Table 1. Electrical Discharge Machining of Ceramics
방전가공이란 스파크 가공(spark machining)이라고도 하는데, 그 이름에서 보는 것처럼 전기의 양극과 음극이 부딪칠 때 일어나는 스파크로 가공하는 방법이다. 스파크로 일어난 열 에너지는 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 제거함으로써 원하는 모양으로 만들어 준다. 물론 방전은 아주 작게 또 아주 빠르게 일어나도록 제어되고, 시편의 가공부분은 아주 작은 입자가 되어 녹거나 기화되어 제거되기 때문에 정밀가공이 가능하게 된다 [1-4].
이 방전가공의 절대조건은 스파크를 일으키기 위해 양극 역할을 하는 시편이 전기적으로 전도성을 띄어야 한다는 것이다. 이 조건 때문에 금속가공에서는 이미 십여년 전부터 방전가공이 널리 쓰여왔다. 그러나 최근에는 세라믹스에도 적용이 늘어나고 있는데 전기적으로 비도체인 세라믹스에 도체인 TiN, TiC, TiB2 등을 넣어 도체인 복합재료를 만들 수 있기 때문이다.
방전가공 방법은 크게 두 가지인데 음극으로 와이어(wire)를 쓰는 와이어 방전가공법과 다이(die, 또는 mold)를 쓰는 다이 방전가공이 있다. 앞 방법은 줄톱으로 나무를 자르는 것과 마찬가지로 세라믹스를 자르는 데 쓰인다. 뒷 방법은 드릴로 나무에 구멍을 내는 것과 마찬가지로 세라믹스를 미리 준비한 다이 모양으로 뚫는 데 쓰인다. 물론 이때 다이가 회전하지는 않는다.
따라서, 다른 가공법에 비해 방전가공이 가지는 특징은 다음과 같다.
특히 중요한 것은 복잡한 모양의 세라믹스 부품에 대한 가공의 어려움을 해결할 수 있다는 점이다. Fig. 3은 와이어 방전가공법(양극: TiB2 시편, 음극: brass wire)으로 가공한 반도체 제조용 TiB2 발열체와 와이어 및 다이 방전가공으로 가공한 꺽임강도 측정용 초소형 지그(MOR micro-jig)를 보여준다.
특히 다이 방전가공은 가공이 쉬운 brass나 흑연으로 원하는 다이를 쉽고 정밀하게 만든 다음 다이를 시편으로 내리면서 접촉틈새에서 방전이 일어나는 원리를 쓰기 때문에 무슨 모양이든지 다 가공할 수 있는 장점이 있다. Fig. 3에서 직육면체로 파진 부분이 바로 이 방법으로 가공된 것이다. 다른 방법으로는 8개 모서리가 직각이 되게 하는 것은 불가능하다. 또 구리 또는 알루미늄의 인발 또는 압출용 노즐과 같이 내부에 곡면이 있는 부품의 가공에도 가장 적합한 방법이다.
물론 모든 가공을 이 방법으로 하는 것은 경제적이 아니다. 앞의 특징이 잘 나타낼 수 있는 가공에 적용할 때만 이 방전가공법이 효율적이다. Table 1은 세라믹스 방전가공의 대표적 예이다.
Table 1. Electrical Discharge Machining of Ceramics
세라믹스의 도체화는 전기적으로 비도체인 세라믹스에 도체인 TiN, TiC, TiB2 등을 넣어 도체인 복합재료를 만든다. TiN을 첨가하여 소결한 Si3N4의 전기 전도도를 보면 TiN의 첨가에 따라 전기換도뎔