[논문]일축 가압 소결법을 이용한 고밀도 탄화 붕소 제조 및 기계적 특성

채재홍; 박주석; 안종필; 김경훈

doi:10.4191/kcers.2009.46.1.081

일축 가압 소결법을 이용한 고밀도 탄화 붕소 제조 및 기계적 특성
Mechanical Properties of B4C Ceramics Fabricated by a Hot-press Sintering 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.46 no.1 = no.320, 2009년, pp.81 - 85

채재홍 (요업(세라믹)기술원 기술응용확산센터) , 박주석 (요업(세라믹)기술원 기술응용확산센터) , 안종필 (요업(세라믹)기술원 기술응용확산센터) , 김경훈 (요업(세라믹)기술원 기술응용확산센터)

Abstract ▼ AI-Helper

$B_4C$ ceramics were fabricated by a hot-press sintering method and their sintering behavior, microstructure and mechanical properties were evaluated. Relative density of $B_4C$ ceramics were obtained by a hot-press sintering method reached as high as 99% without any sintering additives. The mechanical properties of $B_4C$ ceramics was improved by a methanol washing process which can remove $B_2O_3$ phase from a $B_4C$ powder surface. This improvement results from the formation of homogeneous microstructure because the grain coarsening was suppressed by the elimination of $B_2O_3$ phase. Particularly, mechanical properties of the sintered specimen using a methanol washed powder improved compared with the specimen using an as-received commercial powder.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

알려진 분말 표면의 산화막을 제거히.기 위하여 메탄올을 이용하여 탄화붕소 분말의 세척을 실시하였으며, 소결 첨가제를 사용하지 않고 일축 가압 소결법을 적용하여 고밀도를 갖는 탄화붕소 소결체를 제조하여 소결 특성, 미세구조 분석 및 기계적 특성에 관하여 고찰하였다.
따라서 본 연구에서는 탄화붕소의 소결에 악영향을 미친다고 알려진 분말 표면의 산화막을 제거히.기 위하여 메탄올을 이용하여 탄화붕소 분말의 세척을 실시하였으며, 소결 첨가제를 사용하지 않고 일축 가압 소결법을 적용하여 고밀도를 갖는 탄화붕소 소결체를 제조하여 소결 특성, 미세구조 분석 및 기계적 특성에 관하여 고찰하였다.
0.05 A/cn?의 조건으로 약 1분 동안 전해 etching을 실시한 후 주사전자현미경(JSM 6700F, Jeol, Japan)을 이용하여 미세구조를 관찰하였으며, linear intercept 법 (ASTM El 12-96)을 이용하여 1,000개 이상의 결정립 크기를 측정하여 평균 결정립의 크기를 구하였다.

대상 데이터

출발 원료로서는 상업적으로 구입 가능한 b4c 분말 (Grade HS, H. C. Stark, Germany)을 이용하였으며, 메탄올(99.9% J. T. Baker, USA)을 이용하여 BQ메탄올 = 1:5의 비율로 혼합 후 초음파 교반기를 이용하여 12시간 동안 총 3회의 세척을 실시한 후 완전 건조하여 메탄올 세척된 B4C 분말을 준비하였다.

이론/모형

, Japan)를 이용하여 상분석을 실시하였다. 각각의 시편을 경면 연마 후 Vickers indentation법(VMT-7, Matsuzawa, Japan)을 이용하여 경도를 측정하였으며, 꺽임 강도 측정을 위해 시편을 3x4x36mm로 가공 후 만능 시험기(4205, Instron, USA)를 이용하여 3점 측정법 (KSL 1591)으로 꺾임 강도를 측정하였다.
제조된 소결체의 밀도는 Archimedes 법을 이용하여 측정하였으며, X-선 회절분석기(M03XHF22, MAC Science Co. Ltd., Japan)를 이용하여 상분석을 실시하였다. 각각의 시편을 경면 연마 후 Vickers indentation법(VMT-7, Matsuzawa, Japan)을 이용하여 경도를 측정하였으며, 꺽임 강도 측정을 위해 시편을 3x4x36mm로 가공 후 만능 시험기(4205, Instron, USA)를 이용하여 3점 측정법 (KSL 1591)으로 꺾임 강도를 측정하였다.

성능/효과

메탄올에 의한 탄화붕소 원료 분말의 세척은 분말의 표면에 형성되어 있는 B2O₃ 상을 효과적으로 제거할 수 있었으며 이러한 b2o3 상의 제거는 고온에서 기상을 통한 물질 이동을 억제하여 결정립의 조대화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 B4C-B4C 간의 직접적인 접촉을 증대시켜 입계 확산 및 체적 확산을 촉진하게 되어 소결을 촉진시키기 때문에 결정립의 성장이 억제되고 균일한 미세구조를 갖는 소결체를 제조할 수 있었다. 따라서 메탄올 세척을 한 탄화붕소 분말을 이용할 경우 그렇지 않은 경우보다 기계적 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다.
제조 할 수 있었다. 메탄올에 의한 탄화붕소 원료 분말의 세척은 분말의 표면에 형성되어 있는 B2O₃ 상을 효과적으로 제거할 수 있었으며 이러한 b2o3 상의 제거는 고온에서 기상을 통한 물질 이동을 억제하여 결정립의 조대화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 B4C-B4C 간의 직접적인 접촉을 증대시켜 입계 확산 및 체적 확산을 촉진하게 되어 소결을 촉진시키기 때문에 결정립의 성장이 억제되고 균일한 미세구조를 갖는 소결체를 제조할 수 있었다. 따라서 메탄올 세척을 한 탄화붕소 분말을 이용할 경우 그렇지 않은 경우보다 기계적 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다.
일축 가압 소결법을 적용하여 메탄올로 세척된 탄화붕소 분말의 소결을 진행하여 소결 조제의 첨가 없이도 99% 이상의 상대밀도를 가지는 완전 치밀화된 탄화붕소 소결체를 제조 할 수 있었다. 메탄올에 의한 탄화붕소 원료 분말의 세척은 분말의 표면에 형성되어 있는 B2O₃ 상을 효과적으로 제거할 수 있었으며 이러한 b2o3 상의 제거는 고온에서 기상을 통한 물질 이동을 억제하여 결정립의 조대화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 B4C-B4C 간의 직접적인 접촉을 증대시켜 입계 확산 및 체적 확산을 촉진하게 되어 소결을 촉진시키기 때문에 결정립의 성장이 억제되고 균일한 미세구조를 갖는 소결체를 제조할 수 있었다.

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