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반응소결된 Si3N4-SiO2-BN 복합체의 기계적 강도 및 유전물성에 관한 연구

Flexural Strength and Dielectric Properties of in-situ Si3N4-SiO2-BN Composite Ceramics

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.51 no.5, 2014년, pp.386 - 391  

이현민 (한국과학기술원 (KAIST)) ,  이승준 (국방과학연구소) ,  백승수 (국방과학연구소) ,  김도경 (한국과학기술원 (KAIST))

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Silicon nitride ($Si_3N_4$) is regarded as one of the most promising materials for high temperature structural applications due to its excellent mechanical properties at both room and elevated temperatures. However, one high-temperature $Si_3N_4$ material intended for use in ra...

주제어

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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 레이돔 물질로 사용할 Si3N4-SiO2-BN 복합체 제조를 위한 연구로 Si3N4와 B2O3 간의 in-situ 합성법 (식 (1))에 의한 균일도 높은 세라믹 복합소재의 제조에 관한 연구를 수행하였다.
  • In-situ 반응으로 형성된 복합체 SNI 조성의 경우, 혼합 초기에 BN 을 첨가하여 반응시켜 형성한 복합체 SNI-20 조성 보다 높은 기계적 강도와 낮은 유전상수 값을 보였다. 본 연구에서는 Si3N4-SiO2-BN 복합체의 소결 밀도, 굽힘강도, 유전물성, 미세구조를 확인하며, 재료 내에 존재하는 기공이 물성 값에 미치는 영향을 최소화 하여 복합체 조성 자체의 물성 값을 확인 하였다. 이에 따라 추후 레이돔 물질로 사용할 복합체 제조의 조성 설계의 일환으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Si3N4의 유전상수를 효과적으로 낮추는 방법은? 2 for hot-pressed Si3N4 at 8-10 GHz)을 가져 레이돔 물질로 사용하는 데에 한계를 보인다.2-4) Si3N4의 유전상수를 효과적으로 낮추는 방법으로는 크게 두 가지 방법이 있는데, 첫째로는 재료의 미세구조나 기공도를 조절하는 것이고,5-11) 두번째로는 silicon dioxide(SiO2) / Si3N4, boron nitride(BN) / Si3N4 세라믹스 복합체와 같이 저 유전상수 값을 가지는 물질과의 복합체를 형성하는 방법이 있다.8-15) 본 연구에서는 저밀도, 낮은 유전상수, 높은 기계적 강도 값을 얻기 위해 Si3N4-SiO2-BN 복합체를 제조하였고 기계적, 유전적 특성을 분석하였다.
레이돔은 무엇인가? 레이돔은 초음속의 고온, 고속 환경에서 사용되는 마이크로파 투과창으로서, 사용되는 전파 투과성 물질은 높은 녹는점, 내산화성, 우수한 기계적 특성, 낮은 유전상수 등의 특성을 요구한다. 특히 레이돔에 사용되는 물질은 기본적으로 내부의 안테나를 보호하고 안테나의 전자파신호를 왜곡 및 손실 없이 전달하여야 한다.
세라믹 복합체 제조 시 in-situ 합성법을 이용할 경우 장점은? 입자강화 복합재료는 주로 초기 분말의 물리적 혼합 후 소결 공정을 통해 제조하는 방법을 이용하나, 이 방법에서는 이차상의 분포도와 균일도는 초기입자의 모양, 크기에 의존하고 혼합 공정에 따라 달라지게 된다. 반면 in-situ reaction을 이용하여 복합체를 제조하면, 미세하고 균일하게 혼합된 미세구조의 복합체를 얻을 수 있어 일반적인 물리적 혼합 방식으로 얻은 복합체보다 우수한 고온안정성, 높은 기계적 강도 등의 특성을 기대할 수 있다. 육방정계의 BN (h-BN)을 미세한 입자크기로 골고루 분포시켜 균일도 높은 복합체를 제조하는 in-situ 합성법에 관한 연구도 보고되고 있다.
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참고문헌 (25)

  1. J. D. Walton and J. R. Radome Engineering Handbook: Design and Principle; pp.229-338, Inorganic Radomes, New York, 1970. 

  2. J. D. Walton: in Proc. of the Second International Conference on Electromagnetic Windows, Paris, France, 1971. 

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  5. S. -H. Lee, C. -R. Cho, Y. -J. Park, J. -W. Ko, H. -D. Kim, H. -T. Lin, and P. Becher, "Densification of Reaction Bonded Silicon Nitride with the Addition of Fine Si Powder-Effects on the Sinterability and Mechanical Properties," J. Kor. Ceram. Soc., 50 [3], 218-25 (2013). 

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  9. L. Yuan, J. -K. Yu, and S. -W. Zhang, "Fabrication of Porous Reaction-Bonded $Si_3N_4$ -SiC Composites," Adv. Mater. Res., 391, 575-79 (2012). 

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  24. B. Yuan, J. -X. Liu, G. -J. Zhang, Y. -M. Kan, and P. -L. Wang, "Silicon Nitride/Boron Nitride Ceramic Composites Fabricated by Reactive Pressureles Sintering," Ceram. Int., 35, 2155-59 (2009). 

  25. E. Ryshkewitch, "Compression Strength of Porous Sintered Alumina and Zirconia," J. Am. Ceram. Soc., 36, 65-68 (1953). 

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