[논문 리뷰] Thermodynamic Theory of Sintering and Swelling

Yuri Kornyushin|ArXiv.org|2007. 01. 30.

Advanced materials and composites참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 방사선 또는 전자기장과 같은 체적가열 조건에서 발생하는 재료의 소결 및 팽창에 대한 열역학 이론을 제시한다. 내부 열 발생에서 기인하는 추진력 모델링을 위해 중간 척도의 이완 시간 접근법을 도입하여 소결 동역학, 미세구조 변화 및 팽창에 미치는 영향을 분석하며, 원자로 재료 및 마이크로일렉트로닉스 부품에의 응용을 포함한다.

ABSTRACT

The General Thermodynamic Theory of Sintering, formulated by the author in 1998 is given. This theory is applied to the problem of swelling of materials under conditions of radiation. Driving forces, caused by the presence of the evolution of heat in the volume of a sample (electric contact, hf, inductive heating or penetrating radiation, e.g., neutrons could be the sources of the heat in the bulk of a sample) are considered. The influence of these driving forces on sintering, structure and properties is discussed. The role of mobile and immobile dislocations, grain boundaries, and pores is regarded. Cycling and pulsing regimes of sintering are investigated. A mesoscopic approach, described in present paper, which had been used for years to solve sintering problems, also could help solving problems of nucleation, decomposition, and other problems in the theory of alloys. Described relaxation time technique could help simplifying calculations and give more clear physical picture. Bulks heating driving forces, important for small size objects of microelectronics or/and heat evolving elements in nuclear reactors, are important also for the problems of nucleation and decomposition in these objects.

연구 동기 및 목표

• 1998년의 소결에 대한 열역학 이론을 체적가열 조건에서의 팽창을 포함하도록 확장하기 위해.
• 중성자 조사, 유도, 또는 고주파 가열과 같은 내부 열원이 소결 및 구조적 진화에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 이동 가능한 및 이동 불가능한 변형결함, 격자경계 및 다공성의 역할을 소결 및 팽창 과정에서 조사하기 위해.
• 미세구조 및 물성 제어를 향상시키기 위한 사이클링 및 펄스 방식의 소결에 대한 연구를 수행하기 위해.
• 중간 척도 이완 시간 기법이 합금의 핵형성 및 분해 문제에 광범위하게 적용 가능한지를 보여주기 위해.

제안 방법

• 내부 열 발생 조건에서의 소결 동역학을 기술하기 위해 중간 척도 이완 시간 형식을 적응 적용하였다.
• 전기 접촉, 고주파, 또는 중성자 조사와 같은 체적열방출에서 기인하는 추진력 모델링을 수행하였다.
• 변형결함 이동성, 격자경계 이동 및 다공성 진화 효과를 열역학 프레임워크에 통합하였다.
• 주기적 및 펄스 소결 방식에 이 те올을 적용하여 미세구조적 및 기계적 반응을 평가하였다.
• 소결 및 팽창 동안 자유 에너지 변화를 기술하기 위해 일반화된 열역학 잠재에너지 함수를 사용하였다.
• 운동 계산을 단순화하고 물리적 해석 가능성을 향상시키기 위해 이완 시간 표현식을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 방사선 또는 전자기장과 같은 내부 열원이 다결정 재료에서 소결 및 팽창을 어떻게 유도하는가?
• RQ2 체적가열 조건에서 이동 가능한 변형결함과 이동 불가능한 변형결함이 소결 및 팽창을 어떻게 매개하는가?
• RQ3 격자경계 및 다공성이 펄스 또는 사이클릭 소결 중에 미세구조 진화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이완 시간 기법이 소결 동역학 및 열역학적 안정성 모델링을 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 중간 척도 접근법이 조사되거나 가열된 재료에서의 핵형성 및 상 분해를 예측하는 데 확장 가능한가?

주요 결과

• 내부 열원을 열역학 잠재에너지에 통합함으로써 이론은 체적가열 조건에서의 소결 및 팽창을 성공적으로 기술하였다.
• 이완 시간 형식은 운동 계산을 단순화하고 소결 동역학에 대한 더 명확한 물리적 해석 가능성을 제공하였다.
• 사이클링 및 펄스 방식의 소결이 미세구조 진화에 영향을 미치며, 이는 조절 가능한 밀도화 및 팽창 억제 가능성을 제공한다.
• 모델은 중성자 조사와 같은 부피 내 열 발생이 외부 압력 없이도 상당한 팽창 및 구조 변화를 유도할 수 있음을 예측하였다.
• 이 방법은 마이크로일렉트로닉스 및 원자로 재료에서의 핵형성 및 상 분해 문제에 확장 가능하다.
• 이 이론은 국소적 가열이 중요한 마이크로일렉트로닉스 및 원자로 재료에서 열을 발생시키는 구성요소 분석의 프레임워크를 제공한다.