[논문]<tex>$Al_2O_3$</tex>와 <tex>$Y_2O_3$</tex> 입자를 함유한 액상소결 SiC 재료의 특성

이상필; 이문희; 이진경

$Al_2O_3$와 $Y_2O_3$ 입자를 함유한 액상소결 SiC 재료의 특성
Properties of Liquid Phase Sintered SiC Materials Containing $Al_2O_3$ and $Y_2O_3$ Particles 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.22 no.4 = no.83, 2008년, pp.59 - 64

이상필 (동의대학교 기계공학과) , 이문희 (동의대학교 기계공학과) , 이진경 (동의대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The mechanical properties of liquid phase sintered (LPS) SiC materials, with the addition of oxide powder, were investigated, in conjunction with a detailed analysis of their microstructures. LPS-SiC materials were fabricated at a temperature of 1820 $^{\circ}C$ under an argon atmosphere, using three different starting sizes of SiC particles. The sintering additive for the fabrication of the LPS-SiC materials was an $Al_2O_3-Y_2O_3$ mixture with a constant composition ratio ($Al_2O_3/Y_2O_3$: 1.5). The particle sizes of the commercial SiC powderswere 30 nm, 0.3 $\mu$m, and 3.0 $\mu$m. The flexural strength of the LPS-SiC materials was also examined at elevated temperatures. A decrease in the starting size of the SiC particles led to an increase in the flexural strength of the LPS-SiC materials, accompanying a highly dense morphology with the creation of a secondary phase. Such a secondary phase was identified as $Y_3Al_2(AlO_4)2$. The flexural strength of the LPS-SiC materials greatly decreased with an increase in the test temperature, due to the creation of a large amount of pores.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

평가하였다. 또한, 액상소결 SiC 재료의 고온안정성을 평가하기 위하여 시험온도의 변화에 따른 재료의 특성을 조사하였다.
본 연구에서는 AI2O₃과 Y2O₃를 소결조제로 하여 액상소결 SiC 재료를 제조하여 초기 SiC 입자의 크기에 따른 미세조직과 굽힘강도를 조사하였다. 또한, 액상소결 Sic 재료의 고온 특성을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 액상소결 SiC 재료의 특성을 고도화하기 위하여 SiC 분말의 입자크기를 변화시켜 액상소결 SiC 재료를 제조하여 미세조직을 면밀히 분석하고 굽힘강도를 평가하였다. 또한, 액상소결 SiC 재료의 고온안정성을 평가하기 위하여 시험온도의 변화에 따른 재료의 특성을 조사하였다.

