The hardening effect by ice-quenching after oxidation of a Pd-Ag-Sn-Au metal-ceramic alloy during porcelain firing simulation

금속-세라믹용 Pd-Ag-Sn-Au계 합금의 모의소성 시 산화처리 후 급랭에 의한 경화 효과

The hardening effect by ice-quenching after oxidation of a Pd-Ag-Sn-Au metal-ceramic alloy during porcelain firing simulation was investigated by means of hardness test, field emission scanning electron microscopic observations, and X-ray diffraction analysis. The hardness decreased by ice-quenching after oxidation, which was induced by the homogenization of the ice-quenched specimen. The decreased hardness by ice-quenching after oxidation was recovered from the wash stage which was the first stage of the remaining firing process for bonding porcelain. After wash stage, the hardness of the ice-quenched specimens decreased during the subsequent porcelain firing process. But the final hardness of the ice-quenched specimens after oxidation was higher than that of the specimens cooled at stage 0 after oxidation. The increase in hardness of the specimens during the first firing process was caused by the lattice strains generated at the interface between the face-centered cubic Pd-Ag-rich matrix and the face-centered tetragonal Pd3(Sn, Ga, In) precipitate. The decrease in hardness of the specimens during the remaining firing process was caused by the microstructural coarsening.

본 연구에서는 포세린 소성과정 동안 금속하부구조물의 경도가 하강하는 문제점을 개선하기 위해 모의소성 시 산화처리 단계에서 서냉(bench cooling) 대신 급랭(ice-quenching)으로 합금을 냉각시킴으로써 나머지 소성단계 동안 경화효과를 얻을 수 있을 것으로 예측하고, 이를 확인하기 위해 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 Pd-Ag-Sn-Au계 금속-세라믹용 합금을 사용하여 실험을 진행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 산화처리 후 stage 0으로 냉각한 시편과 산화처리 후 급랭한 시편을 glaze까지 모의소성한 결과, 두 시편 모두 소성 첫 단계에서 경도가 상승한 후 지속적으로 경도가 하강하였으나, 산화처리 후 급랭한 시편의 최종 경도가 더 높게 나타났다. 소성 첫 단계에서 일어난 경도의 상승은 면심입방구조의 Pd-Ag-rich 기지에서 면심정방구조의 Pd3(Sn, Ga, In)상의 석출로 인해 기지와 석출물간의 계면에 생성된 격자변형에 기인하였다. 모의소성과정에 따른 경도의 하강은 석출물이 조대화됨에 따라 석출물과 기지사이의 계면의 면적이 감소되어 격자 뒤틀림이 해소된 것에 기인하였다.