[논문]하소이트리아 소결체의 특성과 플라즈마저항성 평가

최진삼; 배원태

doi:10.4191/kcers.2013.50.5.348

하소이트리아 소결체의 특성과 플라즈마저항성 평가
Plasma Resistance Evaluation and Characteristics of Yttria Ceramics Sintered by Using Calcination Yttria 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.50 no.5, 2013년, pp.348 - 352

최진삼 (경상대학교 세라믹공학전공) , (나가오카과학기술대학 극한에너지 밀도공학연구센타) , 배원태 (경상대학교 세라믹공학전공)

Abstract ▼ AI-Helper

The evaluation of plasma resistance and the characteristics of yttria ceramics fabricated by calcination yttria as a starting material without dopants under an oxidation atmosphere was investigated. Regardless of the starting materials, as-received, and calcined yttria powder, XRD patterns showed that all samples have $Y_2O_3$ phase. The three cycling process inhibited a large grain, which occurs frequently during the yttria sintering, and a high density ceramic with a homogeneous grain size was obtained. The grain size of the sintered ceramic was affected by the starting powders. The smaller the grain size, the larger were the Young's modulus and KIC. Compared to $Al_2O_3$ and $ZrO_2$ ceramics, yttria ceramics showed a 3 times larger plasma resistance and a 1.4~2.2 times lower weight loss during the plasma etching test, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

여기서 RE와 n은 희토류와 양이온의배위수를 각각 나타낸다. 따라서 산소빈자리와 수화반응이 이트리아의소결성에 미치는 영향을 파악하기위하여, 본 연구에서는 하소로 수화반응물과 전구체에 포함된 가스가 제거된 이트리아를 상압소결하여 소결특성을 조사하고자 하였다.^5,12) 덧붙여 산소빈자리에 산소확산이 일어나면 밀도와 무게증가가 나타나는 결과를 채용하기위하여 반복열처리 하였다.

제안 방법

0.2 μm 다이아몬드로 연마한 시편에 하중 500 g을 10회 이상 압입을 실시한 평균값으로 KIC (HV-100, Mitutoyo, Japan)를 측정하였다.
^5,12) 덧붙여 산소빈자리에 산소확산이 일어나면 밀도와 무게증가가 나타나는 결과를 채용하기위하여 반복열처리 하였다.¹¹⁾ 또한 소결시편의 플라즈마 저항성을 대조군과 상호 비교 평가하였다.
따라서 산소빈자리와 수화반응이 이트리아의소결성에 미치는 영향을 파악하기위하여, 본 연구에서는 하소로 수화반응물과 전구체에 포함된 가스가 제거된 이트리아를 상압소결하여 소결특성을 조사하고자 하였다.^5,12) 덧붙여 산소빈자리에 산소확산이 일어나면 밀도와 무게증가가 나타나는 결과를 채용하기위하여 반복열처리 하였다.¹¹⁾ 또한 소결시편의 플라즈마 저항성을 대조군과 상호 비교 평가하였다.
상압에서 반복소결한 생분말 및 하소분말이트리아 소결체의 특성과 플라즈마저항성을 조사하였다. 하소분말 소결체는 생분말 소결체보다 상대적인 고밀도와 기공이 감소한 미세구조를 나타내었다.
, Japan)로 식각깊이와 무게감소율을 식 (2)와 (3)으로 구하였다. 소결 특성과 플라즈마평가는 고온가압소결체, Al₂O₃(99.6%, SWI, US), ZrO₂(SWI, US), Si-wafer(Sumco Co., Japan), Quartz (GE, US) 등의 대조군으로 상대비교하였다.¹¹⁾
1의 열이력으로 상압소결하여 Table 1의 소결시편을 제조하였다. 시편의 결정상, 미세구조, 그리고 밀도는 XRD (D/MAX-2550V, Rigaku, Japan)，광학현미경(LV100, Nikon, Japan), SEM(JSM-6700F, Jeol, Japan), 그리고 아르키메르데스법으로 각각 측정하였다. 탄성율은 오실로스코프 (Tektronix, TDS3012, Japan)를 이용하여 X-와 Y-변조 및 종횡파를 Pulse echo 장치(5800Pulser/Receiver, Panametrics, Japan)로 측정하였다.
2 μm 다이아몬드로 연마한 시편에 하중 500 g을 10회 이상 압입을 실시한 평균값으로 KIC (HV-100, Mitutoyo, Japan)를 측정하였다. 연마시편에 켑톤테이프를 마스킹하여 유도결합플라즈마장치(Versiline, UNAXIS Co., US)로 60 min 동안 플라즈마를 조사한 후 표면거칠기(surfcorder ET3000, Kosaka Lab., Japan)로 식각깊이와 무게감소율을 식 (2)와 (3)으로 구하였다. 소결 특성과 플라즈마평가는 고온가압소결체, Al₂O₃(99.
, Japan)이며, CY는 ASY를 1250^oC에서 48 h 하소하여 출발물질로 각각 사용하였다. 지름 60 mm 몰드에 출발물질 100 g을 충진하여 200 kg/cm²으로 1-축성형한 후 성형밀도를 높이기 위해서 300 bar 압력으로 정수압성형을 하였다. 승온과 냉각속도는 5℃/min이며, Fig.
시편의 결정상, 미세구조, 그리고 밀도는 XRD (D/MAX-2550V, Rigaku, Japan)，광학현미경(LV100, Nikon, Japan), SEM(JSM-6700F, Jeol, Japan), 그리고 아르키메르데스법으로 각각 측정하였다. 탄성율은 오실로스코프 (Tektronix, TDS3012, Japan)를 이용하여 X-와 Y-변조 및 종횡파를 Pulse echo 장치(5800Pulser/Receiver, Panametrics, Japan)로 측정하였다. 0.

