일반적으로 다공질 지르코니아세라믹스의 제조공정은 크게 복제(replica)법, 부분 소결(partial sintering)법 및 템플레이트 (template)법으로 나눌 수 있다. 복제법은 ...
일반적으로 다공질 지르코니아세라믹스의 제조공정은 크게 복제(replica)법, 부분 소결(partial sintering)법 및 템플레이트 (template)법으로 나눌 수 있다. 복제법은 고분자 스폰지에 지르코니아 슬러리를 코팅하고, 건조 및 열처리공정을 거침으로써 고분자 슬러리를 열분해시켜 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하는 공정이다. 부분 소결법은 지르코니아 성형체를 최적의 소결조건에서 벗어난 조건에서 소결함으로써, 소결체 내에 인위적인 기공을 남겨 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하는 공정이다. 템플레이트법은 카본(carbon), 라텍스, 또는 고분자 미세구 등을 지르코니아 분말과 함께 혼합하여 성형체를 제조한 후, 열처리공정으로 템플레이트를 분해 또는 태워버리는 방법으로 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하는 공정이다.
본 연구에서는 상기 3가지 중 템플레이트법을 사용하여 내화물에 사용되는 조립의 ZrO2분말 원료에 기공형성제로 고분자 미세구(polymer microbead)를 첨가한 후, 간단한 일축가압성형 (uniaxial pressing)공정을 거쳐 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하였다.
출발원료로 지르코니아 분말(ZrO2 1, ZrO2 2)과 세 가지 크기(~8㎛, ~20㎛, ~50㎛)의 고분자 미세구를 사용하여, 1450℃~1600℃ 및 1~8시간 범위에서 소결함으로써 43~75%의 기공률 범위를 갖는 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조할 수 있었다. 다공질 지르코니아 세라믹스의 기공률은 기공형성제로서 첨가된 고분자 미세구의 함량과 크기가 증가할수록, 8㎛:50㎛ 비가 감소할수록 증가하였다. 또한 소결온도와 시간이 감소할수록 증가하였다.
대조적으로 압축강도와 곡강도는 기공률과 반대의 경향을 나타냈다. 다공질 지르코니아 세라믹스의 압축강도와 곡강도는 ZrO2 1 분말을 사용했을 때, 기공률 ~60%에서 ~60 MPa과 ~20 MPa이었고, ZrO2 2 분말을 사용했을 때, 기공률 ~60%에서 ~85 MPa과 ~37 MPa이었다.
한편, Bartuli 등이 보고한 다공질 지르코니아 세라믹스는 51% 기공률에서 12 MPa의 곡강도를 나타내었는데, 상기 결과는 ~60%의 높은 기공률에서 약 3배 높은 ~37 MPa의 우수한 곡강도를 나타냈다. 이것은 템플레이트법으로 제조된 다공질 지르코니아 세라믹스가 산업 응용에 요구되는 50% 기공률에서 15 MPa 이상의 곡강도를 나타냈기 때문에 전자세라믹스 분야에서 고온전자세라믹스용 세터(setter)로서 응용이 가능함을 의미하였다.
일반적으로 다공질 지르코니아 세라믹스의 제조공정은 크게 복제(replica)법, 부분 소결(partial sintering)법 및 템플레이트 (template)법으로 나눌 수 있다. 복제법은 고분자 스폰지에 지르코니아 슬러리를 코팅하고, 건조 및 열처리공정을 거침으로써 고분자 슬러리를 열분해시켜 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하는 공정이다. 부분 소결법은 지르코니아 성형체를 최적의 소결조건에서 벗어난 조건에서 소결함으로써, 소결체 내에 인위적인 기공을 남겨 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하는 공정이다. 템플레이트법은 카본(carbon), 라텍스, 또는 고분자 미세구 등을 지르코니아 분말과 함께 혼합하여 성형체를 제조한 후, 열처리공정으로 템플레이트를 분해 또는 태워버리는 방법으로 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하는 공정이다.
본 연구에서는 상기 3가지 중 템플레이트법을 사용하여 내화물에 사용되는 조립의 ZrO2분말 원료에 기공형성제로 고분자 미세구(polymer microbead)를 첨가한 후, 간단한 일축가압성형 (uniaxial pressing)공정을 거쳐 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조하였다.
