KITECH 생산기술 전문지

본 연구에서는 스파크 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering, SPS) 공정을 활용하여 규칙 배열형 다이아몬드–금속본드 복합 소결체를 제조하고, 소결 조건에 따른 미세조직·기계적·마찰 특성을 체계적으로 분석하였다. 소결 온도 700–800 ℃, 압력 20 MPa 조건에서 제조된 시편은 상대밀도 96.7% 이상의 고밀도 구조를 확보했으며, 펄스 전류 기반의 국부 발열 효과로 단시간 내 치밀화가 달성되었다. SEM/EDS 분석 결과 금속 본드 내부에서는 MnCr₂O₄ 스피넬상이 형성되어 Zener pinning 작용을 통해 결정립 성장 억제와 경도 향상에 기여하였다. 그 결과 최대 비커스 경도는 약 Hv₀.₂ 270을 나타냈다. 또한 규칙 배열 구조는 입자 간 하중을 균등하게 분산시켜 평균 마찰계수 0.35의 안정적 마찰 거동을 보였으며, 다이아몬드–금속 계면에서는 약 3–5 µm 두께의 확산층이 형성되어 균열 없이 우수한 결합 특성을 나타냈다. 본 연구는 SPS 공정을 통한 규칙 배열형 다이아몬드 복합체의 고밀도화 및 기계적 신뢰성 확보 가능성을 제시하며, 고내마모성 절삭 공구 소재 개발을 위한 기본 데이터로 활용할 수 있다.

키워드 Spark Plasma Sintering (SPS), Ordered diamond–metal composite, Metal bond, Tribological behavior, MnCr₂O₄ spinel phase