선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 5의 결과를 기공률 42%까지 연장(extrapolation)하여 예측한 강도 값은 약 30 MPa로서 우수하였다. 본 연구의 결과는 유리 미세구의 함량과 프릿의 함량을 최적화 함으로서 추가적인 기계적 강도의 향상이 가능하다는 것을 제시한다.
제안 방법
- 다공질 SiC 세라믹스의 미세조직은 주사전자현미경(SEM, S-4300, Hitachi Co., Japan)을 사용하여 관찰하였고, 꺾임강도는 만능시험기(Instron 4461, Norwood Co., USA)를 사용하여 내부 span 10 mm, 외부 span 20 mm의 치구를 사용하여 0.5 mm/min의 cross-head 속도로 4점 꺾임강도를 측정하였다.
- 본 연구에서는 두 가지 크기의 탄화규소 대형 입자(~50 µm, ~65 µm)에 결합재로서 프릿을 첨가하여 다공질 탄화규소 세라믹스의 저온 제조 공정을 고찰하였다.
- 원료 조합은 Table 1에서 보여주는데, 모든 시편은 SiC 분말에 프릿을 각각 5 wt%씩 첨가하고, 일부 시편은 유리 미세구 나 고분자 미세구를 5 wt% 첨가하여 4가지의 원료 조합을 준비하였다. 첨가된 프릿은 borosilicate계로서 ~700℃의 유리전이점 온도를 가지고 있고, 볼밀을 사용해 분쇄한 후 60 mesh 채를 통과시켜 평균 입자크기 200 µm의 분말을 준비하여 사용하였다.
- 본 연구에서는 두 가지 크기의 탄화규소 대형 입자(~50 µm, ~65 µm)에 결합재로서 프릿을 첨가하여 다공질 탄화규소 세라믹스의 저온 제조 공정을 고찰하였다. 특히 다공질 탄화규소 세라믹스의 제조 시, 유리 미세구(glass microbead) 및 고분자 미세구(polymer microbead)의 첨가 및 SiC 입도 크기가 다공질 탄화규소 세라믹스의 미세조직, 기공률 및 꺾임강도에 미치는 영향을 고찰하였다.
대상 데이터
- Louis, MO, USA)를 사용하였다. 성형공정의 결합재로 polyethylene glycol을 7 wt% 첨가하였다.
- 첨가된 프릿은 borosilicate계로서 ~700℃의 유리전이점 온도를 가지고 있고, 볼밀을 사용해 분쇄한 후 60 mesh 채를 통과시켜 평균 입자크기 200 µm의 분말을 준비하여 사용하였다.
- 출발원료로 두 종류의 SiC 분말 (SiC 1:~50µm, Zhengxing Abrasive Co., Ltd, Dunhua, China; SiC 2: ~65 µm, >98%, Showa Denko, Tokyo, Japan), glass frit (Young Jin Ceramics Co., Ltd, Hampyung, Korea), 속이 빈 유리 미세구(glass microbead, ~30 µm, 3 M Scothlite Glass Bubbles, St. Paul, MN, USA) 및 고분자 미세구 (poly(methyl methacrylatecoethylene glycol dimethacrylate, ~20 µm, Sigma-Aldrich Inc, St. Louis, MO, USA)를 사용하였다.
- 탄화규소 입자(~50 µm, ~65 µm), 프릿, 유리 미세구 및 고분자 미세구를 출발원료로 사용하여, 프릿 및 유리 미세구가 SiC 입자를 결합하고 있는 미세구조를 갖는 다공질 frit-bonded SiC 세라믹스를 제조하였다.
성능/효과
- (a) 사진에서 보듯이 프릿만 첨가한 FSC1 시편에서는 ~50 µm 크기의 대형 SiC 입자들을 관찰 할 수 있고, 다른 시편들에 비해 입자간의 결합이 약하게 형성되었음을 알 수 있다.
- (d))에 FSC2와 FSC3에서 관찰된 ~5 µm 크기의 작은 구형 기공들을 관찰할 수 없었고 고분자 미세구가 열분해 되고, 출발 SiC 입자의 크기가 ~65 µm로 대형이어서, FSC1에 비하여 SiC 입자의 크기가 더 크고, 기공 크기도 ~60 µm 정도로 매우 큰 기공이 형성된 것을 관찰할 수 있었다.
