[논문]셀 다공구조를 갖는 Al2O3세라믹스의 제조

임병구; 이락형; 하정수

doi:10.4191/kcers.2007.44.1.574

[국내논문] 셀 다공구조를 갖는 Al2O3세라믹스의 제조
Processing of Al2O3 Ceramics with a Porous Cellular Structure 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.44 no.10 = no.305, 2007년, pp.574 - 579

임병구 (안동대학교 신소재공학부) , 이락형 (안동대학교 신소재공학부) , 하정수 (안동대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Porous $Al_2O_3$ ceramics were prepared by the gelcasting foams method (a slurry foaming process) with acrylamide monomer. The foaming and gelation behavior was investigated with the parameters such as the type and concentration of surfactant, solid loading of slurry, and the concentrations of initiator and catalyst. Density, porosity, microstructure, and strength of the green and sintered samples were characterized. Of the four kinds of surfactants tested, Triton X-114 showed the highest foaming ability for the solid loading of 55-30 vol%. The gelation condition giving the idle time off min was found to set the foamed structure without significant bubble enlargement and liquid lamella thinning. The green samples were fairly strong and machinable and showed maximum strength of 2.4 MPa in diametral compression. The sintered samples showed densities of 10-36% theoretical (i.e. porosity 90-64%) with a highly interconnected network of spherical pores with sizes ranging from 30 to $600{\mu}m$. The pore size and connectivity increased but the cell strut thickness decreased with decreasing the solid loading. Flexural strength of 37.8-1.7 MPa was obtained for the sintered samples.

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제안 방법

를 제조 하였다. 계면활성제의 종류와 양, 고형함량, 개시제와 촉매의 첨가량에 따른 발포와 gelation 거동을 조사하였고, 또한 제조된 성형체와 소결체 시편의밀도, 기공률, 미세구조, 강도특성을 조사 하였다.
1에 나타내었다. AM과 MBAM의 비율을 14:0.6wt%로 하여 85.4 wt%의 증류수에 용해시켜 monomer 용액을 제조하였다.⑹ 슬러리는 A12O3 분말을 monomer 용액에서 30 min 간 ball milling 하여 30-55 vol%의 고형함량이 되도록 준비하였다.
한편, monomer, 개시제와 촉매가 첨가되지 않은 슬러리를 가지고 계면 활성제 종류와 양에 따른 발포 특성을 조사하였다. 이를 위해 고형함량 55 vol% 슬러리에 4 가지 계면활성제들(M-OP 1019, Triton X-114, Tregitol TMN 10, Tween 80)을 각각 0.
이를 위해 고형함량 55 vol% 슬러리에 4 가지 계면활성제들(M-OP 1019, Triton X-114, Tregitol TMN 10, Tween 80)을 각각 0.1-1.5wt% 첨가 한 후 대기 중에서 5분 동안 교반하여 슬러리의 부피 변화를 측정하였다. 또한 계면활성제들의 첨가량을 최적 (0.
5wt% 첨가 한 후 대기 중에서 5분 동안 교반하여 슬러리의 부피 변화를 측정하였다. 또한 계면활성제들의 첨가량을 최적 (0.32 wt%)으로 고정시키고 고형함량의 변화(55, 40, 30vol%)와 함께 슬러리의 발포 부피를 측정하여 계면활성제의 발포 능력을 비교하였다.
또한, 계면활성제가 첨가 되지 않은(즉, 발포되지 않은) 슬러리를 가지고 개시제와 촉매의 첨가량에 따른 idle time 의 변화를 조사하였다. Idle timee 슬러리 발포공정에서가장 중요한 특성이다.
Idle timee 슬러리 발포공정에서가장 중요한 특성이다. 이를 위해 슬러리(고형함량 55, 50, 45, 40 vol%)에 32, 38, 45 g/L의 개시제와 2.93, 4.31 g/L 의 촉매를 각각 첨가하여 균일하게 혼합한 후 gelation 시슬러리의 온도 변화를 측정하였다.
제조된 성형체의 밀도는 질량과 크기를 측정하여 구하였고 강도는 디스크 형태의 시편(직경 38mm, 두께 10 mm)을 가지고 diametral compression test">에 의해 즉정하였다. 소결된 시편은 Archimedes법으로 밀도를 측정하였고 이로부터 기공률을 구하였다.
소결된 시편은 Archimedes법으로 밀도를 측정하였고 이로부터 기공률을 구하였다. 그리고 SEM(scanning electron microscope, JSM 6300, JEOL, Japan)을 이용하여 파단면의 미세구조를 관찰하였으며, 만능시험기(H10K-S, Hounsfield, UK)를 사용하여 3-point flexural test(시편너비 20 mm, 두께 10 mm; span 20 mm)를 통해 강도를 측정하였다. .
55 vol% 슬러리에서 0.32 wt% 계면활성제 첨가가 가장높은 foam 부피를 보였기 때문에 계면활성제량을 0.32 wt%로 고정하고 고형 함량을 변화(55, 40, 30 vol%) 시켜 foam 부피 변화를 관찰한 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 고형함량이 작아질수록 foam 부피는 크게 증가 하였으며 40, 30vol% 슬러리에서도 Triton X-114가 가장 높은 foam 부피를 나타냈다.
이상의 결과들로부터 Triton X-114를 0.32 wt% 첨가하는 것을 최적 조건으로 결정하여 시편을 제조하고 특성조사를 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 일반 gelcasting에서 흔히 사용되는 acrylamide monomer를 가지고 gelcasting foams 방법에 의해 다공질 AI2O₃를 제조 하였다. 계면활성제의 종류와 양, 고형함량, 개시제와 촉매의 첨가량에 따른 발포와 gelation 거동을 조사하였고, 또한 제조된 성형체와 소결체 시편의밀도, 기공률, 미세구조, 강도특성을 조사 하였다.
평균입도가 0.5|im인 a-Al2O₃ 분말(99.8%, AES-11, Sumitomo Chemical Co., Japan)을 사용하였고, 이를 위한 분산제로는 Darvan C(R.T. Vanderbilt Co., Inc., Norwalk, CT, USA)를 사용하였다. 유기 monomer는 1 관능형인 acrylamide (AM; C₂H₃CONH₂; Sigma Chemical Co.
, Norwalk, CT, USA)를 사용하였다. 유기 monomer는 1 관능형인 acrylamide (AM; C₂H₃CONH₂; Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)와 2관능형 가교제 인 methylenebisacrylamide (MBAM; (C₂H₃CONH)2CH₂; Sigma)를 사용하였다. 고분자 중합 개시제오+ 촉매로는 ammonium persulfate (APS; (NH₄)2S2O₈; Sigma)와 N, N, N', N'-tetramethylethylen-diamide (TEMED; C₆H₁₆N₂; Sigma)를 각각 사용하였다.
Louis, MO, USA)와 2관능형 가교제 인 methylenebisacrylamide (MBAM; (C₂H₃CONH)2CH₂; Sigma)를 사용하였다. 고분자 중합 개시제오+ 촉매로는 ammonium persulfate (APS; (NH₄)2S2O₈; Sigma)와 N, N, N', N'-tetramethylethylen-diamide (TEMED; C₆H₁₆N₂; Sigma)를 각각 사용하였다. 이온성 계면 활성제는 슬러리의 분산에 영향을 줄 수있기 때문에顷 기포발생을 위해 다음 4 가지의 비이온성계면활성제를 사용하였다: Tween 80 (polyoxyethylenesorbitan monooleate; Aldrich, USA), Tergitol TMN 10 (polyethylene glycol trimethylnonyl ether; Fluka, Switzerland), M-OP 1019 (polyoxyethylene octylphenyl ether; Dongnam Chemical, Korea), Triton X-114 (polyethylene glycol-terc-octylfenyl ether ; Sigma).

