[논문]<tex>$\\alpha$</tex>-SiC-WC 전도성 세라믹 복합체의 특성에 미치는 무가압 Annealing 온도

신용덕; 오상수; 주진영

$\\alpha$-SiC-WC 전도성 세라믹 복합체의 특성에 미치는 무가압 Annealing 온도
Effect of Pressurless Annealing Temperature on the Properties of $\\alpha$-SiC-WC Electroconductive Ceramic Composites. 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.53 no.5, 2004년, pp.241 - 247

신용덕 (원광대 공대 전기전자 및 정보공학부) , 오상수 (원광대 대학원 전기공학) , 주진영 (한보 NISCO 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The composites were fabricated 61 vol.%$\alpha$-$\alpha$-SiC and 39vol.% WC powders with the liquid forming additives of 12wt% $Al_2$O$_3$＋Y$_2$O$_3$ by pressureless annealing at 1700, 1800, 190$0^{\circ}C$ for 4 hours. The result of phase analysis of composites by XRD revealed $\alpha$-SiC(2H), WC, and YAG(Al$_{5}$ Y$_3$O$_{12}$ ) crystal phase. The relative density, the flexural strength, fracture toughness and Young's modulus showed respectively the highest value of 99.4%, 375.76㎫, 5.79㎫ㆍm$\frac{1}{2}$, and 106.43㎬ for composite by pressureless annealing temperature 190$0^{\circ}C$ at room temperature. The electrical resistivity showed the lowest value of 1.47${\times}$10$^{-3}$ $\Omega$$.$cm for composite by pressureless annealing temperature 190$0^{\circ}C$ at $25^{\circ}C$. The electrical resistivity of the $\alpha$-SiC-WC composites was all positive temperature cofficient resistance (PTCR) in the temperature ranges from $25^{\circ}C$ to 50$0^{\circ}C$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 액상소결의 고온가압 및 무가압 annealing을 통하여 a-SiC계 복합체의 상압가능성, PTCR특성 지닌 세라믹 발열체의 개발 및 양산체제 도입 가능성을 진단하기 위하여 annealing 온도를 SiC 의 고온가압소결온도보다 200~400t 낮은 1700, 1.800, 1900℃로 변화 시켰다.

제안 방법

a-SiC에 WC 39Vol.% 혼합하고, 이 혼합물에 AI2O₃+Y2O₃ 12wt% 첨가하여 1700, 1800, 1900℃에서 소결한 복합체의 특성을 조사한 결과는 다음과 같다.
%, 39Vol.%로 혼 합하고, 이 혼합물에 12wt%의 A12O₃+Y2O₃[A12O₃(Showa Ch emical Inc.), Y2O₃(Aldrich Chemical Company, Inc.)]를 첨가 하였다.
a-SiC-WC에 AI2O₃+Y2O₃를 첨가한 세라믹 복합체의 이론 밀도는 혼합법칙에 의해서 구해졌고, 상대밀도는 증류수 를 이용한 아르키메데스법으로 5회 측정한 값의 평균을 취 하였다.
1㎛ diamond sus- pension으로 최종 경면가공한 후 비커스 미소경도시험기] VMT-7, Matsuzawa]를 이용하여 경도 및 파괴인성 시험법 인 압인법 [Indentation Method]으로 측정하였다. 가한 하중 은 20kgf, load speed 40/zm/sec, 유지시간은 10초로 하였으며, 각 시편당 5회 측정하였다.
강도 측정용 시편의 크기는 3><4x25mm³이며, 표면은 1㎛ 의 diamond paste로 최종 연마후 재료시험기 (4204, Instron, Inc.)를 이용하여 cross head speed 0.5mm/min의 조건으로 곡강도 시험법(JIS R 1601)으로 3점 곡강도를 각 시편당 3회 측정하였다.
소결시편의 상분석은 XRD(D/Max-3B, Rigaku, Inc.)을 이용하여 분석하였고, 미세구조는 각 시편의 꺽임강도 측정 이 끝난 시편의 파단면을 SEM(XL30S FEG, Philips, Inc)을 이용하여 관찰하였다.
8P로 냉각 시켰다. 승압은 1000X01] 서 5.5MPa를 주고 1700, 1800, 1900℃ 까지 25MPa를 가압하였다.

대상 데이터

), 3:4:3 charge을 사용하여 48시간 동안 planetary ball mill 후, 100℃에서 24시간동안 건조시켰 다. 건조된 시료는 60mesh 망체로 체가름하였다.

