세라믹스의 표면을 가열하여 표면균열을 둔화시키는 방법이다. 강화유리에 자주 쓰이는 방법이다.
세라믹스의 표면을 화학용액으로 엣칭 하여 표면균열을 둔화시키는 방법이다. 유리의 표면을 HF용액으로 엣칭 하는 경우, 강도가 약 4배 증가된다. 그러나, 강화된 유리를 방치하면 수분에 의한 표면부식으로 다시 원래의 강도로 돌아간다.
파괴를 일으키는 균열이 주로 시편의 표면에 있을 때, 표면연마는 세라믹스의 강도나 인성의 향상을 위한 좋은 방법이다. 특히, 세라믹스 제품을 마지막 기계가공 할 때 생기는 표면균열은 그 강도를 크게 떨어트리게 되는데. 표면연마에 의해 이를 효과적으로 막을 수 있다.
시편 내에 이미 있는 균열의 크기가 20∼30 ㎛일 때, 1 ㎛ 표면연마를 하더라도 강도나 인성의 증가는 별로 나타나지 않는다. 그 이유는 파괴를 일으키는 기존결함의 크기가 워낙 커서 연마 후에도 여전히 파괴의 원점 역할을 하기 때문이다.
세라믹스에서 결정립의 크기는 두 가지 면에서 중요한데, 그 하나는 치밀화 과정 중에서 결정립 크기 (즉, 결정립 자람속도)에 따르는 최종밀도에 대한 영향이고, 또 하나는 치밀화 과정이 완료된 후 그 결정립 크기에 따르는 재료특성에 대한 영향이다. 예외가 없는 것은 아니나 대부분의 경우 결정립의 크기가 작을수록 높은 최종밀도와 우수한 특성을 얻을 수가 있다.
결정립의 크기 d가 강도에 미치는 영향은 대개 다음 식으로 나타나는 것이 실험적으로 얻어졌다.
σ = f(d-1/2) (1)
결정립의 크기가 크면 클수록 그 재료의 강도가 감소되는 이와 같은 관계는 다음 두 가지로 설명이 가능하다. 첫째로, 세라믹스에서 그 파괴의 양상은 취성파괴 (脆性破壞, brittle fracture)이고 이 취성파괴는 재료에 있는 결함의 크기에 좌우가 되는데, 이 결함의 최대크기가 대부분 결정립 크기로 제한된다는 사실이다. 예로서 표면가공으로 재료의 표면에 미세균열 (微細龜裂, microcrack)이 생기는 경우, 이 균열은 표면에서 안으로 진행되다가 입계를 만나게되면 계속 더 나아가기 위해 더 많은 에너지가 필요하다. 따라서 많은 경우에 균열은 처음 만난 그 입계에서 멈추게 되는 것이 보통이다. 따라서, 균열의 크기는 결정립 크기로 제한되게 되고, 균열의 크기에 좌우되는 파괴강도도 결정립 크기에 좌우되게 되는 것이다.
둘째로, 재료의 파괴가 전위의 파일-업 (pile-up)에 의해 시작되는 경우, 이 파일-업 되는 길이가 결정립의 크기로 제한된다는 사실이다. 즉, 재료에 응력이 가해지면 전위의 이동이 시작되고 이 전위의 이동이 입계를 만나게 되면 더 이상 이동이 어려워 슬립면 (슬립面, slip plane)이 입계를 만난 지점에는 전위가 계속적으로 모여 균열이 생기게 된다. 그러나, 결정립의 크기가 충분히 작은 경우는 이 전위 파일-업의 길이가 짧아서 생성되는 균열의 크기도 작아지고, 결과적으로 파괴응력은 높아지게 된다.
결정립의 크기가 작을수록 재료의 인성도 증가하는 것이 일반적이다. 그 이유는 각 결정립마다 가장 파괴가 쉬운 결정면 (들)이 입계를 사이로 서로 다른 방향으로 배열되어 있다는 사실을 염두에 두면 잘 알 수 있다. 즉, 주어진 응력에 의해 진행하던 균열이 입계를 지나 다음 결정립으로 진행하기 위해서는 가장 파괴가 쉬운 결정면으로 꺾여서 진행하던지 또는 그대로 직진해야하는데, 이 두 가지가 모두 더 큰 응력이 요구되기 때문이다. 균열이 입계를 따라서 진행되는 경우에도 결과는 마찬가지인데, 입계가 많을수록 균열의 꺾임이 많아져서 재료의 파괴를 위한 파괴표면이 더 많이 요구되기 때문이다.
균열면 (龜裂面, crack plane)이 경사입계 (傾斜粒界, tilt boundary)나 비틀림 입계 (twist boundary)에서 그 각도가 바뀌는데 따르는 KIC 값의 변화는 다음과 같이 계산될 수 있다 [1].
KIC(θ) = KIC sec2(θ/2) ; 경사각 θ의 경사입계의 경우 (2)
KIC(φ) = KIC sec2(φ) ; 비틀림 각 φ의 비틀림 입계의 경우 (3)
위의 식들을 비교해 보면, 같은 각도라 할지라도 비틀림 입계가 경사입계보다 재료의 인성을 높이는데 더 효과적인 것을 알 수 있다. 예로서 다결정재료에서 흔히 나타나는 입계각 60˚에서 균열의 진행에 필요한 KIC 값이 경사입계인 경우는 1.33배, 비틀림 입계에서는 4배로 커지게 된다. 실제에서는 균열이 가능한 한 가장 에너지가 적게 요구되는 면을 ＞티