질소로 안정화 시킨 cubic spinel상인 AlON은 등방적 구조와 매우 적은 기공을 가져야만 비로소 투명해질 수 있다. AlON은 고강도, 고경도, 높은 투명성과 같은 특성들 때문에 단결정 사파이어와 유리를 대체 할 재료로써 주목을 받고 있다. 주된 응용분야로는 투명방탄판, 적외선 투과 돔과 창, 스크레치방지창 등이 있다. 투명 AlON은 열탄소환원법으로 분말을 합성한 뒤 소결하는 것이 일반적이나, 본 연구에서는 소결 첨가제와 함께 Al2O3와 AlN를 혼합하여 반응소결로 제조하였다. AlN의 ...
질소로 안정화 시킨 cubic spinel상인 AlON은 등방적 구조와 매우 적은 기공을 가져야만 비로소 투명해질 수 있다. AlON은 고강도, 고경도, 높은 투명성과 같은 특성들 때문에 단결정 사파이어와 유리를 대체 할 재료로써 주목을 받고 있다. 주된 응용분야로는 투명방탄판, 적외선 투과 돔과 창, 스크레치방지창 등이 있다. 투명 AlON은 열탄소환원법으로 분말을 합성한 뒤 소결하는 것이 일반적이나, 본 연구에서는 소결 첨가제와 함께 Al2O3와 AlN를 혼합하여 반응소결로 제조하였다. AlN의 몰분율은 18.2에서 35.7 mol%까지 달리하였고, 선행연구를 통해 투광성을 높일 수 있는 소결조제로 밝혀진 MgO 0.15wt%와 Y2O3 0.08wt%를 혼합분말에 첨가하였다. 혼합분말을 에탄올 용매와 고순도 알루미나볼을 사용하여 24시간 동안 습식 밀링하였다. 얻어진 슬러리는 회전증발기를 사용하여 가열 건조하였으며, 직경 17mm 두께 약 3mm의 디스크를 일축프레스로 만든 후, 275MPa로 냉간등압성형(CIP)을 하였다. 준비된 디스크는 질소분위기인 흑연전기로에서 1660°C에서 10시간 열처리되었으며, 이어서 1970°C에서 5시간 소결되었다. 본 연구의 목적은 투과율에 미치는 열처리의 영향에 대한 이해와 Al2O3와 AlN 비율에 따른 소결거동, 기계적 특성 및 투과율 변화를 살펴보는 것이다. Al2O3와 AlN 혼합분체는 1650℃에서 10시간 동안 1차 소결을 하면 높은 밀도를 가지며, 이는 결과적으로 1970℃에서 2차 소결 후에 높은 투과율로 이어진다. 1650℃에서는 AlON상의 형성이 적어서 Al2O3와 AlN의 혼합물이 빨리 치밀화 되었다. 1675℃ 또는 1725℃ 사이에서의 1차 소결은 소결성이 낮은 AlON상을 상대적으로 빨리 형성하여 치밀화가 어려우며, 고온에서의 2차 소결 후에도 기공들이 상대적으로 많이 잔존하여 투과율이 낮다. 마찬가지로, 1650℃에서 1차 소결 없이 1970℃에서만 소결을 한 경우, 치밀화가 이루어지기 전에 소결성이 낮은 AlON 형성이 너무 빨리 일어나 높은 밀도를 얻기 어렵기 때문에 결과적으로 낮은 투과율을 가진다. x값이 2.5로 낮을 때 즉 Al2O3와 AlN의 몰 비율이 9 : 2.5일 때, 1650℃에서는 높은 Al2O3 함량 때문에 치밀화가 잘 일어나며, 2차 소결에서 AlON의 형성된 후의 높은 온도에서는 Al3+ vacancy의 증가로 소결력이 높아서 기공의 제거가 잘 일어나며, 결과적으로 높은 투과율을 얻을 수 있다. x값이 2.5 이하로 낮아지면 단사정상의 이차상인 φ‘ 상이 형성되어 투과율이 감소한다. x값이 2.5일 때, 1660℃에서 10 h 동안 1차 소결한 후에 1970℃에서 5 h동안 2차 소결을 하여 가시광선 파장인 632 nm에서 84.5%의 매우 높은 투과율을 얻을 수 있었다. x값이 4.0에서 2.5로 낮아질수록 기계적 특성(강도, 경도, 파괴인성)은 10에서 20%정도 감소했다.