제안 방법

5mm/niin로 하였다. 고온환경에 대한 액상 소결 SiC재료의 특성을 조사하기 위하여 각각 1000 ℃, 120C TC의 온도에서 굽힘시험을 수행하였다. 고온 굽힘시험은 Ar 분위기의 시험온도에서 2시간 동안 시험편을 유지한 후 가열로의 내부에서 실시하였다.
액상소결 SiC재료의 소결밀도는 아르키메데스의 원리를 이용한 수중중량법으로 측정하였다. 또한 미세조직은 전 자형 주사 현미경 (SEM)을 사용하여 관찰하고 X선 회절분석법 (XRD) 을 이용하여 소결조제의 변화에 따른 상분석을 실시하였다. 액상 소결 SiC재료의 강도특성은 5개의 시험편을 사용하여 4점 굽힘 시험으로 상온에서 평가하였다.
5로 하였으며 소결조제의 양은 10wt%로 일정하게 하였다. 볼 밀러로 조제한 혼합분말을 사각형 상의 판형 구조물로 성형하여 흑연금형에 넣고 고온 프레스를 사용하여 1820℃의 온도에서 가압하여 액상소결 SiC 재료를 제조하였다. 액상소결 SiC 재료의 제조에 사용된 가압력과 압력유지시간은 각각 20M@a과 1시간으로 하였다.
또한 미세조직은 전 자형 주사 현미경 (SEM)을 사용하여 관찰하고 X선 회절분석법 (XRD) 을 이용하여 소결조제의 변화에 따른 상분석을 실시하였다. 액상 소결 SiC재료의 강도특성은 5개의 시험편을 사용하여 4점 굽힘 시험으로 상온에서 평가하였다. 굽힘 시험편은 0.
5는 굽힘시험 온도의 상승에 따른 액상소결 SiC 재료의 밀도변화를 나타낸다. 액상소결 SiC 재료는 평균입경이 0.3pm 인 초기 SiC 입자를 사용하여 제조하였다 또한 액상소결 SiC 재료의 밀도변화는 굽힘시험과 동일한 열이력을 받은 시험편의 밀도를 측정하여 상온에서의 밀도에 대한 비율로서 표현한 것이다. 액상소결 SiC 재료의 밀도는 굽힘시험의 온도가 상승함에 따라 감소하는 경향을 나타내고 있다.
혼합분말은 SiC와 소결조제를 아세톤 용액에 넣고 유성형 볼 밀러 (Ball miller) 를 사용하여 160rpni의 속도로 12시간 동안 배합하여 조제하였다. 액상소결 SiC 재료의 제조에 사용된 SiC 분말은 3종류로서 평균입경은 각각 30nm, 0.3um, 3.0μn로 변화시켰다. 또한, 소결조제로 사용한 A12O₃과 Y2O₃입자의 평균입경은 각각 1.
볼 밀러로 조제한 혼합분말을 사각형 상의 판형 구조물로 성형하여 흑연금형에 넣고 고온 프레스를 사용하여 1820℃의 온도에서 가압하여 액상소결 SiC 재료를 제조하였다. 액상소결 SiC 재료의 제조에 사용된 가압력과 압력유지시간은 각각 20M@a과 1시간으로 하였다.
액상소결 SiC재료는 강도의 측정과 미세조직의 관찰을 위해서 알맞은 시편의 크기로 가공하고 #1500의 연마지를 사용하여 연마한 후 다이아몬드 연마기로 최종적으로 표면을 연마하였다. 액상소결 SiC재료의 소결밀도는 아르키메데스의 원리를 이용한 수중중량법으로 측정하였다.

대상 데이터

액상 소결 SiC재료의 강도특성은 5개의 시험편을 사용하여 4점 굽힘 시험으로 상온에서 평가하였다. 굽힘 시험편은 0.3 呻의 다이아몬드 입자를 사용하여 표면을 연마하여 두께 2mm, 폭 6nirn, 길이 40mm로 제작하였다. 굽힘시험에 사용된 하부와 상부의 스팬 길이는 각각 32mm와 16mm로 하였으며 크로스헤드의 속도는 0.
액상소결 SiC 재료는 SiC 분말에 A12O₃과 Y2O₃분말을 소결첨가제로서 혼합하여 고온에서 가압하여 제조하였다. 액상소결 SiC 재료의 미세조직의 균질성을 확보하기 위해서는 SiC, A12O₃Z Y2O₃ 의 혼합분말을 제조하는 것이 중요하다.
2는 액상소결 SiC 재료의 미세조직에 대한 XRD 분석 결과를 나타낸다. 액상소결 SiC 재료는 평균입경 0.3ym의 SiC 분말을 사용하여 제조하였다. 또한 액상소결 SiC 재료의 제조에 사용한 혼합분말에 대한 XRD 분석 결과를 나타내었다 XRD 분석에 따르면, 소결 전의 혼합분말은 SiC, A12O₃, Y2O₃ 의 피크만을 나타내고 있다.
7은 액상소결 SiC 재료의 굽힘강도에 미치는 시험온도의 영향을 나타낸다. 액상소결 SiC 재료는 평균입경이 0.3pm 인 SiC 입자를 사용하는 제조하였다. 액상소결 SiC 재료는 상온에서는 약 720御a의 굽힘강도를 나타내고 있으나 시험온도가 높아짐에 따라 굽힘강도가 급격히 감소하는 것을 알 수 있다.

