Pressureless sintering has been studied in $Al_2O_3$-TiC particulate and $Al_2O_3$-SiC whisker composites. The current widespread fabrication method for these composites is hot pressing. Sintering and SIN/HIP(sintering followed by hot isostatic pressing) are more desirable methods of fabrication, since complex shapes can be made economically and these processes lend themselves to mass production of near-net-shape material.
The densification of $Al_2O_3$-TiC composites is detrimentally affected by chemical reactions between $Al_2O_3$ and TiC. These reactions must be suppressed in order to promote sintering. In this study, the specific reactions occurring in $Al_2O_3$-TiC composites were modeled, using thermodynamic calculations, and verified by experiments. The reaction between $Al_2O_3$ and TiC was suppressed by the use of specially prepared embedding powders allowing pressureless sintering to closed porosity. The $Al_2O_3$-TiC composites were subsequently hot isostatically pressed to $> 99\%$ of theoretical density without encapsulation. Typical flexural strength and fracture toughness of $Al_2O_3$-26 vol% TiC composites were 690 MPa and 4.3 MPa.$m^{1/2}$, respectively.
High density compacts, up to 88% of theoretical density, of $Al_2O_3$-SiC whiskers were prepared by pressure casting and impregnation technique. Starting with these green bodies, composites of $Al_2O_3$-20 vol% SiC whiskers were pressureless-sintered to higher than 95% of theoretical density. They were further densified by hot isostatic pressing up to 99% of theoretical density, resulting rupture strength of 680 MPa and fracture toughness of 4. 70 MPa.$m^{1/2}$.
$Al_2O_3$-TiC 입자형 복합재료와 $Al_2O_3$-SiC whisker 복합재료의 상압소결에 관하여 연구하였다. 현재 널리 사용되는 제조방법은 가압소결 방법인데, 가압소결 방법은 복잡한 모양을 제조하기 어렵고, 또한 대량생산이 어려운 단점을 갖고 있다. 상압소결과 상압소결 후 고온 정수압 소결(hot isostatic pressing) 방법은 경제적으로 단가가 적게 들고, 복잡한 모양을 대량생산 할수 있는 장점을 갖고 있다.
$Al_2O_3$-TiC 복합재료의 치밀화는 $Al_2O_3$ 와 TiC 입자간에 화학반응에 의해 억제 되어진다. 따라서 본연구 에서는 $Al_2O_3$-TiC 복합재료에서 일어나는 반응을 model 실험 과 열역학 계산을 사용하여 규명하였고, 실험에 의하여 입증 하였다. 또한 $Al_2O_3$-TiC 입자간에 반응은 고립기공 상태 까지 소결을 가능케하는 embedding powder를 사용함으로서 억제 되어질 수 있었다. 상압소결후 고온 정수압 소결에 의해 이론치의 99% 이상의 소결밀도를 갖는 $Al_2O_3$-26 vol% TiC 복합재료를 제조 할 수 있었고, 그 재료의 곡강도는 690 MPa, 파괴인성은 4.3 MPa.$m^{1/2}$ 이었다.
$Al_2O_3$-SiC whisker 복합재료는 whisker 의 constrained network에 의해 소결이 방해 되어진다. 따라서 이러한 문제를 극복하기 위해 이론치의 88%의 밀도를 갖는 $Al_2O_3$-SiC whisker 성형체를 가압 주입성형과 함침 방법에 의해 제조 할 수 있었다. 이러한 고밀도 성형체를 사용하여, $Al_2O_3$-SiC whisker 복합재료를 상압소결 과 소결후 고온 정수압 소결에 의해 99% 이상의 밀도로 소결할 수 있었다. 이렇게 제조된 $Al_2O_3$-20 vol% SiC whisker 복합재료의 곡강도는 680 MPa, 파괴인성은 4.70 MPa.$m^{1/2}$ 이었다.
