[학위논문]앵커용 알루미나 세라믹스의 기계적 특성에 대한 첨가제(MgO, Y2O3)의 영향 및 과립화 효과 Effects of additives(MgO, Y2O3) and granulation process on the mechanical properties of alumina ceramics for anchor application원문보기
기능성 세라믹 앵커의 개발을 위해 알루미나 시편의 소결 공정을 조사하였고, 소결된 시편들의 물리적/기계적 특성들을 분석하였다. 첨가제로써 MgO를 100% 중량비로 알루미나 분말에 대해서 0.25wt%, 1.0wt%, 2.0wt%, 3.0wt%의 MgO가 첨가되도록 각각 적절하게 칭량하여 혼합하였고, 일반적인 고상 소결 공정을 통해 다양한 온도(1450℃, 1550℃, 1650℃)에서 소결하였다. 또한, ...
기능성 세라믹 앵커의 개발을 위해 알루미나 시편의 소결 공정을 조사하였고, 소결된 시편들의 물리적/기계적 특성들을 분석하였다. 첨가제로써 MgO를 100% 중량비로 알루미나 분말에 대해서 0.25wt%, 1.0wt%, 2.0wt%, 3.0wt%의 MgO가 첨가되도록 각각 적절하게 칭량하여 혼합하였고, 일반적인 고상 소결 공정을 통해 다양한 온도(1450℃, 1550℃, 1650℃)에서 소결하였다. 또한, 알루미나 과립 분말을 제조하여 소결 후 시편의 기계적인 특성을 조사하여 분말의 과립화 효과에 대해 분석하였다. 과립 분말에는 소결 특성을 향상시키기 위해 2wt%의 MgO가 첨가되었다. 또한, Y2O3는 100% 중량비로 알루미나 분체에 대해 1wt%, 2wt%, 3wt%가 되도록 각각 첨가하여 과립화 공정을 통해 다양한 온도(1450℃, 1550℃, 1650℃)에서 소결하여, Y2O3 첨가제의 영향에 관해 분석하였다. 또한, 세라믹 소결체들의 기계적 강도를 평가하기 위해 소결 밀도, 굽힘강도, 압축강도와 비커스 경도를 측정하였다. 일반적인 고상 소결 공정을 통한 세라믹 소결체들 중에서는 2wt%의 MgO가 첨가되어 1650℃에서 소결한 시편이 굽힘강도는 354.82 MPa, 압축강도는 1615.2 MPa로 가장 높았다. 이와 같은 결과는 Al2O3 내부의 MgO 첨가제로 인한 미세구조 변형 때문에 첨가제의 량 및 소결온도는 밀도와 기계적 강도 증가에 중요한 역할을 하는 것으로 해석된다. 과립 분말이 몰드내부에 좀 더 균일하게 충진될 수 있기 때문에 과립 분말을 이용한 소결 시편들의 밀도 및 기계적 강도는 상용 Al2O3 분말을 이용한 소결 시편보다 더 높았다. 과립화 소결 공정을 통한 세라믹 소결체들 중에서는 Y2O3 첨가제가 1wt% 첨가 될 때까지 알루미나 소결 시편의 기계적 강도 및 경도는 계속 증가했고, 그 이상 첨가하면 기계적인 강도는 오히려 감소했다. 과립화 소결 공정으로 Al2O3에 1wt% Y2O3를 첨가하여 1650℃에서 소결한 시편들이 굽힘강도는 363.53 MPa, 비커스 경도는 20.1 GPa로 가장 높았다. 이는 첨가제가 없는 순수한 알루미나를 1650℃로 소결한 시편보다 약 5배 더 높은 값을 보이며, 첨가제와 과립화공정을 이용하여 기계적 특성이 개선되었다. 또한, 개발된 세라믹 앵커 시제품의 인발 테스트는 모두 콘크리트부분에서 균열이 발생하여 파괴됨에 따라 시험이 종료되었다. 세라믹 앵커의 파괴가 발생하기 전 콘크리트의 파괴가 먼저 일어났기 때문에 충분히 현장에서 사용할 수 있는 성능을 가진 것으로 판단된다. MgO, Y2O3를 첨가하여 알루미나 분말을 과립화하여 다양한 성능 평가를 통해 우수한 기계적, 물리적 특성을 지닌 알루미나 세라믹 소결체를 개발하여 세라믹 앵커 제작에 응용하고자 하였다.