대상 데이터

Table 1은 이트리아 세라믹 시편명이며 시편제조는 다음과 같다. ASY는 99.9%의 이트리아(UUHP, Shin-Etsu Chemical Co. LTD., Japan)이며, CY는 ASY를 1250^oC에서 48 h 하소하여 출발물질로 각각 사용하였다. 지름 60 mm 몰드에 출발물질 100 g을 충진하여 200 kg/cm²으로 1-축성형한 후 성형밀도를 높이기 위해서 300 bar 압력으로 정수압성형을 하였다.

성능/효과

1) 부분안정화 지르코니아와 소결조제로 폭넓게 사용되는 이트리아는 최근 플라즈마에 의해 활성화된 라디칼과 양이온저항성이 Quartz, Al₂O₃, ZrO₂, BN과 SiC 보다 우수해 반도체산업에서 관심의 대상이 되고 있지만 난소결성의 물질이다.²⁾ 그럼에도 불구하고 진공 혹은 수소조건에서 소결한 이트리아가 이론밀도에 근접한다는 보고이래로 공침법을 이용한 나노입자합성 및 전구체와 첨가물 영향에 관한연구가 진행되어져왔다.
출발물질에 따른 결정상의 차이는 48개 정규격자리에서 1/4정도 비어있는 산소빈자리의 산소채움의 영향이라고 생각된다.^1,6,10) 1250℃에서 48 h 하소한 출발물질은 수화반응과 전구체가스 등이 제거된 상태에서 소결이 진행되는 반면에 ASY는 소결과정에서 1250℃까지 지속적인수화반응물과 전구체의 가스휘발이 나타난다.^5,12) Rhodes 등¹³⁾은 불순물 형태로 흡착된 메탄가스의 지속적인 휘발뿐만 아니라 탄화 및 수화반응으로 1200℃까지 지속적인 CO₂와 물의 방출은 소결에 영향을 미치기 때문에 하소출발물질은 전구체의 흡착가스와 수화반응영향으로부터 자유롭다고 보았다.
8) 이 근거로 1050 ~ 1250℃에서 O의 자기확산계수와 활성화에너지는 6×10−6cm2/sec와 82KJ/mole 정도이다.
반복열처리과정에서 국부적인 Y : O의 비율차이로 출현한 액상은 균일한 결정입으로 전환되었다. 이트리아세라믹 소결체는 Al₂O₃와 ZrO₂의 대조군에 비해 플라즈마저항성 및 무게감소율은 3배 이상, 그리고 1.4 ~ 2.2배 이하로 각각 나타났다. 플라즈마저항성 평가는 순수이트리아 소결체에 대한 가치이며, 하소와 반복열처리는 이트리아의 효과적인 소결방법 중의 하나로 제시할 수 있었다.
상압에서 반복소결한 생분말 및 하소분말이트리아 소결체의 특성과 플라즈마저항성을 조사하였다. 하소분말 소결체는 생분말 소결체보다 상대적인 고밀도와 기공이 감소한 미세구조를 나타내었다. 반복열처리과정에서 국부적인 Y : O의 비율차이로 출현한 액상은 균일한 결정입으로 전환되었다.

