The grain growth of sintered Co-Cu and Fe-Cu alloys with the change of liquid matrix content has been studied. The specimens were prepared by usual powder metallurgy techniques.
The compacts of Co-Cu and Fe-Cu alloys containing 20, 30 and 50wt% Cu respectively were annealed in hydrogen atmosphere at 1150˚, 1200˚, and 1300 ℃ above the melting point of copper.
Despite the decrease of liquid content, the average grain size $\overline{r}$ to the annealing time t was grown with the relation, $\overline{r}^3=kt$ at constant temperature. The rate constant k increased with decreasing liquid fraction. The apparent activation energies for grain growth derived from the rate constant k in Co-Cu and Fe-Cu alloys were 243 and 156 KJ/mol respectively, and although the liquid content decreased, they were not changed.
The result of this experiment is consistent with the prediction for the diffusion controlled mechanism in Ostwald ripening theory and provides an evidence that grain growth in Co-Cu and Fe-Cu with small amounts of liquid is controlled by diffusion of the solute through the liquid phase.
When the liquid fraction is large, the linear intercept distribution of the grain agrees with the theoretical predictions based on the reaction controlled mechanism in LSW theory, but when the liquid fraction is small, it tends to be broad.
Co-Cu 및 Fe-Cu 소결체에서 액상기지상의 양이 많을 때와 적을 때의 입자성장 현상을 관찰하고 특히 액상량이 적을 때의 성장기구에 관하여 연구하였다.
Co 및 Fe분말을 각각 50, 30, 20wt\%의 Cu 분말과 혼합하여 압분체를 만들어 Cu 용융점 이상의 $1150\,^\circ,\; 1200\,^\circ,\; 1250\,^\circ$ 및 $1300\,^\circ\!C$에서 소결하였다. 일정한 온도에서 소결시간 t에 따른 Fe 및 Co 평균입자크기 $\bar{r}$는 액상량이 변하더라도 각각 $\bar{r}^3=kt$로서 성장하고, 속도상수 k는 액상량이 적을수록, 온도가 높을수록 증가하였다. 그리고 k의 온도 의존성으로부터 구한 Co-Cu 및 Fe-Cu계의 입자성장 activation energy는 액상량에 따라 변하지 않고 각각 243 및 156KJ/mol이었다. 이와 같은 실험결과들은 액상량이 많을 때와 적을 때의 어느 경우에도 Ostwald ripening이론으로부터 예측할 수 있는 결과들이며 입자성장기구가 모두 기지상인 액상을 통한 용질의 확산으로 지배되고 있는 확산 지배기구임을 나타내고 있다. 특히 액상량이 적을 때에는 입자형상이 모두 다면체이지만 액상과 접하고 있는 계면의 곡률 차이 때문에 생기는 확산으로 입자성장이 진행되고, 또한 액상은 계 전체에 걸쳐 서로 통하고 있기 때문에 Ostwald ripening 이론으로 입자 성장 현상을 설명할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 다면체의 입자 사이에 입계(Fe-Cu계), 또는 액상박막(Co-Cu계) 어느 것이 형성되어도 그 성장은 역시 확산지배기구임을 보여주고 있다.
액상량이 많을 때, 입자의 단선분포는 Ostwald ripening 이론과 일치하나 액상이 적으면 넓어지는 경향을 보였다. 그리고 속도상수 k값으로부터 계산한 용질의 확산계수는 일반적으로 알려져 있는 액상금속에 대한 용질금속의 확산계수와 일치하고 있다.