기능성 세라믹 앵커의 개발을 위해 알루미나 시편의 소결 공정을 조사하였고, 소결된 시편들의 물리적/기계적 특성들을 분석하였다. 첨가제로써 MgO를 100% 중량비로 알루미나 분말에 대해서 0.25wt%, 1.0wt%, 2.0wt%, 3.0wt%의 MgO가 첨가되도록 각각 적절하게 칭량하여 혼합하였고, 일반적인 고상 소결 공정을 통해 다양한 온도(1450℃, 1550℃, 1650℃)에서 소결하였다. 또한, 알루미나 과립 분말을 제조하여 소결 후 시편의 기계적인 특성을 조사하여 분말의 과립화 효과에 대해 분석하였다. 과립 분말에는 소결 특성을 향상시키기 위해 2wt%의 MgO가 첨가되었다. 또한, Y2O3는 100% 중량비로 알루미나 분체에 대해 1wt%, 2wt%, 3wt%가 되도록 각각 첨가하여 과립화 공정을 통해 다양한 온도(1450℃, 1550℃, 1650℃)에서 소결하여, Y2O3 첨가제의 영향에 관해 분석하였다. 또한, 세라믹 소결체들의 기계적 강도를 평가하기 위해 소결 밀도, 굽힘강도, 압축강도와 비커스 경도를 측정하였다. 일반적인 고상 소결 공정을 통한 세라믹 소결체들 중에서는 2wt%의 MgO가 첨가되어 1650℃에서 소결한 시편이 굽힘강도는 354.82 MPa, 압축강도는 1615.2 MPa로 가장 높았다. 이와 같은 결과는 Al2O3 내부의 MgO 첨가제로 인한 미세구조 변형 때문에 첨가제의 량 및 소결온도는 밀도와 기계적 강도 증가에 중요한 역할을 하는 것으로 해석된다. 과립 분말이 몰드내부에 좀 더 균일하게 충진될 수 있기 때문에 과립 분말을 이용한 소결 시편들의 밀도 및 기계적 강도는 상용 Al2O3 분말을 이용한 소결 시편보다 더 높았다. 과립화 소결 공정을 통한 세라믹 소결체들 중에서는 Y2O3 첨가제가 1wt% 첨가 될 때까지 알루미나 소결 시편의 기계적 강도 및 경도는 계속 증가했고, 그 이상 첨가하면 기계적인 강도는 오히려 감소했다. 과립화 소결 공정으로 Al2O3에 1wt% Y2O3를 첨가하여 1650℃에서 소결한 시편들이 굽힘강도는 363.53 MPa, 비커스 경도는 20.1 GPa로 가장 높았다. 이는 첨가제가 없는 순수한 알루미나를 1650℃로 소결한 시편보다 약 5배 더 높은 값을 보이며, 첨가제와 과립화공정을 이용하여 기계적 특성이 개선되었다. 또한, 개발된 세라믹 앵커 시제품의 인발 테스트는 모두 콘크리트부분에서 균열이 발생하여 파괴됨에 따라 시험이 종료되었다. 세라믹 앵커의 파괴가 발생하기 전 콘크리트의 파괴가 먼저 일어났기 때문에 충분히 현장에서 사용할 수 있는 성능을 가진 것으로 판단된다. MgO, Y2O3를 첨가하여 알루미나 분말을 과립화하여 다양한 성능 평가를 통해 우수한 기계적, 물리적 특성을 지닌 알루미나 세라믹 소결체를 개발하여 세라믹 앵커 제작에 응용하고자 하였다.
In this study, sintering process in alumina (Al2O3) specimens for functional ceramic anchor was investigated and the physical/mechanical properties of the sintered samples were analyzed. MgO (from 0.25wt% to 3.0wt%) as an additive was added and sintered at various temperatures (1450℃, 1550℃ and 1650...