출발원료로 지르코니아 분말(ZrO2 1, ZrO2 2)과 세 가지 크기(~8㎛, ~20㎛, ~50㎛)의 고분자 미세구를 사용하여, 1450℃~1600℃ 및 1~8시간 범위에서 소결함으로써 43~75%의 기공률 범위를 갖는 다공질 지르코니아 세라믹스를 제조할 수 있었다. 다공질 지르코니아 세라믹스의 기공률은 기공형성제로서 첨가된 고분자 미세구의 함량과 크기가 증가할수록, 8㎛:50㎛ 비가 감소할수록 증가하였다. 또한 소결온도와 시간이 감소할수록 증가하였다.
대조적으로 압축강도와 곡강도는 기공률과 반대의 경향을 나타냈다. 다공질 지르코니아 세라믹스의 압축강도와 곡강도는 ZrO2 1 분말을 사용했을 때, 기공률 ~60%에서 ~60 MPa과 ~20 MPa이었고, ZrO2 2 분말을 사용했을 때, 기공률 ~60%에서 ~85 MPa과 ~37 MPa이었다.
한편, Bartuli 등이 보고한 다공질 지르코니아 세라믹스는 51% 기공률에서 12 MPa의 곡강도를 나타내었는데, 상기 결과는 ~60%의 높은 기공률에서 약 3배 높은 ~37 MPa의 우수한 곡강도를 나타냈다. 이것은 템플레이트법으로 제조된 다공질 지르코니아 세라믹스가 산업 응용에 요구되는 50% 기공률에서 15 MPa 이상의 곡강도를 나타냈기 때문에 전자세라믹스 분야에서 고온전자세라믹스용 세터(setter)로서 응용이 가능함을 의미하였다.
Macroporous zirconia ceramics with controlled porosity were fabricated via a simple pressing method using three different size (~8㎛, ~20㎛, and ~50㎛) of poly(methyl methacrylate-co-ethylene glycol dimethacrylate) microbeads as sacrificial templates and zirconia powders. The influence of the template ...
Macroporous zirconia ceramics with controlled porosity were fabricated via a simple pressing method using three different size (~8㎛, ~20㎛, and ~50㎛) of poly(methyl methacrylate-co-ethylene glycol dimethacrylate) microbeads as sacrificial templates and zirconia powders. The influence of the template content, the template size, the template size ratio, and the sintering conditions on the microstructure, porosity, and compressive and flexural strengths has been investigated. The porosity increased with increasing the template content, template size, template size ratio(50㎛:8㎛) and decreasing sintering temperature and time. However, the compressive and flexural strengths were primarily influenced by the porosity rather than template and processing parameters. By controlling these parameters, it was possible to produce porous zirconia ceramics possessing a wide range of porosities ranging from 43% to 75%. Typical compressive and flexural strength values of ZrO2 1 at ~60% porosity were ~60 MPa and ~20 MPa, respectively. In contrast typical compressive and flexural strength values of ZrO2 2 at ~60% porosity were ~85 MPa and ~37 MPa, respectively.
Macroporous zirconia ceramics with controlled porosity were fabricated via a simple pressing method using three different size (~8㎛, ~20㎛, and ~50㎛) of poly(methyl methacrylate-co-ethylene glycol dimethacrylate) microbeads as sacrificial templates and zirconia powders. The influence of the template content, the template size, the template size ratio, and the sintering conditions on the microstructure, porosity, and compressive and flexural strengths has been investigated. The porosity increased with increasing the template content, template size, template size ratio(50㎛:8㎛) and decreasing sintering temperature and time. However, the compressive and flexural strengths were primarily influenced by the porosity rather than template and processing parameters. By controlling these parameters, it was possible to produce porous zirconia ceramics possessing a wide range of porosities ranging from 43% to 75%. Typical compressive and flexural strength values of ZrO2 1 at ~60% porosity were ~60 MPa and ~20 MPa, respectively. In contrast typical compressive and flexural strength values of ZrO2 2 at ~60% porosity were ~85 MPa and ~37 MPa, respectively.
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