속을 모상으로 해서 열적으로 안정한 세라믹 입자를 미세하게 균일한 분포를 시킨 것이다.
SAP라고 부르는 Al-Al2O3계 소결합금을 발명하고 부터 다수의 분산 강화형 합금이 개발되었다.
분산강화형 합금은 고온에서 기계적 성질이 좋고, 특히 크리프(고온에서 금속이 일정한 하중을하에서 시간이 흐름에 따라 변형이 증가하는 현상) 에 대한 저항 값이다. 서멧에 비해 열충격에도 강하다. 그러나 모상금속의 융점 이상엥서는 견딜 수 없다.
소결 기계재료
소결 기계부품에는 강도를 주체로 하는 치차, 캠 등의 기계부품, 베어링 성능을 주체로 하는 소결 베어링 부품, 마모특성을 주체로 하는
소결마찰부품 등으로 나눌 수 있다.
-기계부품은 다공성을 억누른 고밀도 재로로 만든다.
초기에는 Fe 계의 소결에서 현재는 소결합금철, 소결 합금강이 개발되어
종래의 주조품, 단조품의 분야로 확대되고 있다.
소결 합금은 보통 6~15%의 다공률이 있고, 가압력, 소결온도, 가공공정에 의해 밀도가 변화한다.
- 밀도가 높은 쪽이 인장강도는 증가하지만, 연신충격 값은 저하된다. 또한 다공의 경우 소음흡수, 마찰부 기름의 윤활 등의 특성이 있다.
-실용 소결합금으로는 동합금에서 Cu-10%Sn, Al계 합금에서 Cu 2~5%
Al-Cu가 사용되고 있다. Fe 계에서는 Fe 분말의 소결철이 있지만 소결철은 밀도를 올리더라도 35kgf/mm2으로 한계가 있다.
- 그 이상의 강도를 필요로 하는 경우에는 소결 합금으로 한다.
- F-C계 소결합금은 다공질이므로 10~30%의 기름 침투시켜 자기급유상태에서 사용되는 베어링을 소결함유 베어링이라고 한다.
- 소결함유 베어링은 Cu계 합금과 Fe계 합금이 많다. Cu계 합금은 저하중 고속도용으로, Fe계는 고하중 고속도용으로 사용된다.
- Cu 분말과 Sn 분말에 흑연 분말을 가압하여 가업, 소결한 베어링을 오일레스 베어링이라고 한다.
오일레스 베어링은 20~30% 기름을 흡수하는 것이다.
소결 마찰재료는 브레이크, 클러치 등에 사용된다.
Pb, 청동베어링 합금에 흑연을 첨가한 조성으로 SiO2, Al2O3 등이 배합되고 있다.
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