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admin

2017-01-12 14:26:54

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열간정수압프레스[hot isostatic press, HIP]

재료의 고체내 확산이 충분히 생기는 온도에서 수천기압의 정수압을 걸어 재료내 조직의 개질이나 부재끼리의 접합을 꾀하는 것. 주조한 채 또는 분말야금으로 고화 소결한 물체에는 보이드 등의 공급결함이 존재하고 있다. 이와 같은 결함을 제거할 필요가 있다. 또 부재끼리를 고체접합하고 싶은 경우가 있다. 재료에 체적변화 이외의 변형을 거의 주지 않고 이와 같은 처리를 하는 것에 쓰이는 기술이 열간정수압프레스, 약칭 HIP이다. 공극(空隙)의 소멸기구를 고찰함으로써 HIP의 설명을 한다.

지금 고체 내에 그 체적에 비해 또는 그 물체의 지름에 비해 충분히 작은 체적 또는 지름의 공극이 있는 것으로 한다. 이 공극을 거의 구형(球形)으로 간주하는 것으로 한다. 외부에서 물체에 정수압이 작용하면 이 공극의 내면에는 둘레방향의 압축력이 작용한다. 이 압축력은 이 경우 걸려있는 정수압의 1.5배에 달한다. 이것은 고온에서 수천기압의 외압 하에서 충분히 공극에 벽을 중심방향에 대해 소성적으로 이동시키는 것을 보증한다. 또 외압을 걸었을 때 유효하게 공극의 소멸이 일어나기 위해서는 외압이 걸리는 한쪽애서 공극 내면에는 압력이 작용하지 않는 것이 필요하다. 즉 소멸해야 할 공극이 외부에 이어지고 있는 경우에는 어느 정도 외압을 걸어도 아무런 효과도 기대할 수 없다. 따라서 통상은 처리해야 할 물체를 실(seal)로 감고 외압과 공극과의 차단을 확실히 해 둔다. HIP장치의 규모로는 횡경(橫徑)이 수백mm이고 길이가 2000mm정도 크기가 최대이다. 가압은 비활성가스 등의 기체를 매체로 하므로 압축의 퍼텐셜에너지가 매우 크다. 또 전(全)퍼텐셜에너지는 체적에 비례하므로 대형의 HIP를 건조(建造)하면 안정성의 문제가 심각하게 대두된다. 기체는 강성이 낮은 매체이고, 퍼텐셜에너지는 이 강성에 반비례하기 때문이다. 그러나 고온에서 유효하게 작동하는 매체로서는 비활성가스를 대신하는 편리한 것은 없다. 기체를 사용하는 경우 안전상에 문제를 피하여 HIP효과를 얻고자 하는 장치로서 내열성의 산화물 세라믹스 과립(顆粒)을 압력의 전달매체에 쓰이는 방식도 시험적으로 시도되었다. 이러한 매체로서는 기체보다 강성이 높은 액체가 사용되면 좋으나 넓은 온도 범위에서 증기압이 충분히 낮은 액체로 존재할 수 있는 것은 거의 없다. 단 주석은 융액의 증기압이 일정압에 달하는 것이 거의 3000K이므로 적절한 실(seal)재가 있으면 안전성이 높은 HIP가압유닛의 엘레멘트로서 실용될 수 있을지도 모른다.