[논문]SnO2-(1-x)P2O5-xB2O3 유리의 열적, 구조적 특성

안용태; 최병현; 지미정; 장우석; 배현; 황해진

doi:10.4191/kcers.2010.47.2.117

SnO2-(1-x)P2O5-xB2O3 유리의 열적, 구조적 특성
Structure and Thermal Properties of SnO2-(1-x)P2O5-xB2O3 Glasses 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.47 no.2 = no.327, 2010년, pp.117 - 121

안용태 (한국세라믹기술원 광.전자세라믹본부 전자소재팀) , 최병현 (한국세라믹기술원 광.전자세라믹본부 전자소재팀) , 지미정 (한국세라믹기술원 광.전자세라믹본부 전자소재팀) , 장우석 (한국세라믹기술원 광.전자세라믹본부 전자소재팀) , 배현 (신세라믹주식회사) , 황해진 (인하대학교 세라믹공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

$SnO_2-(1-x)P_2O_5-xB_2O_3$ glass system were prepared by melt-quenching technique in the compositional series containing 50, 55 and 60 mol% of $SnO_2$. Local structure of the glasses was investigated by Raman and FT-IR measurements. A large glass-forming region was found at the phosphate side of the ternary system with homogeneous glasses containing up to 5~25 mol% of $B_2O_3$. According as content of $B_2O_3$ increases, theraml expansion coefficient of glass decreased but transition temperature and softening temperature increased. Because these phenomenon changed local structure of glass. According as content of $B_2O_3$ increases, quantity of bridging oxygen increased. Also, according as content of $SnO_2$ increases, confirmed that quantity of non-bridging oxygen increases.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이를 위한 환원제로서는 유리 용융 상태에서 Sn⁴⁺를 Sn²⁺로 환원할 수 있는 sucrose를 사용하였다. 또한 SnO₂-P₂O₅-B₂O₃계 유리에서 망목산화물인 P₂O₅를 B₂O₃로 치환하였을 때 유리구조 및 물성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다.
이에 본 연구에서는 SnO-P₂O₅-B₂O₃계 유리를 제조하기 위하여 SnO 대신 화학적으로 안정한 산화물인 SnO₂를 사용하였고, 유리 형성 시 망목 산화물로 작용하는 SnO₂를 수식산화물인 SnO로 환원시켜 저온에서 용융 가능한 유리를 제조하고자 하였다. 이를 위한 환원제로서는 유리 용융 상태에서 Sn⁴⁺를 Sn²⁺로 환원할 수 있는 sucrose를 사용하였다.

제안 방법

SnO₂-(1-x)P₂O₅-xB₂O₃계 유리에서 SnO₂를 환원하기 위한 방법으로 sucrose를 첨가하여 유리를 제조하였고 유리의 특성에 미치는 B₂O₃ 치환량의 영향을 고찰하였다. Sucrose 를 이용한 환원분위기에서의 용융을 통하여 SnO₂의 Sn⁴⁺가 Sn²⁺로 환원되어 유리 수식 산화물인 SnO를 형성한다는 사실을 알았다.
본 연구에서 제조한 유리의 조성을 Table 1에 나타내었다. SnO₂의 mol분율이 0.5, 0.55, 0.6인 유리를 각각 A, B, C로 칭하였고, B₂O₃를 첨가하지 않은 SnO_2-P₂O₅계 유리를 A-1, B-1, C-1로 하고 B₂O₃의 치환량이 증가함에 따라 A-2, B-2, C-2 등으로 표시하였다. B₂O₃의 최대 치환량은 A, B, C 유리에 대하여 각각 0.
구조분석은 UV-visible spectrometer(Simatzu, 2401, Japan)를 이용하여 400~4000 cm−1대역의 값을, 주사 횟수는 20회, 분해능 2 cm−1의 조건으로 측정하였다.
이때 시료는 유리분말과 KBr을 1:200으로 하여 건조기에서 120℃ 건조 된 것을 사용하였다. 또한, Raman spectra 분석은 Raman spectrophotometer(Jasco, NRS-3100, Japan)를 사용하여 514.4 nm에서 측정하였다. 레이져 강도는 400 mW였고 벌크시편을 사용하였다.
유리전이점(Tg), 연화점(Ts) 및 열팽창계수(α)[50~400℃]는 TMA (Linseis DMA L77)를 이용하여 측정하였고, 승온속도는 분당 10℃로 하였다.
이때 시료는 KS L 1603(2001)에 의거하여 Load 1 kgf, Loading speed 60 µm, Loading time 15 sec로 10회 측정하여 평균값으로 하였으며 제조된 유리의 비정질 유무는 XRD(X-ray diffractometer, Rigako, D.Max 2200) pattern을 통하여 확인하였다.

