[논문]안경렌즈 절삭용 재료의 기계적 특성(II)

이영일; 김진구

안경렌즈 절삭용 재료의 기계적 특성(II)
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5.7wt% $Al_2O_3$와 4.3wt%$Y_2O_3$를 소결조제로 사용하여 ${\beta}$-SiC 그리고 입자크기가 각각 다른 3종류의 ${\alpha}$-SiC분말들을 출발원료로 사용하여 $1780^{\circ}C$에서 일축 가압 소결 하고, $1950^{\circ}C$에서 열처리함으로서 입자성장 하였다. 일축가압소결 및 열처리한 모든 시편은 크고 길게 자란 탄화규소입자들로 분포되어있었다. 안경렌즈 절삭용 신소재의 대표적인 경도와 파괴인성은 각각 15.6GPa과 $5.7MPa{\cdot}m^{1/2}$이었다.

${\beta}$-SiC powder and ${\alpha}$-SiC powders of different particle sizes, containing 5.7wt% $Al_2O_3$ and 4.3wt% $Y_2O_3$ as sintering aids, were hot-pressed at $1780^{\circ}C$ and subsequently annealed at $1950^{\circ}C$ to initiate grain growth. All the hot-pressed and annealed materials consisted of large SiC grains and elongated SiC grains. Typical hardness and fracture toughness of materials for spectacle lens cutting were 15.6 GPa and $5.7MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively.

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문제 정의

따라서, 본 연구는 탄화규소계 세라믹스를 이용한 안경렌즈 절삭용 재료를 개발하고자. 온도 및 압력율 변수로 놓고 여러 가지를 연구 조사하였다.
1860℃에서 3시간 연 처리실험에서는 크고 길게자란 입자들이 주로 보였으나. 이번 실험에서는 등방형의 미세구조도 관찰할 수 있어. 에서 3시간 열처리실험의 결과와 약간의 차이를 보이고 있다.
온도 및 압력율 변수로 놓고 여러 가지를 연구 조사하였다. 좋은 기계적 특성 올 갖는 신소재를 개발하기 위해서는 미세구조 제어 기술을 개발하여 최적의 입자크기를 갖는 재료를 연구 조사했다.

제안 방법

미세구조는 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였고. 결정상을 분석하기 위하여 시편들을 분말로 분쇄하여 Cuk 。를 사용하여 X-선 회절 분석(XRD)을 하였다. 경도와 파괴 인성은 indentation 방법으로 측정하였다.
8% 0」의 혼합가스로 플라즈마 에칭을 하였다. 미세구조는 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰하였고. 결정상을 분석하기 위하여 시편들을 분말로 분쇄하여 Cuk 。를 사용하여 X-선 회절 분석(XRD)을 하였다.
절삭용 재료를 개발하고자. 온도 및 압력율 변수로 놓고 여러 가지를 연구 조사하였다. 좋은 기계적 특성 올 갖는 신소재를 개발하기 위해서는 미세구조 제어 기술을 개발하여 최적의 입자크기를 갖는 재료를 연구 조사했다.

대상 데이터

시2。3와 丫2。3릍 YAG 조성의 소결첨가제로 사용하여 일축 가압 소결 및 1950'C에서 3시간 열처리함으로서 길게 자란 탄화규소입자들이 균일하게 분포된 미세구조를 갖는 안경렌즈 절삭용 재료를 제조하였다. 전반적인 미세구조는 길게 자란 미세구조를 보여주고 있다.
. Japan)분말을 사용하였다. YAG 조성의 소결 조제를 1G Wl%로 고정하고 탄화규소조성을 달리한 4개의 원료조합을 준비하였다.
Japan)분말을 사용하였다. YAG 조성의 소결 조제를 1G Wl%로 고정하고 탄화규소조성을 달리한 4개의 원료조합을 준비하였다. 각각의 원료조합은 탄화규소 볼과 polyethylene 병을 사용하여 에탄을율 용매로 24 시간 동안 습식 혼합한 후.
출발 원료로는 a -SiC(designated as F. A -1 grade. Showa Denko. Japan)와 «-SiC(designated as LI. FCP-15C. Sika Tech.. Norway). -SiC(Ultra-fine grade.

이론/모형

압입속도는 70 剛/min. 유지시간은 15초의 조건을 사용하여 압자 압입법에 의해 측정하였다 이 때의 파괴인성 값은 Anstis 등"" 이 제안한 식을 사용하였다.
, 은 각 시편의 경도값을 보여주고 있다. 경도값의 측정은 앞에서 설명한 비커스 인덴터 법을 사용하여 측정하였다. 이 경우에 5wt% a-SiC(A-l)와 85wt% a -SiC(FCP15C)를 첨가한 시편이 가장 높은 15.
결정상을 분석하기 위하여 시편들을 분말로 분쇄하여 Cuk 。를 사용하여 X-선 회절 분석(XRD)을 하였다. 경도와 파괴 인성은 indentation 방법으로 측정하였다."】:
소결밀도는 Archimedes 방법을 사용하여 측정하였고 각 시편의 이론밀도 혼합법칙(rule of mixture)을 사용하여 구하였다. 소결 및 열처리한 시편들을 자르고 연마하여.

성능/효과

그래프에서 보듯이 iwt% a-SiC를 첨가한 시편이 가장 높은 파괴인성 값을 보였다. 이 또한 186bC에서 3시간열처리실험결과와 유사한 결과를 보여주고 있다.
에서 3시간 열처리실험의 결과와 약간의 차이를 보이고 있다. 이번 연구에서도 대부분의 시편이 열처리에 의해 길게자란 미세구조를 보여주고 있음을 알 수 있었다. Fig.
[은 각 시편의 상대밀도를 보역주고 있다. 일축 가압 소결한 시편들의 경우에 모든 시편이 96% 이상의 밀도를 나타내었고, 소결 후 I95CTC에서 3시간 열처리한 시편들의 경우에 91.9% 이상의 상대밀도를 나타내었다, 전에 실험한 결과와 비교해 볼 때 100℃정도 더 높은 온도 (1950℃)에서의 소결밀도가 약 3%정도가 더 낮아졌음을 알 수 있었다. 액상소결한 SiC의 경우에 보다 높은 온도에서 열처리 공정은 상당한 밀도저하를 나타내엉다"” 이는 소결첨가제가 고온에서 액상이 형성되므로 액상의 휘발이나 화햑반응에 의한 액상의 손실로 밀도 저하가 생긴다.

후속연구

추후. 인성 및 경도값이 높은 안경렌즈 절삭용 신소재를 찾기 위해 소결 첨가제 변화실험 및 열처리 시간변화 실험을 진행해나 갈 것이다.

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