기공크기와 기공도가 판상 다공체 탄화규소의 기계적 열적 특성에 미치는 영향 Effect of Pore Sizes and Porosity on the Mechanical and Thermal Properties of Porous Platelet Silicon Carbide.원문보기
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 ...
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 이전의 연구에서 밝혀졌다. 따라서 시작 분말의 크기 및 열처리 온도를 제어하여 판상의 크기를 제어할 수 있다. 따라서 균질한 SiC 다공체의 제조가 가능하다. 위의 제조 방법을 응용하의 균질한 다공체 내에 판상의 크기를 제어하기 위해 공정 변수를 제어하고, 기공의 크기를 제어한다. 또한, 소결 온도 및 성형 방법을 조절하고 기공도를 제어하여 판상의 형성 온도 및 소결조건에 따른 기공크기 및 기공도를 제어하여 기공크기 및 기공도가 기계적 특성 및 열적 특성에 미치는 물리적 기구를 해석하고자 한다.
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 이전의 연구에서 밝혀졌다. 따라서 시작 분말의 크기 및 열처리 온도를 제어하여 판상의 크기를 제어할 수 있다. 따라서 균질한 SiC 다공체의 제조가 가능하다. 위의 제조 방법을 응용하의 균질한 다공체 내에 판상의 크기를 제어하기 위해 공정 변수를 제어하고, 기공의 크기를 제어한다. 또한, 소결 온도 및 성형 방법을 조절하고 기공도를 제어하여 판상의 형성 온도 및 소결조건에 따른 기공크기 및 기공도를 제어하여 기공크기 및 기공도가 기계적 특성 및 열적 특성에 미치는 물리적 기구를 해석하고자 한다.
Silicon carbide has been recognized as an important structural ceramic material because of its unique combination of properties, such as excellent oxidation resistance, strength retention to high temperatures, high wear resistance, high thermal conductivity, and good thermal shock resistance. Recent...
Silicon carbide has been recognized as an important structural ceramic material because of its unique combination of properties, such as excellent oxidation resistance, strength retention to high temperatures, high wear resistance, high thermal conductivity, and good thermal shock resistance. Recently, porous SiC is spotlighted for their potential application. For example, porous SiC ceramic and be used for heat sink, electro-static and wafer carrier in LED even DPF. A high porosity of DPF increases fuel efficiency due to reduce back-pressure. On the other hand, strength of porous ceramic decrease. Depending on the requirements of DPF, porous ceramics must exhibit specific pore size, pore size distribution, and a variety of properties. In this study, we report that porous SiC platelet ceramics were fabricated by α-SiC powder and Boron additive added in the form of B4C. The starting particle size was varied from 3.2 to 16.4 μm. The large starting particle size required more high temperature. Growth of platelet optimized in the temperature range of 2300-2400℃. When Boron additive added 0.5, 2 wt% in the form of B4C, the 4-H transformation was achieved with 57.5, 96.7%, respectively. The liquid phase accelerated the 6H→4H phase transformation processes. The strength of the specimens heat treatment at 2350, 2400℃ for 1 h reduced 34.3-61.7% as increase porosity. Because fraction area have reduced result in increase pore size. When the specimens with platelet and sphere microstructure have similar porosity and pore size, the strength of specimens with platelet microstructure was 2-6 times higher. The thermal conductivity degradation as increase of porosity is less, due to growth and connect of platelet the fast direction of the thermal conductivity. When the specimens with platelet and sphere microstructure have similar porosity and pore size, the thermal conductivity of specimens with platelet microstructure was 1.6-3.7 times higher. Platelet porous silicon carbide is expected to increase thermal shock resistance as improved strength and thermal conductivity.
Silicon carbide has been recognized as an important structural ceramic material because of its unique combination of properties, such as excellent oxidation resistance, strength retention to high temperatures, high wear resistance, high thermal conductivity, and good thermal shock resistance. Recently, porous SiC is spotlighted for their potential application. For example, porous SiC ceramic and be used for heat sink, electro-static and wafer carrier in LED even DPF. A high porosity of DPF increases fuel efficiency due to reduce back-pressure. On the other hand, strength of porous ceramic decrease. Depending on the requirements of DPF, porous ceramics must exhibit specific pore size, pore size distribution, and a variety of properties. In this study, we report that porous SiC platelet ceramics were fabricated by α-SiC powder and Boron additive added in the form of B4C. The starting particle size was varied from 3.2 to 16.4 μm. The large starting particle size required more high temperature. Growth of platelet optimized in the temperature range of 2300-2400℃. When Boron additive added 0.5, 2 wt% in the form of B4C, the 4-H transformation was achieved with 57.5, 96.7%, respectively. The liquid phase accelerated the 6H→4H phase transformation processes. The strength of the specimens heat treatment at 2350, 2400℃ for 1 h reduced 34.3-61.7% as increase porosity. Because fraction area have reduced result in increase pore size. When the specimens with platelet and sphere microstructure have similar porosity and pore size, the strength of specimens with platelet microstructure was 2-6 times higher. The thermal conductivity degradation as increase of porosity is less, due to growth and connect of platelet the fast direction of the thermal conductivity. When the specimens with platelet and sphere microstructure have similar porosity and pore size, the thermal conductivity of specimens with platelet microstructure was 1.6-3.7 times higher. Platelet porous silicon carbide is expected to increase thermal shock resistance as improved strength and thermal conductivity.
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