질소로 안정화 시킨 cubic spinel상인 AlON은 등방적 구조와 매우 적은 기공을 가져야만 비로소 투명해질 수 있다. AlON은 고강도, 고경도, 높은 투명성과 같은 특성들 때문에 단결정 사파이어와 유리를 대체 할 재료로써 주목을 받고 있다. 주된 응용분야로는 투명방탄판, 적외선 투과 돔과 창, 스크레치방지창 등이 있다. 투명 AlON은 열탄소환원법으로 분말을 합성한 뒤 소결하는 것이 일반적이나, 본 연구에서는 소결 첨가제와 함께 Al2O3와 AlN를 혼합하여 반응소결로 제조하였다. AlN의 몰분율은 18.2에서 35.7 mol%까지 달리하였고, 선행연구를 통해 투광성을 높일 수 있는 소결조제로 밝혀진 MgO 0.15wt%와 Y2O3 0.08wt%를 혼합분말에 첨가하였다. 혼합분말을 에탄올 용매와 고순도 알루미나볼을 사용하여 24시간 동안 습식 밀링하였다. 얻어진 슬러리는 회전증발기를 사용하여 가열 건조하였으며, 직경 17mm 두께 약 3mm의 디스크를 일축프레스로 만든 후, 275MPa로 냉간등압성형(CIP)을 하였다. 준비된 디스크는 질소분위기인 흑연전기로에서 1660°C에서 10시간 열처리되었으며, 이어서 1970°C에서 5시간 소결되었다. 본 연구의 목적은 투과율에 미치는 열처리의 영향에 대한 이해와 Al2O3와 AlN 비율에 따른 소결거동, 기계적 특성 및 투과율 변화를 살펴보는 것이다. Al2O3와 AlN 혼합분체는 1650℃에서 10시간 동안 1차 소결을 하면 높은 밀도를 가지며, 이는 결과적으로 1970℃에서 2차 소결 후에 높은 투과율로 이어진다. 1650℃에서는 AlON상의 형성이 적어서 Al2O3와 AlN의 혼합물이 빨리 치밀화 되었다. 1675℃ 또는 1725℃ 사이에서의 1차 소결은 소결성이 낮은 AlON상을 상대적으로 빨리 형성하여 치밀화가 어려우며, 고온에서의 2차 소결 후에도 기공들이 상대적으로 많이 잔존하여 투과율이 낮다. 마찬가지로, 1650℃에서 1차 소결 없이 1970℃에서만 소결을 한 경우, 치밀화가 이루어지기 전에 소결성이 낮은 AlON 형성이 너무 빨리 일어나 높은 밀도를 얻기 어렵기 때문에 결과적으로 낮은 투과율을 가진다. x값이 2.5로 낮을 때 즉 Al2O3와 AlN의 몰 비율이 9 : 2.5일 때, 1650℃에서는 높은 Al2O3 함량 때문에 치밀화가 잘 일어나며, 2차 소결에서 AlON의 형성된 후의 높은 온도에서는 Al3+ vacancy의 증가로 소결력이 높아서 기공의 제거가 잘 일어나며, 결과적으로 높은 투과율을 얻을 수 있다. x값이 2.5 이하로 낮아지면 단사정상의 이차상인 φ‘ 상이 형성되어 투과율이 감소한다. x값이 2.5일 때, 1660℃에서 10 h 동안 1차 소결한 후에 1970℃에서 5 h동안 2차 소결을 하여 가시광선 파장인 632 nm에서 84.5%의 매우 높은 투과율을 얻을 수 있었다. x값이 4.0에서 2.5로 낮아질수록 기계적 특성(강도, 경도, 파괴인성)은 10에서 20%정도 감소했다.
AlON has an isotropic cubic structure and can be transparent when it is fully dense with little pores. The high hardness and durability together with high transparency of AlON make it suitable as alternatives for single crystal sapphires and fused glass. Potential applications are transparent armors...