이론/모형

액상소결 SiC재료의 소결밀도는 아르키메데스의 원리를 이용한 수중중량법으로 측정하였다. 또한 미세조직은 전 자형 주사 현미경 (SEM)을 사용하여 관찰하고 X선 회절분석법 (XRD) 을 이용하여 소결조제의 변화에 따른 상분석을 실시하였다.

성능/효과

(2) 액상소결 SiC 재료의 제조에 사용된 초기 SiC 입자 크기의 감소는 소결밀도의 증가를 유발하였다. 특히, 평균입경이 30nm인 SiC 입자를 사용하는 경우에 액상소결 SiC 재료는 약 SIMg/n?의 소결밀도와 약 5%의 기공율을 나타내었다.
(3) 액상소결 SiC 재료의 상온 굽힘강도는 소결전의 혼합분말 제조에 사용된 초기 SiC 입자의 크기가 감소함에 따라 증가하였다. 특히, 초기 SiC 입자의 평균입경이 30nm인 분말을 사용하여 소결한 SiC 재료는 약 750MPa의 우수한 상온 굽힘 강도를 나타내었다.
(4) 굽힘시험의 온도가 상승함에 따라 액상소결 SiC 재료는 미세조직에 급격한 기공의 증가를 동반하면서 상온의 굽힘 강도가 크게 감소하였다.
액상소결 SiC 재료의 밀도는 굽힘시험의 온도가 상승함에 따라 감소하는 경향을 나타내고 있다. 다시 말하면, 1000 f 의 굽힘시험에서 액상소결 SiC 재료는 상온의 약 97%에 해당하는 밀도를 나타내었으며, 1200℃의 시험온도에서는 상온 밀도의 약 89%로서 급격한 밀도 감소를 나타내었다. 이것은 Fig.
0μn로 변화시켰다. 또한, 소결조제로 사용한 A12O₃과 Y2O₃입자의 평균입경은 각각 1.0皿1와 2.0皿涅 하였다 혼합분말의 제조에 있어서 소결 조제의 혼합비 (A12O₃/Y2O₃)는 1.5로 하였으며 소결조제의 양은 10wt%로 일정하게 하였다. 볼 밀러로 조제한 혼합분말을 사각형 상의 판형 구조물로 성형하여 흑연금형에 넣고 고온 프레스를 사용하여 1820℃의 온도에서 가압하여 액상소결 SiC 재료를 제조하였다.
3은 액상소결 SiC 재료의 소결밀도와 기공률에 미치는 초기 SiC 입자 크기의 영향을 나타낸다. 액상소결 SiC 재료의 소결 밀도는 소결전의 혼합분말 제조에 사용한 SiC 입자의 크기가 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 다시 말하면/ 액상소결 SiC 재료의 제조에 평균입경이 30nm와 0.
6은 소결전의 혼합분말 제조에 사용한 초기 SiC 입자의 크기 변화에 따른 액상소결 SiC 재료의 상온 굽힘강도를 나타낸다. 액상소결 SiC 재료의 제조에 사용된 초기 SiC 입자 크기를 감소함에 따라 상온 굽힘강도가 크게 개선되는 것을 알 수 있다 특히/ 평균입경 30nm인 초기 SiC 입자를 사용하여 소결한 결과, 액상소결 SiC 재료는 약 750M]%의 우수한 상온 굽힘 강도를 나타내었다. 이러한 강도 수준은 평균입경이 3.

후속연구

초기 SiC 분말의 입자크기의 감소는 액상소결 과정에서 소결 조제에 의한 입자의 재배열 및 치밀화를 가속화하므로 액상소결 SiC 재료의 미세기공 소결조제의 분포 및 결정의 재료등에 영향을 미침 것으로 생각된다. 또한/ 액상소결 SiC 의 적용성을 확대하기 위해서는 고온에서의 미세조직과 기계적 특성의 변화를 반드시 조사할 필요가 있다

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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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