분말은 첨단 세라믹에 있어 매우 중요합니다. 이는 사람들이 첨단 세라믹을 정의하는 방식에서도 분명히 드러납니다.
첨단 세라믹의 일반적인 정의는 다음과 같습니다. 고순도, 초미세, 인공 또는 선별된 무기 화합물을 원료로 사용합니다. 정밀한 화학 조성, 제조 및 가공 방법을 갖추고 있으며, 정밀한 구조 설계를 특징으로 합니다. 우수한 기계적, 음향적, 광학적, 열적 특성을 지니고 있으며, 전기적, 생물학적 및 기타 특성도 나타냅니다. 세라믹은 산화물 또는 비산화물일 수 있으며, 알루미늄, 지르코늄, 칼슘과 같은 금속과 산소, 탄소, 규소, 붕소와 같은 비금속으로 만들어집니다. 이온 결합과 공유 결합을 포함하며, 배위 결합된 세라믹 재료도 있습니다.
화학 물질에는 두 가지 중요한 요소가 있습니다. 높은 순도와 정확한 비율입니다.
순도에 관해 말씀드리자면, 불순물의 존재는 제품 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 고순도 알루미나에는 실리콘, 칼슘, 철, 나트륨, 칼륨과 같은 불순물이 흔히 존재합니다. 철 불순물은 소결 재료를 검게 만들고, 나트륨과 칼륨 불순물은 전기적 특성을 저하시킵니다. 특히 나트륨과 칼륨 불순물은 소결 과정에서 재료의 결정립이 비정상적으로 성장하는 원인이 됩니다. 투명 세라믹의 경우, 불순물의 영향은 더욱 큽니다. 세라믹 분말의 불순물은 투명 세라믹의 "투명성 저하"를 유발합니다. 이는 불순물이 세라믹 본체의 광학적 특성과 크게 다른 2차상이기 때문입니다. 불순물은 빛의 산란과 흡수를 일으켜 세라믹을 통과하는 빛의 양을 크게 감소시킵니다. 산소 불순물은 질화 세라믹의 열전도율을 저하시킬 수 있습니다. 예를 들어, 질화규소와 질화알루미늄이 이에 해당합니다.
비율 측면에서 보면, 세라믹 제조 공식에는 일반적으로 "초고순도" 단일 성분이 필요하지 않습니다. 하지만 소결 보조제와 같은 추가 재료가 종종 첨가됩니다. 이 경우 정확한 배합 비율이 필수적입니다. 화학 조성 및 함량의 차이는 제품 성능에 결정적인 영향을 미칩니다.
상 조성
분말은 제품의 상과 일치해야 하며, 소결 과정에서 상변화가 일어나서는 안 됩니다. 경우에 따라 상변화가 세라믹의 치밀화를 돕기도 하지만, 대부분의 경우 소결을 방해합니다.
입자 크기 및 형태
일반적으로 입자가 미세할수록 좋습니다. 산란 이론에 따르면 분말 크기가 작아질수록 밀도 증가 속도가 감소합니다. 입자가 작을수록 소결될 가능성이 높아집니다. 예를 들어, 초미세 질화알루미늄 분말은 비표면적이 넓어 소결 구동력을 증가시키고 공정 속도를 높입니다.
세라믹 분말은 모양이 균일할수록 유동성이 좋아집니다. 이는 성형 및 소결에 도움이 됩니다. 이 공정은 결합제를 사용하여 분말을 구형으로 만듭니다. 즉, 구형 세라믹 분말은 세라믹의 밀도를 높여 제조 및 소결 과정을 용이하게 합니다.
일률
파우더의 균일성은 쉽게 간과될 수 있지만, 사실 앞서 언급한 요소들보다 훨씬 더 중요합니다. 다시 말해, 앞서 언급한 요소들의 성능이 핵심인데, 그 균일성을 확인해야 합니다.
입자 크기도 마찬가지입니다. 미세한 입자 크기는 중요하지만, 평균 입자 크기가 작더라도 분포가 고르지 않거나 너무 넓으면 세라믹 가공에 심각한 악영향을 미칩니다. 입자가 굵으면 특정 부위의 밀도가 낮아지기 쉽습니다. 이는 입자 크기가 다르면 소결 속도가 다르기 때문입니다. 또한, 굵은 입자는 비정상적인 결정립 성장의 핵이 될 수도 있습니다. 결과적으로 세라믹을 더 높은 온도에서 치밀화해야 하며, 미세 구조가 고르지 않게 되어 성능에 큰 영향을 미칩니다.