이론/모형

소결된 시편은 Archimedes법으로 밀도를 측정하였고 이로부터 기공률을 구하였다. 그리고 SEM(scanning electron microscope, JSM 6300, JEOL, Japan)을 이용하여 파단면의 미세구조를 관찰하였으며, 만능시험기(H10K-S, Hounsfield, UK)를 사용하여 3-point flexural test(시편너비 20 mm, 두께 10 mm; span 20 mm)를 통해 강도를 측정하였다.

성능/효과

이는 첨가된 계면활성제가 슬러리와 기체가 혼합 할 수 있도록 표면장력을 낮추기 때문이다. 이후 foam 부피는 변화가 없거나 오히려 약간 감소하는 경향을 볼 수 있었고, 계면 활성제 양이 0.32 wt% 부근에서 가장 높은 foam 부피가 관찰되었으며 다른 계면활성제에 비해 Triton X-114 가 가장 높은 foam 부피를 보였다.
3에 나타내었다. 고형함량이 작아질수록 foam 부피는 크게 증가 하였으며 40, 30vol% 슬러리에서도 Triton X-114가 가장 높은 foam 부피를 나타냈다.
4가지 계면활성제중에 Triton X-114가 가장 높은 foaming 능력(슬러리 고형함량이 35 vol%일 경우 부피 14 배 증가)을 보였다. Idle time이 3 min인 gelation 조건은 기포 확대와 liquid lamella thinning 이 거의 없이 foam 구조를 성공적으로 고화시켰다.
고형 함량이 감소함에 따라 기공크기와 연결성은 증가했지만 strut 두께는 감소하였다. 소결체의 강도는 37.8-1.7 MPa이었으며 기공률이 매우 높은 것을 감안하면 상당히우수한 강도가 얻어졌다.

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저자의 다른 논문 :

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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