소성이란
재료의 열처리를 의미하는 일반적인 용어이며, 매우 광범위한 많은 조작과 장치를 포함 한다. 사용하는 장치는 각종 소성로이며, 재료의 처리 목적에 따라 다종다양한 형식이 있으며, 소성을 이용하여 재료를 소정의 형상·치수의 제품으로 성형하는 방법.
일반적으로 고체 물질에 힘을 가해 변형시킬 경우 힘이 작은 동안은 그 힘을 제거하면 물체의 형상은 본래의 형상으로 되돌아 가는데, 이 성질을 탄성이라 한다. 힘을 점차 크게 가하면 마침내 힘을 제거해도 물체의 형상은 원래대로 되돌아가지 않게 되는데, 이것이 소성변형이다. 또, 고체가 갖는 이 성질을 소성이라 한다. 소성공정으로는 성형체(成形體)를 킬른 안에서 가열처리하여 유리질 또는 결정질의 결합물을 생성시켜서 그 물질이 희망하는 성질을 부여하는 공정.
일반적으로는 다음과 같은 변화 가운데 하나또는 둘 이상을 일으키는 것이다.
① 제품을 만들기 좋은 상태로 하기 위하여 생원료를 분해시키고 또 그 밖의 변화를 일으키게 한다.
② 어떤 형상을 지니고 있는 점토 또는 소지를 가소성 상태 또는 건조상태로 반제품을 만들어 소성을 시키는 방법이 있다.
소성공정의 주요인자
소성공정은 무기재료공업제품 제조에 있어서 가장 중요한 제조공정의 하나이며, 이 소성공정에 따라 제품의 품질이 좌우된다고 할 수 있을 만큼 중요하다. 소성공정에 의하여 제오라이트, 규조토 등의 품질에 영향을 주는 인자는 매우 많지만 그 중에서도 중요한 요인은 다음과 같다.
1)화학조성과 광물조성
소결과정에 본질적인 영향을 주는 인자로 맨처음에 들 수 잇는 것은 화학조성이다. 일반적으로 소결온도는 화학조성이 결정적인 요소로 된다고 할 수 있다. 화학조성과 함께 광물조성도 중요한데 이것은 화학적 불균일성이나 입자와 관련되어 있기 때문이다. 본질적으로 보면 소결시키기 위한 온도는 화학조성과 관계된다.
2)입도분포(粒度分布, grain size distribution)
소결현상은 입자의 표면에서부터 시작되는 것이므로 표면적이 클수록 즉 입자의크기가 작을수록 소성과정은 개선된다. 즉 입자가 작을수록 소결온도를 낮게할 수 있고 따라서 연료도 절약된다.
3)충전밀도(充塡密度)
최밀충전(崔密充塡)이 되도록 입도분포를 제어하면 성형체의 부피비중을 최고로 할 수 있고, 입자가 잘 충전되어 있을수로 소결은 용이하게 된다. 따라서 충전밀도는 소성과정에 큰 영향을 주는 인자이다.
4)소성온도와 소성시간
소결상태로 볼 때 소성온도와 소성시간은 상반되는 관계에 있다. 즉 같은 소결상태로 하려면 소성온도를 높게 할 경우에는 소성시간을 짧게 하고 소성온도를 낮게 할 경우에는 소성시간을 길 게 하여야 한다. 그러나 소결속도는 소결시간과 비례적인 관계에 있는 것이 아니므로 일정온도를 유지하면서 소성할 경우에는 소결상태는 일정한 상태를 갖게 된다.
5)냉각속도(冷却速度)
냉각속도는 소성된 소지내의 결정의 크기 특히 결정의 응력상태에 큰 영향을 준다. 소결은 일반적으로 유리상의 생성에 의하여 크게 좌우되므로 유리상이 생성되었을 경우에는 유리상내의 스트레인 형성에도 냉각속도가 큰 영향을 미친다. 그러므로 냉각속도의 조정으로 내부 스트레인을 조절하는 것은 매우 중요한 문제가 된다. 그러나 가마가 클 때에는 냉각속도가 자연히 늦어지므로 제품내에 스트레인이 생기는 정도가 적고 따라서 그다지 신경을 쓰지 않아도 좋을 때가 있다.
6)소성분위기
소성중의 분위기는 산화, 중성, 환원의 3가지로 나뉜다. 그리고 이 분위기는 소지의 화학조성에 영향을 미친다. 그러므로 가열에 의하여 쉽게 환원되는 산화물 또는 쉽게 산화되는 산화물은 화학변화를 받게 된다. 예를 들면 산화철을 함유하는 소지를 산화분위기에서 소성하면 산화되어서 Fe2O3 가 되는데 이것은 다시 환원되어서 산소를 방출하게 되므로 소지가 소결되면 발포현상이 일어나게 된다. 따라서 철분을 함유한 원료의 소성은 환원분위기로 하는 것이 편리하다.