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논문 상세정보

알루미나 및 이트리아로 코팅된 분말을 사용하여 제조한 탄화규소의 소결물성

Sintered properties of silicon carbide prepared by using the alumina and yttria-coated SiC powder

초록

계면유도 침전법을 이용, 알루미나와 이트리아를 코팅한 SiC 분말을 사용하여 제조된 탄화규소의 물성을 관찰하였다. $Al_2(SO_4)_3$$Y_2(SO_4)_3$의 수용액에서 요소를 분해시켜 수화물 및 탄화물의 전구체로 구성된 석출물을 SiC의 분말 표면에 코팅한 후 하소하여 알루미나와 이트리아가 코팅된 탄화규소 시편을 제조하였다. $1900^{\circ}C$에서 소결한 탄화규소는 약 97.8%의 소결밀도를 나타내었으며, 소결 후 annealing을 행한 시편은 $\beta$상 탄화규소에서 $\alpha$상 탄화규소로의 상전이가 일어나 주상입자가 형성되었다. 균열 전파시 주상입자를 중심으로 입계간 균열(intergranular crack)이 일어났으며, 주상입자의 pullout 효과 의한 균열길이의 증가로 SiC 소결체의 인성이 증진되는 것으로 나타났다. annealing 시간이 3시간 이내인 경우에는 소결조제의 첨가량이 적은 시편의 파괴인성치가 높았으나 그 차이는 미미하였고, annealing 시간이 길어짐에 따라 소결조제의 양에 따른 인성의 차이는 거의 나타나지 않았다. 이러한 결과는 annealing 시간이 길어짐에 따라 입자의 정단축비(aspect ratio)가 커지고 주성입자에 의한 pullout 효과가 인성증진의 주된 인자가 되어, 소결조제의 양과 관련된 영향이 적었기 때문인 것으로 사료되었다.

Abstract

Alumina- and yttria-coated SiC powder was prepared by the surface-induced precipitation method, and sintered properties of silicon carbide prepared from this powder were investigated. After a well dispersion of SiC powders in the aqueous solution of $Al_2(SO_4)_3$ and $Y_2(SO_4)_3$, the mixed precursors of aluminum hydroxide, aluminum carbonate, yttrium hydroxide, and yttrium carbonate were precipitated on the surfaces of SiC particles through the hydrolysis reaction of urea. SiC specimens with alumina and yttria exhibit, 97.8% of theoretical density after the sintering at $1900^{\circ}C$ for 2 hrs. During annealing at $2000^{\circ}C$, $\beta$longrightarrow$\alpha$ phase transformation of SiC had taken place and resulted with a rodlike microstructure. Toughness of sintered SiC was enhanced by crack deflection around the rodlike grains. In case of annealing less than that of 3 hr, the fracture toughness of SiC was slightly improved with increasing the amount of sintering aid. However, annealed specimens for a long time showed constant fracture toughness even though the amount of sintering aid increased. It is resulted that the main factor for toughening in annealed SiC for a long time is the pullout effect of rodlike grains during the propagation of cracks, and the amount of sintering aids is less effective on the fracture toughness of SiC.

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