Abstract
$Si_3N_4$ is a ceramic material attracting attention in many fields because of its excellent abrasion resistance. In addition, Ti and TiAl alloys are metals used in a variety of high temperature environments, and have attracted much attention because of their high strength and high melting points. Therefore, study of the interface reaction between $Si_3N_4/Ti$ and $Si_3N_4/TiAl$ can be a useful practice to identify phase selection and diffusion control. In this study, $Si_3N_4/Ti_5Si_3+TiN/TiN/Ti$ diffusing pairs were formed in the $Si_3N_4/Ti$ interfacial reaction and $Si_3N_4/TiN(Al)/Ti_3Al/TiAl$ diffusion pathway was identified in the $Si_3N_4/TiAl$ interfacial reaction. The diffusion layers of the interface reactions were identified and, to investigate the kinetics of the diffusion layer, the integrated diffusion coefficients were estimated.
$Si_3N_4$와 Ti 또는 TiAl 합금을 $900^{\circ}C$에서 확산쌍을 제조하여 분석하고, 확산층의 분석을 통하여 생성된 층마다의 조성을 분석하여 각 원소들의 확산 경로 및 속도를 비교 하였다. $Si_3N_4/Ti$의 확산 쌍의 확산 경로는 $Si_3N_4/Ti_5Si_3+TiN/TiN/Ti$로 나타났고, Ti 측면에서 TiN층이 생성 되었음으로 N의 확산 속도가 Si 보다 빠름을 알 수 있었다. $Si_3N_4/TiAl$ 합금의 확산쌍은 $Si_3N_4/Ti$ 사이의 확산쌍과는 다르게 Si, N, Ti, Al 의 각 원소 마다의 확산 속도 차이로 인하여 확산 경로는 $Si_3N_4/TiN(Al)/Ti_3Al/TiAl$ 상으로 나타났다. 상태도를 통하여 생성된 확산쌍의 확산경로를 파악한 결과, 확산경로의 요구사항을 모두 만족하였다. $Si_3N_4/Ti$ 확산에서 Ti를 이용한 적분확산 계수는 $Ti_5Si_3$, TiN에서 $2.18{\times}10^{-16}m^2/sec$, $2.19{\times}10^{-16}m^2/sec$, $Si_3N_4/TiAl$ 확산 쌍에서 Ti를 이용한 적분확산 계수는 각각 TiN(Al) 상에서 $2.88{\times}10^{-16}m^2/sec$, $Ti_3Al$ 상에서 $1.48{\times}10^{-15}m^2/sec$으로 나타났다. 본 연구는 $Si_3N_4$와 Ti 및 TiAl의 계면 반응을 분석한 결과로서 $Si_3N_4$ 상을 이용한 확산반응의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