대상 데이터

를 수식산화물인 SnO로 환원시켜 저온에서 용융 가능한 유리를 제조하고자 하였다. 이를 위한 환원제로서는 유리 용융 상태에서 Sn⁴⁺를 Sn²⁺로 환원할 수 있는 sucrose를 사용하였다. 또한 SnO₂-P₂O₅-B₂O₃계 유리에서 망목산화물인 P₂O₅를 B₂O₃로 치환하였을 때 유리구조 및 물성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다.
1로 하였다. 출발원료로는 SnO₂ (Junsei, 98%, Japan), H₃PO₃ (YAKURI, 98%, Japan), H₃BO₃ (KANTO, 99%, Japan)를 사용하였고 환원제로서 sucrose를 첨가하였다. 용융은 출발원료를 백금도가니에 넣은 후 1100℃에서 실시하였고 15분 유지한 뒤 급랭하여 유리를 제조하였다.

이론/모형

) 및 열팽창계수(α)[50~400℃]는 TMA (Linseis DMA L77)를 이용하여 측정하였고, 승온속도는 분당 10℃로 하였다. 경도는 vickers hardness test(HM-125, Akashi, Japan)를 이용하여 루프경도를 측정하였다. 이때 시료는 KS L 1603(2001)에 의거하여 Load 1 kgf, Loading speed 60 µm, Loading time 15 sec로 10회 측정하여 평균값으로 하였으며 제조된 유리의 비정질 유무는 XRD(X-ray diffractometer, Rigako, D.

