[논문]열처리 온도에 따른 8YSZ 후막의 미세구조

한상훈; 노효섭; 나동명; 김광호; 이운영; 박진성

doi:10.4191/kcers.2011.48.1.106

열처리 온도에 따른 8YSZ 후막의 미세구조
Heat Treatment Effect on the Microstructure of 8YSZ Thick Film 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.48 no.1, 2011년, pp.106 - 109

한상훈 (조선대학교 신소재공학과) , 노효섭 (가우스텍 주식회사) , 나동명 (가우스텍 주식회사) , 김광호 (가우스텍 주식회사) , 이운영 (조선대학교 공학기술연구원) , 박진성 (조선대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to fabricate 8YSZ thick film by silk screen printing, YSZ(yttria-stabilized zirconia) commercial powder was used as starting materials. Paste for screen printing was made by mixing 8YSZ powder and organic vehicles. 8YSZ thick film was formed on $Al_2O_3$ substrate. The crystal structure, and microstructure were investigated. Grain size of 8YSZ was increased with increasing calcination temperature and rapid grain growth was shown after calcination at $1300^{\circ}C$. Microstructure showed the mixture of large and small grain size after $1400^{\circ}C$ sintering. Shrinkage rate of 8YSZ thick film sintered at $1400^{\circ}C$ was more than 40%.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

하소 분말은 325 mesh 체가름을 수행하여 조립화 하였다. 8YSZ 조립화 분말을 유기바인더와 혼합하여 인쇄용 페이스트를 제조하였고, 자동 실크스크린 프린터(Micortec, Japan)를 이용하여 8YSZ 페이스트를 0.25 mm 두께의 Al₂O₃ 기판에 인쇄하고 1200℃, 1300℃ 그리고 1400℃ 온도에서 3시간 소결하여 미세구조 및 두께 변화를 관찰하였다.
8YSZ 조성의 균일한 sub-µm 분말을 사용하여 하소를 거친 후 Al2O3 기판위에 유기용매로 제조한 8YSZ 페이스트를 후막 인쇄하여 8YSZ/Al2O3-substrate 구조를 형성하여 후 열처리를 실시하였다.
8YSZ 페이스트를 Al₂O₃ 기판위에 인쇄하고 1200~1400℃로 소결 하여 Fig. 1과 같은 8YSZ/Al₂O₃-substrate 구조를 형성하였고, 합성 인쇄한 Al₂O₃ 기판 위의 8YSZ 막 특성을 비교하기 위하여 상업용 8YSZ 기판을 구입하여 비교하였다. 8YSZ 기판의 두께는 0.
본 연구에서는 전자재료로서 가장 널리 사용되는 8YSZ 성분은 상업용 나노분말을 사용하고, 이를 유기바인더와 혼합하여 후막 인쇄용 페이스트(paste)를 제조하고, 이것을 Al₂O₃ 기판위에 인쇄하여 ZrO₂/Al₂O₃-substrate 구조를 형성하기 위해 열처리 하였고, 이에 따른 후막의 미세구조와 두께 변화를 관찰하였다.
) 조성의 상업용 나노분말을 사용하였다. 상업용 나노분말을 1100℃,1300℃에서 3시간 하소하여 단사정계 상이 없는 안정한 정방정계상이 주인 8YSZ 상을 구현하였다. 하소 분말은 325 mesh 체가름을 수행하여 조립화 하였다.

대상 데이터

원료는 8YSZ(8 mol% Y₂O₃ stabilized ZrO₂) 조성의 상업용 나노분말을 사용하였다. 상업용 나노분말을 1100℃,1300℃에서 3시간 하소하여 단사정계 상이 없는 안정한 정방정계상이 주인 8YSZ 상을 구현하였다.

이론/모형

4 단면 SEM 사진을 기초로 막 두께 변화 및 이것으로부터 계산한 수축율을 Table 1에 요약하였다. 수축율은 공식 (1)을 사용하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	순수한 ZrO2은 온도에 따라 결정구조가 변하기 때문에 발생하는 문제는?	순수한 ZrO2는 상온에서 단사정계(monoclinic) 결정구조를 가지고, 1170oC 이상에서는 정방정계(tetragonal) 결정 구조, 그리고 2370oC 이상에서는 입방정계(cubic)로 결정 구조가 바뀐다.1) 이러한 결정 구조 변화로 부피도 변하여 기계적 특성을 저하시키는 문제가 있어서, 기타 금속이나, 희토류 산화물을 ZrO2에 첨가하여 안정한 입방정계 구조를 상온에서까지도 유지 시키고 있고, 이렇게 제조한 ZrO2를 안정화 지르코니아라고 한다.
	Al2O3와 같은 기판 위에 ZrO2 막을 성장 증착 시키는 경우 필수적인 요인은?	기판재료로서 ZrO2는 내마모성과 같은 인성특성은 우수하나, 고온열처리 후 가공성 등에서 애로점이 있어서 사용에 제약이 있다. Al2O3와 같은 기판 위에 ZrO2 막을 성장 증착 시키는 경우는 ZrO2 막 자체의 치밀화, 크랙발생 억제, 기판과의 강한 접착성 등이 필수적이다. 이러한 요구와 다양한 전자재료로서 활용성을 높이기 위해 알루미나 기판위에 YSZ 막을 올리는 연구가 다양하게 진행되고 있고, 열팽창 계수 차이를 개선하기 위한 중간층 연구도 병행되고 있다.
	순수한 ZrO2가 온도에 따라 어떤 결정구조를 가지는가?	순수한 ZrO2는 상온에서 단사정계(monoclinic) 결정구조를 가지고, 1170oC 이상에서는 정방정계(tetragonal) 결정 구조, 그리고 2370oC 이상에서는 입방정계(cubic)로 결정 구조가 바뀐다.1) 이러한 결정 구조 변화로 부피도 변하여 기계적 특성을 저하시키는 문제가 있어서, 기타 금속이나, 희토류 산화물을 ZrO2에 첨가하여 안정한 입방정계 구조를 상온에서까지도 유지 시키고 있고, 이렇게 제조한 ZrO2를 안정화 지르코니아라고 한다.

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