다양한 다결정 세라믹스 중 1980년대에 처음 발명된 ALON은 광학적 및 기계적 특성이 단결정 알루미나인 사파이어에 가장 근접하는 투명 세라믹스이다 일반적으로 사파이어는 적외선 미사일 돔, 방탄판, 반도체 공정 등 적용되어 투명 세라믹으로 많은 장점을 가지고 있다. 하지만 특수 용도에 제한되어 사용되고 있으며, 이는 제작 공정(czochralski, verneuil, EFG 등)에서의 제한과 그로 인한 높은 가격 그리고 대면적의 생산이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복 할 수 있는 다결정 세라믹스 ALON은 일반적인 세라믹 분말공정으로 제조되며, 사파이어에 비해 저렴할 뿐만 아니라 복잡한 형상 및 대형기물의 제조가 가능하다. 특히 방위산업분야에 사용되는 ALON은 방탄유리에 비해 절반의 두께와 무게로 동급의 방탄 성능을 가지는 것으로 이미 증명되었다. 이에 따라 ALON은 앞서 설명한 사파이어와 기존의 방탄재료를 새롭게 대체할 투명재료로 기대 되어 진다. 일반적으로 다결정 투명 세라믹스가 만들어지기 위해서는 몇 가지의 조건이 있어야한다. 이는 등방성 구조, 큰 grain size, 기공이 없으며 또한 높은 ...
다양한 다결정 세라믹스 중 1980년대에 처음 발명된 ALON은 광학적 및 기계적 특성이 단결정 알루미나인 사파이어에 가장 근접하는 투명 세라믹스이다 일반적으로 사파이어는 적외선 미사일 돔, 방탄판, 반도체 공정 등 적용되어 투명 세라믹으로 많은 장점을 가지고 있다. 하지만 특수 용도에 제한되어 사용되고 있으며, 이는 제작 공정(czochralski, verneuil, EFG 등)에서의 제한과 그로 인한 높은 가격 그리고 대면적의 생산이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복 할 수 있는 다결정 세라믹스 ALON은 일반적인 세라믹 분말공정으로 제조되며, 사파이어에 비해 저렴할 뿐만 아니라 복잡한 형상 및 대형기물의 제조가 가능하다. 특히 방위산업분야에 사용되는 ALON은 방탄유리에 비해 절반의 두께와 무게로 동급의 방탄 성능을 가지는 것으로 이미 증명되었다. 이에 따라 ALON은 앞서 설명한 사파이어와 기존의 방탄재료를 새롭게 대체할 투명재료로 기대 되어 진다. 일반적으로 다결정 투명 세라믹스가 만들어지기 위해서는 몇 가지의 조건이 있어야한다. 이는 등방성 구조, 큰 grain size, 기공이 없으며 또한 높은 에너지 밴드 갭을 가져야한다. Al2O3의 경우 Hexagonal 구조를 가지기 때문에 결정학적으로 이방성을 가진다. 다결정 세라믹이 투명성을 가지기 위해서는 cubic 구조를 가져야 한다. Hexagonal 구조에서 cubic 구조를 가지기 위해서 Al2O3에 AlN을 첨가하게 되면 N의 첨가로 인해 고온에서도 cubic spinel structure 유지하는 Aluminium Oxynitride가 형성 된다
본 연구에서는 ALON의 음이온 공공 결함식에 따른 X값과 첨가제 및 중간온도 열처리에 따른 최적화된 시편을 제작하여 이를 바탕으로 각각 다른 grain size를 가진 투명 ALON을 만들어 투과율과 기계적 특성을 측정해보았다. x값은 4.75가 최적의 조건이며 이를 바탕으로 첨가제 및 중간열처리를 통하여 기공을 거의 제거하여 83%의 투과율이 나타났다. 최적의 조건을 바탕으로 투명한 Aluminium Oxynitride를 제조하여 온도 변화에 따라 grain size를 75 μm - 174 μm으로 조절 가능하였다. grain size는 작을 경우 투과율이 낮아지지만 기계적 특성(강도, 경도, 파괴인성)은 높아졌다. 상업적으로 만들어진 ALON보다 투과율과 기계적 특성이 모두 증진된 grain size는 123 µm였다.