AlON has an isotropic cubic structure and can be transparent when it is fully dense with little pores. The high hardness and durability together with high transparency of AlON make it suitable as alternatives for single crystal sapphires and fused glass. Potential applications are transparent armors, infrared domes and windows, scratch resistant windows, etc. In this study, we report that highly transparent AlON could be obtained by pressureless reaction sintering of commercial Al2O3 and AlN powders instead of sintering of AlON powder. The ratio of AlN to Al2O3 was varied from 18.2 to 35.7 mol%. Addition of a small amount of MgO in addition to Y2O3 was helpful to achieve high transparency. The amounts of MgO and Y2O3 were fixed at 0.15wt% and 0.08wt% after preliminary tests. The powder mixtures were prepared by ball-milling for 24 h using alumina balls in ethanol and by drying in a rotary vacuum evaporator. They were preformed into pellets of 17 mm diameter and 3 mm thickness using a unidirectional press, and then cold-isostatically pressed under a pressure at 275 MPa. The pellets were heat treated in a graphite furnace at 1660°C for 10 h and then sintered at 1970°C for 5 h in a flowing nitrogen gas atmosphere. The primary focus of this study was to understand the effects of heat treatment(1st sintering) on transmittance and to investigate the effects of the ratio of Al2O3 and AlN on sintering behavior, transmittance and mechanical properties. 1st sintering at 1650°C for 10 h resulted in a high density and eventually high transmittance after the 2nd sintering at 1970°C. The reason for the high density after 1st sintering was that densification of the mixture of Al2O3 and AlN was much faster than that of AlON. However, Without the 1st sintering at 1650°C, the transmittance after sintering at 1970°C was lower because premature formation of AlON before densification made it difficult to obtain a high density. The transmittance was maximized when "x" was 2.5 (21.7 m/o AlN) owing to the increased Al3+ vacancies. Further lowering of "x" induced the formation of the φ'-AlON phase, which reduced the transmittance. The highest in-line transmittance at the light wavelength of 632 nm for a 1.5 mm thick specimen was 84.5% when "x" was 2.5 and 2-step sintering was performed at 1660℃ for 10 h and then at 1970℃ for 5 h. When "x" was lowered from 4.0 to 2.5, the mechanical properties (strength, hardness and fracture toughness) of AlON tend to decrease by 10 to 20%.
AlON has an isotropic cubic structure and can be transparent when it is fully dense with little pores. The high hardness and durability together with high transparency of AlON make it suitable as alternatives for single crystal sapphires and fused glass. Potential applications are transparent armors, infrared domes and windows, scratch resistant windows, etc. In this study, we report that highly transparent AlON could be obtained by pressureless reaction sintering of commercial Al2O3 and AlN powders instead of sintering of AlON powder. The ratio of AlN to Al2O3 was varied from 18.2 to 35.7 mol%. Addition of a small amount of MgO in addition to Y2O3 was helpful to achieve high transparency. The amounts of MgO and Y2O3 were fixed at 0.15wt% and 0.08wt% after preliminary tests. The powder mixtures were prepared by ball-milling for 24 h using alumina balls in ethanol and by drying in a rotary vacuum evaporator. They were preformed into pellets of 17 mm diameter and 3 mm thickness using a unidirectional press, and then cold-isostatically pressed under a pressure at 275 MPa. The pellets were heat treated in a graphite furnace at 1660°C for 10 h and then sintered at 1970°C for 5 h in a flowing nitrogen gas atmosphere. The primary focus of this study was to understand the effects of heat treatment(1st sintering) on transmittance and to investigate the effects of the ratio of Al2O3 and AlN on sintering behavior, transmittance and mechanical properties. 1st sintering at 1650°C for 10 h resulted in a high density and eventually high transmittance after the 2nd sintering at 1970°C. The reason for the high density after 1st sintering was that densification of the mixture of Al2O3 and AlN was much faster than that of AlON. However, Without the 1st sintering at 1650°C, the transmittance after sintering at 1970°C was lower because premature formation of AlON before densification made it difficult to obtain a high density. The transmittance was maximized when "x" was 2.5 (21.7 m/o AlN) owing to the increased Al3+ vacancies. Further lowering of "x" induced the formation of the φ'-AlON phase, which reduced the transmittance. The highest in-line transmittance at the light wavelength of 632 nm for a 1.5 mm thick specimen was 84.5% when "x" was 2.5 and 2-step sintering was performed at 1660℃ for 10 h and then at 1970℃ for 5 h. When "x" was lowered from 4.0 to 2.5, the mechanical properties (strength, hardness and fracture toughness) of AlON tend to decrease by 10 to 20%.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.