[논문]세라믹 분말재료의 EPD 후막형성 기술

소대화; 전용우

문제 정의

본 논문은 후막제작에 유용한 EPD법을 응용하여 다양한 산화물의 후막을 제작하였고, 아울러 EPD법을 이용한 후막의 전착조건과 구조 분석으로 그에 대한 결과를 기 발표한 내용과 함께 재분석하여 새로운 응용가능성을 제시한 것이다.

가설 설정

(1) 재료의 사용효율이 높다.

제안 방법

Electronic B신 ance 를 이용하여 FA-5-500과 FA-5-900의 A203분말과 미량의 전해질인 A1(NO3)3, Mg(NO3)2'6H2O를 혼합용매 속에 넣어 현탁액을 제조하였다. 전착조건에 관한 실험방법으로는 인가전압과 시간을 50" 100 V와 2 ~ 20 초로 주어 막을 제조한 후, 소결 과정을 거치고 표면 상태를 관찰하였다.
Electronic B신 ance 를 이용하여 FA-5-500과 FA-5-900의 A203분말과 미량의 전해질인 A1(NO3)3, Mg(NO3)2'6H2O를 혼합용매 속에 넣어 현탁액을 제조하였다. 전착조건에 관한 실험방법으로는 인가전압과 시간을 50" 100 V와 2 ~ 20 초로 주어 막을 제조한 후, 소결 과정을 거치고 표면 상태를 관찰하였다.
본 논문은 세라믹 분말을 이용한 후막 제작법으로 전기영동전착법을 사용하여 전착 후 막을 제작하였다. 실험결과로부터 제작된 후막들 (A12O₃ 후막, YBCO 후막 및 투어멀린 후막) 은아세톤 현탁용매에서 입자의 고유 분산특징을 나타냈으며 인가전압에 따라 균일한 두께의 변화가 관찰되었으며, 적절한 소결처리를 통하여 우수한 고착성을 확인할 수 있었다.
아세톤을 사용하였다. 시료로 사용된 분말의 충분한 분산을 위하여 전착용 분말의 입자크기를 수 网 사이의 주된 분포를 갖도록 분말을 충분히 분쇄하여 사용하였다. 현탁액은 아세톤 용매에 분산시켜 제작하였다.
현탁용 용매인 알코올계의 급격한 증발에 따른 막의 손상을 감소시키기 위하여 상온에서 약 24시간 자연건조시켰고, 920 ℃ 에서 소결처리를 수행하였다. 열처리 과정에서 최고 열처리 온도까지 샘플의 열충격을 줄이기 위하여 3 笆/min의 느린 상승속도로 노의 온도를 올렸으며 최고온도에서 산소흡착온도 400 t 까지는 금속 모재의 열 팽창에 의한 세라믹 YBCO 후막의 크랙발생 요인을 줄이기 위하여 1 P/min의 하강속도로 후막을 제작하였다.
또한 분말의 충분한 분산을 위하여 초음파 진동기를 이용하여 30분간 충분히 현탁시켰다. 용액의 물리적 특성에 따라 초음파 분산을 시키는 동안 초음파에 의한 진동에 따른 매질(증류수)의 온도 상승으로 인한 용액의 휘발을 억제하기 위하여 얼음을 사용하여 일정한 온도를 유지시켰으며, 전착 전압과 전착시간을 조정하여 약 30 ~ 40 网 두께의 막을 형성시켰다. 전착을 통하여 형성된 후 막은 자연 건조시킨 후 모재의 고착성을 위하여 열처리 과정을 수행하였다.
용액의 물리적 특성에 따라 초음파 분산을 시키는 동안 초음파에 의한 진동에 따른 매질(증류수)의 온도 상승으로 인한 용액의 휘발을 억제하기 위하여 얼음을 사용하여 일정한 온도를 유지시켰으며, 전착 전압과 전착시간을 조정하여 약 30 ~ 40 网 두께의 막을 형성시켰다. 전착을 통하여 형성된 후 막은 자연 건조시킨 후 모재의 고착성을 위하여 열처리 과정을 수행하였다. 제작된 시편은 SEM 을 사용하여 표면상태 및 전착 상태를 관찰하였다.
전착을 통하여 형성된 후 막은 자연 건조시킨 후 모재의 고착성을 위하여 열처리 과정을 수행하였다. 제작된 시편은 SEM 을 사용하여 표면상태 및 전착 상태를 관찰하였다.
투어멀린과 적정량의 금속산화물과 미량의 금속 염화물을 폴리비닐알코올(PVA) 또는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 등과 혼합하여 성형한 뒤, 열처리과정을 거쳐 소결체로 제작하여 전기쌍극자와 자기모멘트 형성이 동시에 가능한 소결체 형성을 시도하여 쌍극자 능률 증배효과를 위한 분극형 초전성 복합소결체 구(볼)를 혼합성분별로 구분하여 각각 시편으로 제작하였다.
투어멀린의 분석특성으로부터 투어멀린 혼합분말의 하소와 소결 온도를 각각 750/90(的: 에서 열처리하여 소결성이 양호한 샘플을 그림 10와같은 모양으로 치밀성이 양호한 소결체를 구성하여 쌍극자 능률 증배효과 개선을 위한 분극형초전성 복합소결체를 제작하였다.

