Abstract
The microstructure of ceramic composite has been found to be governed by the type and amount of the secondary phase, the sintering aid, and the sintering conditions such as sintering temperature, pressure and holing time. Moreover, tribological properties are strongly dependent on microsturcture of composite and operating conditions. In this study, silicon nitride with various amount of magnesia as a sintering aid were prepared and sintered by a hot pressing (HP) technique. Microstructure, mechanical properties (hardness, strength, and fracture toughness), and tribological properties in different environments of $Si_{3}N_{4}$ (in air, water, and paraffine oil) were investigated as a function of MgO content in $Si_{3}N_{4}$. As increasing the amount of MgO in $Si_{3}N_{4}$, the glassy phase in the grain boundaries enlarged the $\beta$-phase elongated grains, and also degraded the Hertzian contact damage resistance. Tribological behaviors in air was seemed to be determined by fracture toughness of $Si_{3}N_{4}$, and those in water and paraffin oil was seemed to be determined by hardness as well as strength. Since glassy grain-boundary phase (MgO) in $Si_{3}N_{4}$ expected to be reacted with water during sliding, such tribochemical reaction reduced wear. In paraffin oil under a higher applied load, the initial sliding dominated wear rate because of Hertzian contact damage.
세라믹 복합체의 미세구조는 이차상의 종류 및 양, 소결 조제, 그리고 소결 조건(즉, 소결온도, 압력, 유지시간)에 영향을 받는다. 또한, 내마모 특성은 미세구조와 작업 조건이 내마모 특성에 크게 영향을 미친다. 본 실험에서는 질화규소에 마그네시아의 양을 변화시켜 가압 소결(Hot Press) 방법으로 시편을 제조하였다. 마그네시아 양에 따른 미세구조, 기계적 특성(경도, 강도, 파괴인성), 그리고 다양한 분위기(공기, 물, paraffin oil)에서의 내마모 특성을 조사하였다. 질화규소에 마그네시아의 양이 증가하였을 때, 입계의 유리상이 $\beta$-상의 장주형 입자를 커지게 하고, 또한 Hertzian contact damage를 저하시킨다. 대기 중에서 내마모 거동은 강도뿐만 아니라 파괴인성과 관련이 있고, 물과 paraffin oil에서는 경도와 밀접하다. 물속에서 마모시험 중 많은 유리상이 물과 반응하는 것을 생각할 수 있다. 그러므로 마찰 화학적 반응(tribochemical reaction)은 마모도 저하시킨다. Paaraffin oil에서 높은 하중을 부하할 경우, Hertzian contact damage 때문에 초기 마모가 마모량에 지배적이다.
