SiC 와 Si3N4 재료들은 천연적인 광물로서는 소량만이 존재하기 때문에, 인공적인 분말 합성이 이루어져왔다. 탄화규소는 1891년 acheson에 의해 1600℃이상에서 카본분말과 점토의 혼합물을 카본의 아크를 이용한 열탄소환원법을 사용하여 최초로 합성 되어졌다. 이러한 비산화물 ...
SiC 와 Si3N4 재료들은 천연적인 광물로서는 소량만이 존재하기 때문에, 인공적인 분말 합성이 이루어져왔다. 탄화규소는 1891년 acheson에 의해 1600℃이상에서 카본분말과 점토의 혼합물을 카본의 아크를 이용한 열탄소환원법을 사용하여 최초로 합성 되어졌다. 이러한 비산화물 세라믹스는 강한 공유결합으로 이루어진 물질로 원자의 이동이 어렵다. 따라서 분해온도 아래에서의 고상소결은 제한적이다. 그렇기 때문에 이러한 재료들에서 치밀한 소결체를 얻기 위해서는 액상소결 혹은 민감한 반응 소결법 등이 요구 되어 진다. SiC는 높은 경도, 내마모성, 내화학성, 열전도도등의 고온에서의 특성이 뛰어나기 때문에, 넓은 산업분야에서 현재 사용되어지며, 향후 더 큰 응용이 기대되는 물질이다. 뿐만 아니라, 최근 이러한 물질을 이용한 고강도 다공성 세라믹스의 사용도 늘어나고 있는 추세이며, 특히 LED 방열판, 정전척 및 캐리어, DPF 필터 등으로서 사용되기에 적합하다. 이러한 새로운 분야에서 응용을 위한 요구조건은 점점 더 까다로워지고 있기 때문에 균일한 미세구조 제어를 통한 재현성 있는 고품질의 다공성 세라믹의 연구가 필요하다. 일반적인 다공성 탄화규소 세라믹스는 대부분 기공형성제를 사용하여 다공성을 제어하거나, 거대 구형 입자들의 접합을 통하여 제조하였다. 한편, 판상형의 미세구조를 이용하여 탄화규소 다공체를 만드는 시도들이 있었는데, 대부분 β-SiC분말을 사용하거나 SiC의 전구체를 사용하여 제조하였다. 후자의 연구에서는 β→α의 상변태를 통한 액상의 형성법을 이용하여 판상을 제조를 시도하였지만, 판상형 구조는 일부분만 합성되고 나머지 부분은 입자의 형태로 연결되는, 매우 비균일한 미세구조로 인해 실제적인 응용에서의 한계점을 보여주었다. 본 연구에서는 β-SiC분말을 사용하지 않고 α-SiC 분말만을 이용하여 균일한 다공성 판상 탄화규소를 제조를 시도하였다. 제조된 다공성 판상 탄화규소는2250-2400℃의 열처리 온도에서 뛰어난 균일성 및 재현성을 보였고, 이러한 성장을 위한 최적의 첨가제는 B4C였다. B4C는 2250℃ 120분부터 액상을 형성시켜, 6H→4H로의 상변태를 가속시켰으며, 2250℃ 120분과 2300℃ 30분 이상의 열처리로 90%이상의 4H-SiC의 상변태가 가능하였다. 이와 같은 결과는 판상의 성장과도 매우 밀접한 관련이 있는 것으로 본 연구에서 밝혀졌다. 이는 보고된 비등방성 결정 성장의 성장지수 값과 같다. 본 연구에서 판상의 성장을 위한 활성화 에너지는 112.6±7.1 kcal/mol 이였다. 보고된 반응지배 Ostwald ripening 의 활성화 에너지 174.±10 kcal/mol의 값과 비교해 볼 때 낮은 값이지만, 표면 확산 기구에 의한 결정립 성장을 위한 활성화 에너지에 비해서는 높은 값이다. 따라서, 계산된 활성화 에너지는 액상에서의 비등방성 입계 에너지에 의한 확산지배 입자성장이다. 본 연구에서 제조된 다공체의 기공도는 40%내외이며, 가스투과율은 2.18 cm2/cmH2O*min, 이축강도는 166 MPa, 열전도도는 74 W/m∙k이다.다공성 재료에서의 뛰어난 물리적 특성은 열처리 온도의 증가와 시간의 증가에 따라 증가하는 판상의 두께와 판상의 성장에 의한 결함의 감소에 의한 영향이다. 결과적으로, 본 연구에서 제조된 다공성 판상 탄화규소는 판상만으로 연결된 최초의 다공체이며, 구형입자에 의해 연결된 다공성 탄화규소에 비해 물리적 특성이 탁월하게 증진되었다.
