화학공학소재연구정보센터
Korean Journal of Rheology, Vol.2, No.1, 67-78, June, 1990
세라믹 사출성형을 위한 질화규소 미세분말과 결합체 시스템의 혼합에 대한 연구
A Study on Mixing of Silicon Nitride Fine Powder and Binder System for Ceramic Injection Molding
초록
세라믹 분말의 사출성형성을 평가하기 위하여, 다양한 혼합제 시스템에 대한 혼합도와 유변학적 성질을 질화규소 미세분말의 부피비를 변화시키면서 조사하였다. 열가소성 결합제 시스템은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 왁스, 그리고 미소량의 첨가제를 혼합하여 사용하였다. 혼합성능을 평가하기 위하여 비분산혼합에서는 총접촉면적비를, 그리고 분산혼합에서는 총파괴표면적비를 혼합척도로서 사용하여 정성적으로 모형화하였다. 사용된 혼합기내의 유동장을 해석하기 위하여 뉴우톤유체를 가정하여 유동해석을 수행하였다. 혼합물의 혼합도는 각각 5분, 30분 동안 혼합된 시편을 주사전자현미경 사진에 의해 관찰하여 평가하였다. 또한, 혼합물의 사출성형성 그리고 혼합질, 점도, 토우크 곡선 사이의 관계를 규명하기 위하여 전단변형률속도에 따른 점도를 모세관 점도계를 사용하여 측정하였으며, 질화규소의 부피비가 60%일 때까지는 만족할 만한 성형성과 혼합질을 가짐을 알 수 있었다.
Mixedness and rheological properties of various binder systems were investigated for different volume fractions of silicon nitride fine powders in order to evaluate injection moldability of the powders. Thermoplastic binder system contained polyethylene, polyethylene wax, and other additives of small amount. Mixing performance was modelled qualitatively using the ratio of total interfacial area as a measure for non-dispersive mixing, and the ratio of total fracture surface area for dispersive mixing. Flow analysis was carried out to characterize flow field within the mixer employed. Mixedness of specimens mixed for five or thirty minutes was examined by using scanning electron microscope. In addition, a capillary rheometer was used to characterize moldability and relationship among mixture quality, viscosity, and torque curves. The results showed that the mixture had good moldability and mixing quality up to silicon nitride volume fraction of 60%.
  1. Billiet R, Int. J. Powder Metallurgy Powder Technol., 21, 119 (1985)
  2. Pease LF, Int. J. Powder Metallurgy, 22, 177 (1986)
  3. Tadmore Z, Gogeos CG, "Principles of Polymer Processing," Wiley & Sons, New York (1979)
  4. Edirising MJ, Evans JRG, Int. J. High Tech. Ceram., 2(1), 249 (1986)
  5. Bigio DI, Boyd JD, Erwin L, Gailus DW, Polym. Eng. Sci., 25, 305 (1985) 
  6. Kalyon DM, ANTEC Technical Papers, New York, 124 (1989)
  7. Arimond J, Erwin L, ASME J. Eng. Ind., 107, 70 (1985)
  8. Canedo EL, Valsamis LN, ANTEC Technical Papers, New York, 116 (1989)
  9. Bikker JA, Smith R, Baker WE, ANTEC Technical Papers, New York, 129 (1989)
  10. Abbaoui M, Gotis AD, Gogos CG, ANTEC Technical Papers, New York, 1631 (1989)
  11. Cheng JJ, Manas-Zloczower I, Polym. Eng. Sci., 29, 701 (1989) 
  12. Chong JS, Christiansen EB, Baer AD, J. Appl. Polym. Sci., 15, 2007 (1971) 
  13. Mangels JA, Williams RM, Ceram. Bull., 62, 601 (1983)
  14. Mutsuddy BC, Proc. Br. Ceram. Soc., 33, 117 (1983)
  15. Parrish MV, Garacia RR, Bowen HK, J. Mater. Sci., 20, 996 (1985) 
  16. Han CD, Sanford C, Yoo HJ, Polym. Eng. Sci., 18, 849 (1978) 
  17. Bower JD, Plast. Eng., 33 (1984)
  18. Hunt KN, Evans JRG, Polym. Eng. Sci., 28, 572 (1988)
  19. Matkin DI, Proc. Br. Ceram. Soc., 291 (1973)
  20. Bigg DM, Polym. Eng. Sci., 22, 512 (1982) 
  21. German RM, Int. J. Powder Metallurgy, 23, 237 (1987)
  22. Almedia JC, Fonseca AT, Correia RA, Baptisata JL, Mater. Sci. Eng., A109, 395 (1979)
  23. Edrisinghe MJ, Evans JRG, Mater. Sci. Eng., A109, 17 (1989) 
  24. Carruthers D, Wimmer J, Aerospace America, May, 22 (1988)
  25. Manas-Zlcozower I, Nir A, Tadmor Z, Rubber Chem. Technol., 57, 583 (1982)