후속연구

^17,18) 이 액상은 반복소결과정에서 격자내 산소확산으로 인해서 Y :O 비율이 40 : 60 (at%)의 화학양론적으로 변화한다. 따라서 액상으로 존재하기보다는 결정상으로 바뀌는 것이 안정하기 때문에 열분해 되어 Fig. 4의 조대입자가 소멸하는 것으로 생각되지만, 이 가설은 추가연구를 통해서 증명할 것이다. Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이트리아는 어떻게 사용되어지는가?	이트리아는 단위정당 38개의 이트륨과 48개의 산소이온자리를 가지며 2325oC를 기준으로 정방정결정구조에서 육방정계 결정구조구조로 상전이가 일어난다고 알려져 있다.1) 부분안정화 지르코니아와 소결조제로 폭넓게 사용되는 이트리아는 최근 플라즈마에 의해 활성화된 라디칼과 양이온저항성이 Quartz, Al2O3, ZrO2, BN과 SiC 보다 우수해 반도체산업에서 관심의 대상이 되고 있지만 난소결성의 물질이다.2) 그럼에도 불구하고 진공 혹은 수소조건에서 소결한 이트리아가 이론밀도에 근접한다는 보고이래로 공침법을 이용한 나노입자합성 및 전구체와 첨가물 영향에 관한연구가 진행되어져왔다.
	이트리아의 특징은 무엇인가?	이트리아는 단위정당 38개의 이트륨과 48개의 산소이온자리를 가지며 2325oC를 기준으로 정방정결정구조에서 육방정계 결정구조구조로 상전이가 일어난다고 알려져 있다.1) 부분안정화 지르코니아와 소결조제로 폭넓게 사용되는 이트리아는 최근 플라즈마에 의해 활성화된 라디칼과 양이온저항성이 Quartz, Al2O3, ZrO2, BN과 SiC 보다 우수해 반도체산업에서 관심의 대상이 되고 있지만 난소결성의 물질이다.
	이트리아의 첨가물은 무엇에 따라 입계이동에 영향을 미치는가?	2) 그럼에도 불구하고 진공 혹은 수소조건에서 소결한 이트리아가 이론밀도에 근접한다는 보고이래로 공침법을 이용한 나노입자합성 및 전구체와 첨가물 영향에 관한연구가 진행되어져왔다.3-5) 첨가물은 전하가를 보상하는 산소빈자리에 위치하여 양이온의 확산도, 용질이동, 그리고 첨가제-결함상호작용에 따라 입계이동에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다.6,7) 이론밀도에 근접하는 이트리아 소결체를 보고한 Huang등8)의 결과역시 첨가제가 포함된 분말을 상압에서 2단계 소결한 후 최종적으로 진공에서 3단계로 소결하는 방법이다.

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저자의 다른 논문 :

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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