Abstract
To analyze several defects and residual stress in sintering of layer structure materials, multiayer materials with TZP/SUS and ZT/SUS, and bilayer materials with porcelain/alumina and porcelain/Y-TZP were fabricated by sintering method. Multilayer materials prepared by pressureless sintering show the sintering defect such as warping, splitting, cracking originated from the difference of sintering shrinkage between each layer, which could be controlled by the adjustment of number and thickness in interlayer. In tape casting, a certain pressure given during sintering relaxed the sintering defects, specially warping. The residual stress in bilayer was examined with Vickers indentation method. A small tensile stress in porcelain/alumina and a large compressive stress in porcelain/Y-TZP were generated on the porcelain interface due to the thermal expansion mismatch, which affected the strength of bilayer materials. As a consequence, the sintering defects of multilayer materials and the residual stresses of bilayer materials were dominantly influenced on material design and starting material constants.
층상구조를 이루는 재료의 소결시 형성되는 다양한 결함 및 잔류응력을 고찰하기 위해 TZP-SUS계 및 ZT/SUS계다층재료와 porcelain/alumina 및 porcelain/Y-TZP 이층재료를 소결법으로 제조하였다. 상압소결로 제조한 다층재료에서는 층간의 소결수축율 차이에 의해 warping, splitting, 균열 등의 소결결함이 관찰되었으며, 중간층수 및 두께의 조절과 출발물질의 제어를 통해 이러한 소결결함이 완화됨을 알 수 있었다. Tape casting법으로 제조한 다층재료에서는 소결시 가한 압력에 의해 소결결함, 특히 warping이 제어됨을 확인할 수 있었다. 이층재료에서 형성되는 잔류응력은 vickers 압입법으로 관찰하였다. Porcelain/alumina에서는 porcelain 측의 계면에 작은 인장응력이, porcelain/Y-TZP에서는 압축응력이 형성됨을 확인할 수 있었으며, 이러한 잔류응력은 이층재료의 강도에도 영향을 미침을 알수 있었다. 결국 다층재료의 소결결함 및 잔류응력은 재료설계와 출발물질 상수에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
