Fabrication of Porous Alumina Ceramics by Spark Plasma Sintering

In order to develope the porous alumina ceramics with high strength, the pore characteristics and compressive strength were investigated in terms of relation to the conditions of spark-plasma sintering and the contents of graphite as a pore precursor. Porous alumina bodies were successfully prepared by spark-plasma sintering and burning out graphite in air. High porous bodies were fabricated by sintering at 1000${\circ}C$ for 3 min under a pressure of 30 MPa, heating rate of 80${\circ}C$/min and on-off pulse type of 12:2. For example, alumina bodies prepared by the addition of 10∼30 vol% graphite showed high porosity of 50∼57%. Also, the open porosity increased with graphite content. The relationship between pore characteristics and graphite contents could be explained by percolation model depending on cluster number and size. Porous alumina bodies prepared by the addition of 10∼30 vol% graphite showed the high compressive strength of 55∼200 MPa. This great improvement in strength was considered to be mainly due to the spark-plasma discharges and the self-heating action between particles.

방전 플라즈마 소결법에 의한 다공성 알루미나 세라믹스의 제조

고강도의 다공성 알루미나 세라믹을 제조하기 위하여, 기공 전구체로서 흑연을 첨가한 후, 방전 플라즈마 소결시의 제조조건을 체계적으로 조사하였다. 제조한 다공성 알루미나에 대하여, 기공률과 기공분포 및 압축강도 등을 조사하였다. 알루미나에 흑연을 10∼50 vol%까지 첨가하여 방전 플라즈마 소결법으로 1차 소결체를 제조한 후, 공기 중 흑연을 열분해시켜 최종적으로 다공성 알루미나를 제조하였다. 그 결과, 소결온도 1000${\circ}C$, 유지시간 3 min, 압력 30 MPa, 승온속도 80${\circ}C$/min, 펄스방법 12:2의 조건에서 높은 기공률의 다공성 소결체를 얻을 수 있었다. 일례로, 10∼30 vol%의 흑연을 첨가하여 제조한 다공성 알루미나의 경우, 약 50∼57%의 높은 기공률을 나타내었다. 또한, 흑연의 함량이 증가함에 따라 개기공률은 지속적으로 증가하였다. 이러한 기공특성과 흑연함량의 상호관계는 클러스터의 수와 크기에 의존하는 퍼콜레이션 모델에 의해 설명될 수 있다. 한편, 10∼30 vol%의 흑연을 첨가하여 제조한 다공성 알루미나의 경우, 55∼200 MPa의 높은 강도값을 나타내었다. 이와 같은 강도의 향상은 펄스전원에 의한 분말 입자간 방전 및 자기발열작용의 영향으로 생각된다.