다양한 다결정 세라믹스 중 1980년대에 처음 발명된 ALON은 광학적 및 기계적 특성이 단결정 알루미나인 사파이어에 가장 근접하는 투명 세라믹스이다 일반적으로 사파이어는 적외선 미사일 돔, 방탄판, 반도체 공정 등 적용되어 투명 세라믹으로 많은 장점을 가지고 있다. 하지만 특수 용도에 제한되어 사용되고 있으며, 이는 제작 공정(czochralski, verneuil, EFG 등)에서의 제한과 그로 인한 높은 가격 그리고 대면적의 생산이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복 할 수 있는 다결정 세라믹스 ALON은 일반적인 세라믹 분말공정으로 제조되며, 사파이어에 비해 저렴할 뿐만 아니라 복잡한 형상 및 대형기물의 제조가 가능하다. 특히 방위산업분야에 사용되는 ALON은 방탄유리에 비해 절반의 두께와 무게로 동급의 방탄 성능을 가지는 것으로 이미 증명되었다. 이에 따라 ALON은 앞서 설명한 사파이어와 기존의 방탄재료를 새롭게 대체할 투명재료로 기대 되어 진다. 일반적으로 다결정 투명 세라믹스가 만들어지기 위해서는 몇 가지의 조건이 있어야한다. 이는 등방성 구조, 큰 grain size, 기공이 없으며 또한 높은 에너지 밴드 갭을 가져야한다. Al2O3의 경우 Hexagonal 구조를 가지기 때문에 결정학적으로 이방성을 가진다. 다결정 세라믹이 투명성을 가지기 위해서는 cubic 구조를 가져야 한다. Hexagonal 구조에서 cubic 구조를 가지기 위해서 Al2O3에 AlN을 첨가하게 되면 N의 첨가로 인해 고온에서도 cubic spinel structure 유지하는 Aluminium Oxynitride가 형성 된다
본 연구에서는 ALON의 음이온 공공 결함식에 따른 X값과 첨가제 및 중간온도 열처리에 따른 최적화된 시편을 제작하여 이를 바탕으로 각각 다른 grain size를 가진 투명 ALON을 만들어 투과율과 기계적 특성을 측정해보았다. x값은 4.75가 최적의 조건이며 이를 바탕으로 첨가제 및 중간열처리를 통하여 기공을 거의 제거하여 83%의 투과율이 나타났다. 최적의 조건을 바탕으로 투명한 Aluminium Oxynitride를 제조하여 온도 변화에 따라 grain size를 75 μm - 174 μm으로 조절 가능하였다. grain size는 작을 경우 투과율이 낮아지지만 기계적 특성(강도, 경도, 파괴인성)은 높아졌다. 상업적으로 만들어진 ALON보다 투과율과 기계적 특성이 모두 증진된 grain size는 123 µm였다.
Optical and mechanical properties of transparent ALON is similar to that of sapphire. In that reason, among the various transparent polycrystalline ceramics, ALON is one of the promising transparent ceramics which developed in 1980s Basically, sapphire has many merits in transparent ceramics app...
Optical and mechanical properties of transparent ALON is similar to that of sapphire. In that reason, among the various transparent polycrystalline ceramics, ALON is one of the promising transparent ceramics which developed in 1980s Basically, sapphire has many merits in transparent ceramics application parts such as ray-dome in missile, armor-plate and semiconductor process, but size limitation in the production process (czochralski, verneuil, EFG etc.) and high cost limits the its application area. But production method of polycrystalline ALON is based on traditional powder process, so the complex shape and the large size body is possible with cheap production cost. Especially in the defense industry, it is proved that ALON of the half thickness and weight shows a similar ballistic performance compare to the bulletproof glass. For this reason, ALON is expected that the new transparent material which can replace the sapphire and the existing bulletproof material. Basically, transparent polycrystalline ceramics needs several conditions such as pore free body, proper grain size and wide energy band gap, and isotropic crystal structure etc. Well made Al2O3 bulk can satisfy the several conditions for transparency but anisotropic nature of the crystal structure hinder the high transparency and sapphire also shows the birefringence except the C axis. In case of ALON, addition of AlN in the Al2O3 can modify the hexagonal structure of Al2O3 to cubic (spinel) structure of ALON at the high temperature. In this study, optimum transparent ALON samples, those of different grain size, are made by experimental X value which is based on constant anion lattice model and heat treatment step control. And transmittance and mechanical properties of samples are measured Pore free bulk ALON with 83% of transmittance is successfully obtained in X value of 4.75 and heat treatment step at 1675℃, and various grain size of 75 ㎛ ~ 174 ㎛ range is obtained by final sintering temperature control. Transmittance and mechanical properties (strength, hardness and fracture toughness) of ALON shows the inverse proportional tendency. In addition, grain size of 123 ㎛ shows the more transmittance and better mechanical properties than commercial product.
Optical and mechanical properties of transparent ALON is similar to that of sapphire. In that reason, among the various transparent polycrystalline ceramics, ALON is one of the promising transparent ceramics which developed in 1980s Basically, sapphire has many merits in transparent ceramics application parts such as ray-dome in missile, armor-plate and semiconductor process, but size limitation in the production process (czochralski, verneuil, EFG etc.) and high cost limits the its application area. But production method of polycrystalline ALON is based on traditional powder process, so the complex shape and the large size body is possible with cheap production cost. Especially in the defense industry, it is proved that ALON of the half thickness and weight shows a similar ballistic performance compare to the bulletproof glass. For this reason, ALON is expected that the new transparent material which can replace the sapphire and the existing bulletproof material. Basically, transparent polycrystalline ceramics needs several conditions such as pore free body, proper grain size and wide energy band gap, and isotropic crystal structure etc. Well made Al2O3 bulk can satisfy the several conditions for transparency but anisotropic nature of the crystal structure hinder the high transparency and sapphire also shows the birefringence except the C axis. In case of ALON, addition of AlN in the Al2O3 can modify the hexagonal structure of Al2O3 to cubic (spinel) structure of ALON at the high temperature. In this study, optimum transparent ALON samples, those of different grain size, are made by experimental X value which is based on constant anion lattice model and heat treatment step control. And transmittance and mechanical properties of samples are measured Pore free bulk ALON with 83% of transmittance is successfully obtained in X value of 4.75 and heat treatment step at 1675℃, and various grain size of 75 ㎛ ~ 174 ㎛ range is obtained by final sintering temperature control. Transmittance and mechanical properties (strength, hardness and fracture toughness) of ALON shows the inverse proportional tendency. In addition, grain size of 123 ㎛ shows the more transmittance and better mechanical properties than commercial product.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.