성능/효과

의 치환량은 감소하는 것으로 나타났다. 50 mol% SnO₂의 경우 30%의 B₂O₃를 치환할 수 있었으나 60 mol% SnO₂의 경우 10% B₂O₃를 치환한 유리에서 결정화가 일어남을 확인하였다. B₂O₃의 치환량이 증가함에 따라 인산구조의 가교 산소가 Q₂에서 Q₁으로 감소하고 B₂O₃가 BO₃구조에서 BO₄구조로 전이되어 붕산구조가 강화됨에 따라 전이온도와 연화온도의 값은 증가하였고, 열팽창계수는 감소하였으며, 경도 값은 향상되었다.
50 mol% SnO₂의 경우 30%의 B₂O₃를 치환할 수 있었으나 60 mol% SnO₂의 경우 10% B₂O₃를 치환한 유리에서 결정화가 일어남을 확인하였다. B₂O₃의 치환량이 증가함에 따라 인산구조의 가교 산소가 Q₂에서 Q₁으로 감소하고 B₂O₃가 BO₃구조에서 BO₄구조로 전이되어 붕산구조가 강화됨에 따라 전이온도와 연화온도의 값은 증가하였고, 열팽창계수는 감소하였으며, 경도 값은 향상되었다. 한편 SnO₂의 양이 50 mol%일 때 B₂O₃ 치환량이 25 mol% 이상에서는 붕산이상현상이 발생하여 BO₄ 구조가 BO₃ 구조로 전이되어 전이온도, 연화 온도의 값은 감소하고, 열팽창계수는 증가하였으며, 경도 값은 감소하였다.
5에 나타낸 바와 같이 B₂O₃ 치환량이 증가할수록 열팽창계수는 감소하였으며, 반면 유리전이온도와 유리연화 온도는 증가하였다. Fig. 5에 나타낸 바와 같이 B₂O₃를 치환량이 증가함에 따라 유리전이온도와 유리연화온도는 급격하게 증가하였고 B₂O₃를 20 mol% 치환한 경우 가장 높은 값을 나타내었다. 이는 B₂O₃ 치환량의 증가에 따라 BO₃ 구조가 BO₄ 구조로 변하면서 약한 인산염 구조에서 붕산염 유리 구조가 형성되었다가 B₂O₃의 치환량이 어느 일정량을 넘어서게 되면 다시 BO₃ 구조로 전환되는 붕산 이상현상¹⁾이 일어나는 영역으로 추정되며, 그로 인해 유리의 구조는 약해지며 융점의 상승이 중지되고 감소되는 경향을 보이게 되는 것이라 판단 할 수 있다.
1에 나타내었다. SnO₂의 몰분율이 0.5인 A계 유리의 경우, 대부분의 조성에서 유리 형성이 가능하다는 것을 알 수 있었고 B₂O₃의 치환량이 0.3 mol%인 유리에서 결정화가 일어났다. 한편 SnO₂의 몰분율이 0.
치환량의 영향을 고찰하였다. Sucrose 를 이용한 환원분위기에서의 용융을 통하여 SnO₂의 Sn⁴⁺가 Sn²⁺로 환원되어 유리 수식 산화물인 SnO를 형성한다는 사실을 알았다.
6인 C계 유리의 경우 10%에서 결정화가 일어났다. 그러므로 SnO₂-P₂O₃-B₂O₃계 유리에서 SnO₂의 mol분율이 증가함에 따라 P₂O₅ 대신 치환 가능한 B₂O₃의 양은 감소한다는 것을 알 수 있었다. Fig.
유리 조성에서 SnO₂의 양이 50 mol%에서 60 mol%로 증가할 경우 유리를 형성할 수 있는 최대 B₂O₃의 치환량은 감소하는 것으로 나타났다. 50 mol% SnO₂의 경우 30%의 B₂O₃를 치환할 수 있었으나 60 mol% SnO₂의 경우 10% B₂O₃를 치환한 유리에서 결정화가 일어남을 확인하였다.
B₂O₃의 치환량이 증가함에 따라 인산구조의 가교 산소가 Q₂에서 Q₁으로 감소하고 B₂O₃가 BO₃구조에서 BO₄구조로 전이되어 붕산구조가 강화됨에 따라 전이온도와 연화온도의 값은 증가하였고, 열팽창계수는 감소하였으며, 경도 값은 향상되었다. 한편 SnO₂의 양이 50 mol%일 때 B₂O₃ 치환량이 25 mol% 이상에서는 붕산이상현상이 발생하여 BO₄ 구조가 BO₃ 구조로 전이되어 전이온도, 연화 온도의 값은 감소하고, 열팽창계수는 증가하였으며, 경도 값은 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PbO, Bi2O3계 조성을 대체하기 위한 연구로 어떤 조성연구들이 진행되고 있는가?	PbO, Bi2O3계 조성을 대체하기 위한 연구의 대부분은 SnOP2O5, SnO-B2O3-P2O5, SnO-ZnO-P2O5, SnO-B2O3, SnO-BPO4계에 대한 조성연구들이 진행되고 있다. SnO계 유리구조 연구로 Hayashi 등은 SnO-B2O3 및 SnO-P2O5계의 낮은 전이온도특성과 SnO의 양에 따른 유리의 구조를 조사하였고5-7) Koudelka와 Mosner는 ZnO-B2O3-P2O5계에 관한 유리형성영역과 구조적특성에 관해 연구하였다.
	유리 프리트는 무엇으로 널리 사용되고 있는가?	유리 프리트(glass frit)는 PDP(plasma display panel)의 구성소재, LCD 평면광원용 진공 봉착재, VFD의 실링재 등 디스플레이용으로 널리 사용되고 있다. 디스플레이용으로 현재 사용되고 있는 유리프리트는 PbO나 Bi2O3를 다량 함유한 유리프리트가 널리 사용되고 있다.
	SnO-P2O5계의 문제를 해결하려면 어떻게 해야하는가?	그런데 SnO-P2O5계는 유리화 후에도 습기에 민감하게 반응하는 특성을 갖고 있고, SnO는 가격이 고가이면서 불안정하여 공기 중에서 용융했을 때 산화가 일어나 용융 온도가 높아지는 문제가 있다. 이 문제를 해결하고자 N2분위기에서 저온으로 용융해야 하는 복잡한 공정을 가지고 있다.

참고문헌 (9)

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저자의 다른 논문 :

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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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