SiC 와 Si3N4 재료들은 천연적인 광물로서는 소량만이 존재하기 때문에, 인공적인 분말 합성이 이루어져왔다. 탄화규소는 1891년 acheson에 의해 1600℃이상에서 카본분말과 점토의 혼합물을 카본의 아크를 이용한 열탄소환원법을 사용하여 최초로 합성 되어졌다. 이러한 비산화물 세라믹스는 강한 공유결합으로 이루어진 물질로 원자의 이동이 어렵다. 따라서 분해온도 아래에서의 고상소결은 제한적이다. 그렇기 때문에 이러한 재료들에서 치밀한 소결체를 얻기 위해서는 액상소결 혹은 민감한 반응 소결법 등이 요구 되어 진다. SiC는 높은 경도, 내마모성, 내화학성, 열전도도등의 고온에서의 특성이 뛰어나기 때문에, 넓은 산업분야에서 현재 사용되어지며, 향후 더 큰 응용이 기대되는 물질이다. 뿐만 아니라, 최근 이러한 물질을 이용한 고강도 다공성 세라믹스의 사용도 늘어나고 있는 추세이며, 특히 LED 방열판, 정전척 및 캐리어, DPF 필터 등으로서 사용되기에 적합하다. 이러한 새로운 분야에서 응용을 위한 요구조건은 점점 더 까다로워지고 있기 때문에 균일한 미세구조 제어를 통한 재현성 있는 고품질의 다공성 세라믹의 연구가 필요하다. 일반적인 다공성 탄화규소 세라믹스는 대부분 기공형성제를 사용하여 다공성을 제어하거나, 거대 구형 입자들의 접합을 통하여 제조하였다. 한편, 판상형의 미세구조를 이용하여 탄화규소 다공체를 만드는 시도들이 있었는데, 대부분 β-SiC분말을 사용하거나 SiC의 전구체를 사용하여 제조하였다. 후자의 연구에서는 β→α의 상변태를 통한 액상의 형성법을 이용하여 판상을 제조를 시도하였지만, 판상형 구조는 일부분만 합성되고 나머지 부분은 입자의 형태로 연결되는, 매우 비균일한 미세구조로 인해 실제적인 응용에서의 한계점을 보여주었다. 본 연구에서는 β-SiC분말을 사용하지 않고 α-SiC 분말만을 이용하여 균일한 다공성 판상 탄화규소를 제조를 시도하였다. 제조된 다공성 판상 탄화규소는2250-2400℃의 열처리 온도에서 뛰어난 균일성 및 재현성을 보였고, 이러한 성장을 위한 최적의 첨가제는 B4C였다. B4C는 2250℃ 120분부터 액상을 형성시켜, 6H→4H로의 상변태를 가속시켰으며, 2250℃ 120분과 2300℃ 30분 이상의 열처리로 90%이상의 4H-SiC의 상변태가 가능하였다. 이와 같은 결과는 판상의 성장과도 매우 밀접한 관련이 있는 것으로 본 연구에서 밝혀졌다. 이는 보고된 비등방성 결정 성장의 성장지수 값과 같다. 본 연구에서 판상의 성장을 위한 활성화 에너지는 112.6±7.1 kcal/mol 이였다. 보고된 반응지배 Ostwald ripening 의 활성화 에너지 174.±10 kcal/mol의 값과 비교해 볼 때 낮은 값이지만, 표면 확산 기구에 의한 결정립 성장을 위한 활성화 에너지에 비해서는 높은 값이다. 따라서, 계산된 활성화 에너지는 액상에서의 비등방성 입계 에너지에 의한 확산지배 입자성장이다. 본 연구에서 제조된 다공체의 기공도는 40%내외이며, 가스투과율은 2.18 cm2/cmH2O*min, 이축강도는 166 MPa, 열전도도는 74 W/m∙k이다.다공성 재료에서의 뛰어난 물리적 특성은 열처리 온도의 증가와 시간의 증가에 따라 증가하는 판상의 두께와 판상의 성장에 의한 결함의 감소에 의한 영향이다. 결과적으로, 본 연구에서 제조된 다공성 판상 탄화규소는 판상만으로 연결된 최초의 다공체이며, 구형입자에 의해 연결된 다공성 탄화규소에 비해 물리적 특성이 탁월하게 증진되었다.
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