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문제 정의
본 연구에서는 고열전도도를 특징으로 하는 A1N 소재의 열적 전기적 특성을 향상시키는 방법을 찾고자하였다. 열 및 전기적 특성은 모두 A1N 입자내에 존재하는 점결함에 크게 의존한다는 점에서는 공통점이 있다.
제안 방법
Fig. 3에 丫2。3를 소결조제로 사용한 A1N 세라믹스에서 소결조제의 양에 따라 생성된 이차상의 부피 분율에따른 열전도도의 변화를 나타내었다.6
대상 데이터
환원 분위기 혹은 질소 분위기에서의 장시간 열처리는 A1N 격자 내의 산소 농도를 낮추어 열전도도를 높이며, 이차상 또는 입계에 존재하는 비정질의 필름을 제거하여 매우 높은 열전도도를 가능하게 한다. Ichinose는 Y2O3 소결조제를 이용하여 소결한 A1N 시편을 탄소환원 분위기에서 장시간 열처리하여 고열전도도 A1N 세라믹스를 제조하였다.8)1800℃에서 1시간 소결한 A1N 시편의 열전도도는 약 155 W/mK를 나타내었으며, 이 시편을 1600℃에서 환원 탄소 가스 분위기로 최대 64 시간 동안 열처리 하여 250 W/mK의 열전도도를 얻었다.
성능/효과
5 wt% Y2O3가 첨가되고 1750℃에서 소결된 A1N의 경우 impedance spectroscopy로부터 입자내의 이온전도도와 소결체 전체의 전자전도도를 대략적으로 구별할 수 있는데 이온전도도가 전자전도도 보다 월등히 높은 것으로 나타났다. 따라서 A1N 소재의 고저항을 달성하기 위하여는 A1N 소재의 결함화학을 이해할 필요가 있다.
Ichinose는 Y2O3 소결조제를 이용하여 소결한 A1N 시편을 탄소환원 분위기에서 장시간 열처리하여 고열전도도 A1N 세라믹스를 제조하였다.8)1800℃에서 1시간 소결한 A1N 시편의 열전도도는 약 155 W/mK를 나타내었으며, 이 시편을 1600℃에서 환원 탄소 가스 분위기로 최대 64 시간 동안 열처리 하여 250 W/mK의 열전도도를 얻었다. Nakano 등은 Y2O3를 소결조제로 질소분위기의 1800℃에서 1시간 소결한 A1N 세라믹스를 질소 분위기의 1900℃에서 20시간, 100시간 열처리하였다.
Nakano 등은 Y2O3를 소결조제로 질소분위기의 1800℃에서 1시간 소결한 A1N 세라믹스를 질소 분위기의 1900℃에서 20시간, 100시간 열처리하였다. 9)열처리시간이 늘어날수록 이차상의 양이 줄어들고 100시간 열처리한 시편의 경우 이차상을 찾아볼 수 없었다. 또한 입계에 존재하는 비정질 필름의 두께도 열처리 시간이 늘어남에 따라 감소하는 결과를 보여주었다.
9)열처리시간이 늘어날수록 이차상의 양이 줄어들고 100시간 열처리한 시편의 경우 이차상을 찾아볼 수 없었다. 또한 입계에 존재하는 비정질 필름의 두께도 열처리 시간이 늘어남에 따라 감소하는 결과를 보여주었다. 동시에 A1N 결정 립의 산소 농도는 열처리 시간이 늘어남에 따라 큰 폭으로 감소하였다(Table 1).
7은 1 wt% Y2O3가 첨가된 시험편을 1850℃에서 소결한 후 10 V/mm의 전계하에서 측정 온도에 따른 전류의 변화를 관찰한 것이다. 측정시간이 경과할수록 시험편의 전류량이 감소하는 것이 관찰되 었고 측정온도가 높을수록 일정한 전류값에 빨리 도달하였다. 즉 소재의 비저항은 측정온도 측정시간에 따라 크게 달라진다.
후속연구
동시에 저열전도도를 가지는 입계상의 양과 형상을 제어함으로써 추가적인 열전도도 향상을 기대할 수 있다. 그러나 A1N 소재의 점결함에 대한 제어와 입 계상이 전기적, 열적인 특성에 미치는 영향에 대한 연구는 아직까지 충분하지 않은 실정으로 향후 지속적인 연구가 필요하다고 판단된다.
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