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등방성 프레스(Isostatic Press) 는 캐스팅 repair부터 세라믹 볼 베어링에 이르는 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 프레스 프로세스에 있어서, 원하는 작업을 수행을 위해 차갑거나(CIP) 따뜻하거나(WIP) 뜨거운 온도(HIP)를 사용합니다.
CIP
냉간 등방압 프레스(CIP)는 소결 또는 열간 등방압 프레스(HIP)에 의한 추가적인 치밀화 작업을 하기 전에 분말 예비 성형에 주로 사용됩니다. 냉간 등방압 프레스는 Wet bag과 Dry bag 두 가지 유형으로 제공됩니다.
Wet bag 프레스에서 압력 용기는 물로 가득 차고 고무 백 (몰드)은 매 사이클마다 제거되고 다시 채워집니다. 이 유형의 프레스는 크고 복잡하거나 많은 다른 부품이 필요할 때 일반적입니다.
Dry bag 프레스는 베셀에 일체형으로 되어 있으며, 동일한 부품 유형을 많이 만들 때 사용됩니다. Dry bag 프레스는 보디 크기가 소규모로 제한되며, 쉽게 제거 할 수 있습니다니다. Dry bag 프레스는 일반적으로 분말 충전에서 부품 제거 단계까지 자동화되어 있습니다.
등방압 프레스의 주요 이점은 균일한 밀도로, 소결 시 예측 가능하고 반복 가능한 수축을 통해 달성 가능합니다.
작은 부분에서는 단축 다이 프레스(Uniaxial die press)는 사용 가능한 부품을 만들 수 있지만, 긴 튜브나 큰 복잡한 부분에 있어서는 다이 마찰이 불균일성을 야기하도 합니다. 등방성 프레스가 사용되는 부분이 바로 여기입니다. 대부분의 콜드 프레싱은 부품 모양을 고정하는 데 도움이 되는 바인더를 활용합니다. 이 바인더는 일반적으로 Furnace에서나 소결 공정 중에 연소됩니다
소결(Sintering)은 부품을 강화하는 과정입니다. 진공이나 가스 압력을 이용합니다. 가스 형식의 소결은 부품 재료에 원하는 반응을 얻기 위해 다양한 형태로 진행됩니다.
소결은 부품의 용해점에 가까운 온도에서 이루어지며, 분말 입자가 함께 확산되면서 밀도가 발생합니다. 소결은 많은 변수를 가지고 있으며, 일반적으로 94-99%의 밀도를 가진 매우 높은 밀도의 부품을 생산할 수 있습니다. 많은 적용 사례를 살펴보면, 소결 후 추가 처리 과정이 필요하지 않을만큼 부품의 필요조건을 만족합니다.
HIP
열간 등방압 가압법(HIP)은 견고하게 치밀화하고 수축시키기 위해 열과 압력을 동시에 가하는 적용법입니다. 분말 또는 보충제를 강화하여 냉간 압착, 소결 또는 주조된 부품을 더욱 치밀화하는 데 직접 사용할 수 있습니다.
압력 매체는 전형적으로 기체 (아르곤 또는 질소)이지만, 액체 (유리) 또는 용융 금속 일 수 있습니다. 히팅은 항상 전기로(electric furnace)가 적용됩니다.
분말을 직접 밀도화하기 위해서는, 압력을 분말에게 전달하기 위한 캔(Can/Mold)이 필요합니다. 이 캔(몰드)은 연강, 스테인리스, 금속 또는 유리 캡슐을 사용합니다. 이 방법은 단순한 모양이 필요할 때 사용됩니다.
복잡한 형태(예: 터보차저 블레이드)가 필요할 때는 스테인리스강 몰드보다 고무 몰드를 만드는 것이 훨씬 쉽기 때문에 먼저 콜드 프레스를 하는 것이 일반적입니다. 그리고 나서야 '콜드 프레스 된 부품'(Green body라고 칭하기도 합니다)은, 모든 연결된 공극률(interconnecting porosity)을 close하기 위한 충분히 높은 밀도를 위한 소결이 가능해집니다. 부품 자체가 내부 공극률에 힘을 전달하기 때문에, 이 부품은 캔 (금형)없이 HIP으로 가압 될 수 있습니다.
이 방법은 캐스팅에도 광범위하게 사용됩니다. 특히 항상 100% 치밀한 주물(캐스팅)을 주조하기가 어렵기 때문에, HIP는 캐스팅을 만든 후 캐스팅을 완전히 밀도 있게 만드는 데 사용됩니다. 많은 티타늄 주물은 내부 다공성이 존재하지 않도록 하기 위해 HIP처리를 수행합니다. HIP은 플라스틱에서부터 금속, 세라믹, 복합 재료에 이르기까지 거의 모든 재료에 사용될 수 있습니다. HIP처리는 매우 균일한 그레인 구조와 예외적인 성질을 만들어냅니다. 다른 처리 방법에 의해 달성되는 물체의 피로수명보다 훨씬 낫습니다. 또한 HIP처리는 초전도체, 페라이트, 핵폐기물 등과 같은 독특한 분말 조합을 강화하는데 사용될 수 있습니다. 다른 방법으로 접합할 수 없는 동일·이종 결합 시키는 데도 사용된다. 투명 세라믹과 같은 많은 어플리케이션들은 HIPping 이외의 다른 방법으로는 제조될 수 없죠.
핫프레스와 콜드프레스에 관한 많은 문헌이 있습니다. 미국 파우더 메탈러지 연구소, 미국 세라믹 소사이어티, APM, Gorham 첨단 소재 연구소 등에서 많은 소스들이 나오고 있습니다. 세라믹 산업, 산업난방, 첨단소재 및 프로세스 매거진에 정기적으로 기사가 실리고 있습니다. www.mpif.org을 포함한 인터넷에도 많은 정보가 있습니다. 많은 대학들이 이제 등압 프레스를 가지고 있고, 일부 기업은 등압 프레스만을 전문으로 하고 있습니다. Penn 주립대와 Michigan 공대는 분말 금속 분야의 선두주자인 반면 Alfred 와 North Carolina는 세라믹 분야의 선두주자입니다.
HIP의 주요 단점으론 장비와 프로세스의 높은 비용이 지적되어 왔습니다. 이는 재료 특성과 부품에 대한 가치가 높아지면서 HIP를 고려할 수 밖에 없는 환경으로 변화하기 시작했습니다. 많은 HIP 장치는 특별한 요구 사항을 충족하도록 맞춤 설계됩니다. 여기에는 실리콘 질화물용 산소 HIP 유닛, 삼축 등압 프레스, 초고속 HIP, 저압 소니터링 HIP 등이 포함됩니다.
이제 어떻게 해야 할까요?
세경하이테크는 20년 가까이 미국 AIP사의 HIP를 국내 공급에 힘써왔습니다. 타기업보다 빠른 납기, 고품질 설비, 합리적인 가격, 사후 관리를 통해 높은 고객 만족도를 이뤄냈으며, 국내 HIP 점유율 1위를 달성했습니다. 기술 상담은 언제나 환영입니다.
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