이론/모형

a-SiC-WC 복합체의 전기저항률 로는 p는 25~500℃까지 Pauw법으로 측정하여 식 (1)로 계산되었다. Pauw법에 사용된 시편은 선방전가공기를 이용하여 wire-EDM(Electro Discharge Machining)[9]으로 가공되었다.
경도 및 파괴인성 측정은 시편을 0.1㎛ diamond sus- pension으로 최종 경면가공한 후 비커스 미소경도시험기] VMT-7, Matsuzawa]를 이용하여 경도 및 파괴인성 시험법 인 압인법 [Indentation Method]으로 측정하였다. 가한 하중 은 20kgf, load speed 40/zm/sec, 유지시간은 10초로 하였으며, 각 시편당 5회 측정하였다.
경도 및 파괴인성치는 A. G. Evans & T. R. Wilshaw⑻ 식으로 계산하였다.
또한 a-SiC-WC 전도성 복합체의 전기적 . 기계적특성을 평가할 목적으로 XRD분석, 상대밀도, 꺽임강도, 경도, 파괴 인성, SEM관찰 및 EDM시편을 가공하여 Pauw법[기으로 전 기저항률을 측정하였다.

성능/효과

1) a-SiC와 WC 반응은 나타나지 않고, WC가 2차상으로 존재하며서 a-SiC-WC 복합체의 상대밀도는 annealing 온도 1900°(?에서 가장 높게 나타나고 있다.
2) 꺽임강도, Young's modulus, Vicker's 경도, 파괴인성등의 기계적 특성이 annealing온도 1900Q에서 가장 높게 나타나고 있다.
3) 전기저항률은 1700, 1800, 19000 시편 모두 PTCR특성을 나타내고 있으며 저항온도계수는 2.48Q0-2, 2.64x10*, 3.23xl0*7t 로 나타나고 있다.
WC입자는 SiC 기지 상에 2차상으로 존재하고 SiC와 WC의 반응은 일어나지 않고 있으며 액상 소결 조제인 出2。3와 丫2。3가 반응하여 YAG(AlsY20i2)상이 나타나고 있다. EDX 분석 결과로도 SiC(Hexagonal)와 WC(Hexagonal)가 서로 반웅하지 않고 YAG(Cubic)상이 나타나고 있음을 확인할 수가 있다.

후속연구

이러한 결과로 볼 때 저온 및 고온용 도전 재료로써 PTCR 특성을 지닌 a-SiC-WC 복합체의 개발이 가능 할 것으로 예상되며 PTCR 특성을 지닌 세라믹 발열체의 개발 및 양산 체제 도입이 가능할 것으로 생각된다.

참고문헌 (12)

Patricia A. Hoffman, 'Thermo Elastic Properties of Silicon Carbide-Titanium Diboride Particulate Composites', M. S Thesis, 1992
Hideto Hashiguchi and Hisashi Kimugasa 'Electrical Resistivity of a-SiC Ceramics Added with NiO' J. Ceram. Soc. Japan, 102[2], pp. 160-'64, 1994

상세보기
Yong-Deok Shin, Jin-Young Ju, Kwang-soo Choi, Snag-soo Oh, Je-Ho Seo' Effect of Annealing Temperature on the Propertiesof B-SiC- $TiB_2$ Electrocondutive Ceramic Composites by Spray Dry', Trans. KIEE, Vol. 52C, No. 8, pp. 335-341, 2003
Do-Hyeong Kim and chong Hee Kim, 'Toughening Behavior of Silicon Carbide with Additions of Yttria and Alumina', J. Am. Ceram. Soc., Vol. 735, pp. 1431-34, 1990
Seung Hyuk Yim, Yong Deok Shin and Joon Tae Song, 'The Properties of B-SiC- $TiB_2$ Electroconductive Ceramic Composites Densified by Liquid-Phase Sintering', Trans. KIEE, Vol. 49, No. 9, pp. 510-515, 2000
Jie Zhang, Joong-Chai Jung, Jong-Hyeon Lee and Chang-Whan Won 'Synthesis of WC Powder by Process' J. Kor. Inst. Met. & Mater. Vol.38, No.5 (2000)
M. Ramulu and M. Taya, 'EDM machinability of SiCw/A1 Composites' Journal of Materials Science. Vol.24, pp. 1103-1108, 1989

상세보기
A.G. Evans and T.R. Wilshaw 'Quasi-Static solid Particle Demage in Brittle Solids-1. Observation Analysis and Implication' Axta Matallurgica. Vol. 24, pp 939-956, 1976

상세보기
Yong Deok Shin, 'Electric Discharge Machining of hot-Pressed SiC-ZrB2 Composites Ceramic', Trans. KIEE. Vol. 46, No. 7, pp. 1062-1067, 1997
Wiliam D. Callister Jr., 'Materials Science And Engineering An Introduction', Fifth Edition, p.454-455, 2000
Jurgen Rodel, 'Interaction Between Crack Deflection and Crack Bridging' Journal of the European Ceramic Society, 10, pp.143-150, 1992

상세보기
Yong-Deok Shin, Jin-Young, 'Properties and Manufacture of the B-SiC-ZrB2 Composites Densified by Liquid-Phase Sintering' Trans. KIEE, Vol. 48C, No. 2, pp. 92-97, 1999

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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