Preparation of Porous K2Ti6O13 Whisker Preform by Spark Plasma Sintering

In order to develope the porous $K_2Ti_6O_13$ whisker preform with good strength, the pore characteristics and compressive strength were investigated as a function of spark plasma sintering temperature. As a result, high porous whisker preform were successfully fabricated by sintering at 900∼950${\circ}C$ for 10 min under a pressure of 40 MPa, heating rate of 50${\circ}C$/min and on-off pulse type of 12:2. The whisker preform prepared under above optimum condition showed relatively high compressive strength of 174∼266 MPa, despite of high porosity ranging from 15% to 37%. This improvement in strength was considered to be mainly due to the spark-plasma discharges and the self-heating action between whiskers. The compressive strength of whisker preform, fabricated at sintering temperature less than 900${\circ}C$, showed 80∼100 MPa. This is low strength level less than one half times compared with whisker preform fabricated at 900∼950${\circ}C$. The whisker preform fabricated at 1000${\circ}C$ showed the highest compressive strength of 523 MPa, but resulted in low porosity of ∼5%. Based on above results, it was considered that spark plasma sintering was an effective method for developing high strength and porosity of whisker preform.

방전 플라즈마 소결법에 의한 다공성 육티탄산 칼륨 휘스커 프리폼의 제조

방전 플라즈마 소결법을 이용하여 건전한 강도를 갖는 다공성 육티탄산 칼륨 휘스커 프리폼을 제조하기 위해서, 여러 소결온도 조건하에서 휘스커 프리폼을 제조한 후 기공률과 압축강도 등을 조사하였다. 그 결과, 소결 온도 900∼950${\circ}C$, 유지시간 10분, 압축하중 40 MPa, 승온속도 50${\circ}C$/min, on-off pulse type 12:2의 조건에서 높은 기공률을 갖는 프리폼을 제조할 수 있었다. 이상의 최적조건에서 제조한 프리폼은 기공률이 15∼37% 범위임에도 불구하고 174∼266 MPa의 비교적 높은 압축강도를 나타내었다. 이와 같은 강도의 향상은 휘스커간의 스파크 플라즈마 방전 및 자기 발열작용의 영향에 기인한 것으로 생각된다. 900${\circ}C$ 이하에서 제조한 휘스커 프리폼의 강도 레벨은 80∼100MPa로 900∼950${\circ}C$의 온도조건에서 제조한 프리폼에 비해 2배 이하의 낮은 값을 나타내었다. 1000 ${\circ}C$에서의 압축강도는 523 MPa로 가장 높은 강도값을 나타내었으나, 약 5%의 낮은 기공률을 나타내었다. 이상의 결과로부터, 비교적 강도가 높고 다공성의 티탄산 칼륨 휘스커를 제조하는데 있어 방전 플라즈마 소결법이 효과적인 것으로 생각된다.