In this study, sintering process in alumina (Al2O3) specimens for functional ceramic anchor was investigated and the physical/mechanical properties of the sintered samples were analyzed. MgO (from 0.25wt% to 3.0wt%) as an additive was added and sintered at various temperatures (1450℃, 1550℃ and 1650℃) using conventional solid state sintering process. And the effect of powder granulation was investigated on the mechanical properties of sintered alumina ceramics. 2wt% MgO was added to enhance the sintering process. Also, the effect of Y2O3 addition was investigated at various sintering temperatures (1450℃, 1550℃ and 1650℃) with granulation process. Sintered density, flexural strength, compressive strength and Vicker's hardness were investigated for the mechanical strength evaluation. Among the specimens prepared by conventional solid state sintering process, the 2.0wt% MgO added Al2O3 samples (sintered at 1650℃) showed maximum flexural strength of 354.82 MPa and compressive strength of 1615.2 MPa. These experimental results suggested that the sintering temperature and an amount of the additives played an important role in enhancement of density and mechanical strength because of the micro-structure modification by MgO addition in Al2O3 sintered samples. Also, sintered density and mechanical properties of sintered specimens with powder granulation was higher than as-received commercial Al2O3 powders because granule powders could be well uniformly filled in a mold. Among the specimens prepared by granulation sintering process, the mechanical properties of strength and hardness for the sintered Al2O3 specimens increased with addition of Y2O3 up to 1wt%, and then decreased beyond it. The 1wt% Y2O3-added Al2O3 samples (sintered at 1650℃) showed the maximum flexural strength of 363.53 MPa and Vicker's hardness of 20.1 GPa. It was showed that the flexural strength was about five times higher value than the pure alumina specimens (sintered at 1650℃). The mechanical properties were improved using additives and granulation method. In pull out testing, it was determined that anchors were usable in the field because the destruction of the concrete parts were occurred before anchors were destroyed. It was expected to be able to produce ceramic anchor using experimental condition with the best mechanical and physical properties.
In this study, sintering process in alumina (Al2O3) specimens for functional ceramic anchor was investigated and the physical/mechanical properties of the sintered samples were analyzed. MgO (from 0.25wt% to 3.0wt%) as an additive was added and sintered at various temperatures (1450℃, 1550℃ and 1650℃) using conventional solid state sintering process. And the effect of powder granulation was investigated on the mechanical properties of sintered alumina ceramics. 2wt% MgO was added to enhance the sintering process. Also, the effect of Y2O3 addition was investigated at various sintering temperatures (1450℃, 1550℃ and 1650℃) with granulation process. Sintered density, flexural strength, compressive strength and Vicker's hardness were investigated for the mechanical strength evaluation. Among the specimens prepared by conventional solid state sintering process, the 2.0wt% MgO added Al2O3 samples (sintered at 1650℃) showed maximum flexural strength of 354.82 MPa and compressive strength of 1615.2 MPa. These experimental results suggested that the sintering temperature and an amount of the additives played an important role in enhancement of density and mechanical strength because of the micro-structure modification by MgO addition in Al2O3 sintered samples. Also, sintered density and mechanical properties of sintered specimens with powder granulation was higher than as-received commercial Al2O3 powders because granule powders could be well uniformly filled in a mold. Among the specimens prepared by granulation sintering process, the mechanical properties of strength and hardness for the sintered Al2O3 specimens increased with addition of Y2O3 up to 1wt%, and then decreased beyond it. The 1wt% Y2O3-added Al2O3 samples (sintered at 1650℃) showed the maximum flexural strength of 363.53 MPa and Vicker's hardness of 20.1 GPa. It was showed that the flexural strength was about five times higher value than the pure alumina specimens (sintered at 1650℃). The mechanical properties were improved using additives and granulation method. In pull out testing, it was determined that anchors were usable in the field because the destruction of the concrete parts were occurred before anchors were destroyed. It was expected to be able to produce ceramic anchor using experimental condition with the best mechanical and physical properties.
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