- 3은 800℃에서 2시간 동안 소결하여 제조한 다공질 frit-bonded SiC 세라믹스의 기공률을 보여준다. Fig. 1에서 알 수 있듯이 FSC2의 미세조직은 유리 미세구의 첨가로 FSC1보다 치밀해 보였으나, 속이 빈 미세구를 사용하였으므로 실제 기공률은 49%로서, FSC1과 FSC2 시편이 동일한 기공률을 나타냈다. FSC2와 FSC3 시편의 기공률을 살펴보면 SiC 입자의 크기가 ~50 µm에서 ~65 µm으로 커짐에 따라 기공률은 49%에서 46%로 감소하였다.
- ~65 µm 의 SiC 입자와 프릿 및 유리 미세구를 첨가하여 제조한 FSC3는 23 MPa의 가장 높은 꺾임강도 값을 나타냈고, ~50 µm 크기의 SiC 출발 원료를 사용한 FSC2의 강도 값인 19 MPa보다 20% 향상된 강도 값을 나타냈다.
- 다공질 fritbonded SiC 세라믹스의 기공률은 ~65 µm보다 ~50 µm 크기의 SiC 입자를 사용할 때, 또는 고분자 미세구를 첨가하였을 때 증가하였다. 따라서 SiC 입자의 크기를 조절하거나 고분자 미세구의 함량을 제어함으로써 다공질 fritbonded SiC 세라믹스의 기공률을 46~55% 범위에서 제어하는 것이 가능하였다.
- 이것은 앞서 설명한 것처럼, 결합재로 프릿만 첨가한 FSC1과는 다르게 FSC2는 frit와 유리 미세구를 첨가하였기 때문이다. 따라서 속이 빈 유리 미세구의 첨가는 기공률 감소를 일으키지 않고, SiC 입자 사이에 결합재로 작용하여 강도를 향상시키는데 효과적임을 알 수 있다.
- 또한, ~50 µm 크기의 대형 SiC 입자의 사용과 800℃의 낮은 소결온도에 기인하여 치밀화가 거의 일어나지 않았고, 기공 크기는 30 µm 이하임을 관찰할 수 있다.
- 이것은 앞서 설명한 것과 같이 FSC4 시편의 경우에 소결 도중에 고분자 미세구가 분해되어 제거됨으로써 추가적인 기공을 형성했기 때문이다. 본 실험에서는 유리 미세구와 고분자 미세구의 첨가 및 SiC 입도 크기를 제어함으로써 46~55% 범위의 기공률을 가지는 다공질 frit-bonded SiC 세라믹스를 제조하는 것이 가능하였다.
- SiC 분말, 샤모트(chamotte), 프릿 및 인산을 출발원료로 사용하여 다공질 SiC 세라믹스를 제조하였고, 1300℃에서 제조한 다공질 SiC 세라믹스의 꺾임강도는 기공률 39~42%에서 약 25 MPa의 강도값을 나타냈다. 본 연구에서 제조된 다공질 프릿 결합 SiC 세라믹스는 제조 온도가 800℃로서 현저하게 낮은 장점을 갖고 있고, FSC3 시편의 경우에 강도 값은 23 MPa로서 다소 낮으나, 이는 기공률이 46%로서 높기 때문이며, Fig. 5의 결과를 기공률 42%까지 연장(extrapolation)하여 예측한 강도 값은 약 30 MPa로서 우수하였다. 본 연구의 결과는 유리 미세구의 함량과 프릿의 함량을 최적화 함으로서 추가적인 기계적 강도의 향상이 가능하다는 것을 제시한다.
- 상기 공정으로 제조된 다공질 frit-bonded SiC 세라믹스의 꺾임강도는 기공률에 의존하는 경향을 나타냈고, 프릿이 첨가된 SiC에 속이 빈 유리 미세구의 첨가는 기공률을 변화시키지 않고 강도를 향상시키는데 효과적이었다.
- 2(a)의 미세구조에서 ~50 µm 크기의 대형 SiC 입자 사이에 견고한 결합이 형성되지 않은 것을 알 수 있고, (b) 및 (c)의 미세구조를 보면 ~50 µm, 65 µm 크기의 SiC 입자 사이에서 프릿과 함께 첨가된 유리 미세구가 파괴되어 유리 미세구의 내부에 존재하던 ~5 µm 크기의 구형 기공이 관찰되었다. 이는 유리 미세구와 SiC 입자 사이에 형성된 결합의 강도가 유리 미세구 자체의 파괴강도보다 우수함을 나타내고, 유리 미세구가 SiC 입자 사이에서 결합제로 작용하고 있음을 나타낸다. ~65 µm 크기의 SiC 입자를 사용한 Fig.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.