대상 데이터

YBCO 분말을 이용하여 제작한 후막의 경우 A12O₃ 세라믹판과 Ag 선을 모재로 하여 전착을 수행하였다. 초전도 후막의 제작 조건으로 전착 전압은 DC전압을 100'450 V, 전착시간은 30 ' 300 초로 하였다.
실험에 사용된 현탁용매로는 순수한 알코올계로 아세톤을 사용하였다. 시료로 사용된 분말의 충분한 분산을 위하여 전착용 분말의 입자크기를 수 网 사이의 주된 분포를 갖도록 분말을 충분히 분쇄하여 사용하였다.

성능/효과

(5) 프로세스는 간단하고 대면적의 시료 제작을 위한 크기의 확대가 용이하다.
EPD 전착과정은 일반적인 산화물 분말의 전착 형태와 유사하였으나, 아세톤 용매 중에서 분말 입자의 표면전하 형성율이 낮아서 전하밀도가 낮고 또한 입자의 비중이 커서 초음파에 의한 분산으로 현탁성이 미흡약하여 비교적 짧은 시간에 대부분의 현탁입자들이 가라앉는 현상을 보였다.
나타났다. 그러나 YBCO 분말의 혼합량이 일정량 이상일 때는 전착량의 증가가 매우 미미한 것으로 나타났으며 전착 후막의 두께 변화에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다. 이것은 기판에 전착된 YBCO 분말이 포화상태에 이르러 모재를 절연막으로 형성시키기 때문이다.
그림 6은 전착시간이 1분, 요오드의 양이 200 mg/1 의 조건하에서 YBCO 분말의 양과 전착량의 관계를 나타낸 것으로써, 아세톤 현탁 분산액 내에 첨가된 YBCO 분말의 혼합량이 증가함에 따라 모재에 전착된 전착량 또한 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 YBCO 분말의 혼합량이 일정량 이상일 때는 전착량의 증가가 매우 미미한 것으로 나타났으며 전착 후막의 두께 변화에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.
두께는 변화되었다. 시간을 변화시키며 제조한 후막의 표면상태를 관찰한 결과 65 V의 전압을 2 초 동안 가해주었을 때 가장 좋은 표면 상태를 얻을 수 있었다.
실험결과로부터 제작된 후막들 (A12O₃ 후막, YBCO 후막 및 투어멀린 후막) 은아세톤 현탁용매에서 입자의 고유 분산특징을 나타냈으며 인가전압에 따라 균일한 두께의 변화가 관찰되었으며, 적절한 소결처리를 통하여 우수한 고착성을 확인할 수 있었다. 이상의 결과에서 기존의 다양한 후막 제작법과 함께 전기영동법을 적용한 세라믹 후막의 제작법이 특히 다양한 형태의 기판 전착에 유용함을 확인하였고, 분말을 비롯하여 emulsion 상의 각종 재료를 처리하는데 유용함으로 무한한 응용 가능성이 있음을 확인하였다.
실험결과로부터 제작된 후막들 (A12O₃ 후막, YBCO 후막 및 투어멀린 후막) 은아세톤 현탁용매에서 입자의 고유 분산특징을 나타냈으며 인가전압에 따라 균일한 두께의 변화가 관찰되었으며, 적절한 소결처리를 통하여 우수한 고착성을 확인할 수 있었다. 이상의 결과에서 기존의 다양한 후막 제작법과 함께 전기영동법을 적용한 세라믹 후막의 제작법이 특히 다양한 형태의 기판 전착에 유용함을 확인하였고, 분말을 비롯하여 emulsion 상의 각종 재료를 처리하는데 유용함으로 무한한 응용 가능성이 있음을 확인하였다.

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