[논문]유기첨가제가 수계에서 제조된 지르코니아 과립의 미세구조 및 성형밀도에 미치는 영향

정지환; 이상진

doi:10.4150/kpmi.2017.24.2.147

유기첨가제가 수계에서 제조된 지르코니아 과립의 미세구조 및 성형밀도에 미치는 영향
Effect of Organic Additives on Microstructure and Green Density of Zirconia Granules Using Water Solvent 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.24 no.2, 2017년, pp.147 - 152

정지환 (국립목포대학교 신소재공학과) , 이상진 (국립목포대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Spherical-type zirconia granules are successfully fabricated by a spray-drying process using a water solvent slurry, and the change in the green density of the granule powder compacts is examined according to the organic polymers used. Two organic binders, polyvinyl alcohol (PVA) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), which are dissolved in a water solvent and have different degrees of polymerization, are applied to the slurry with a plasticizer (polyethylene glycol). The granules employing a binder with a higher degree of polymerization (PVA) are not broken under a uniaxial press; consequently, they exhibit a poor green density of $2.4g/cm^3$. In contrast, the granule powder compacts employing a binder with a lower degree of polymerization (HEMA) show a higher density of $2.6g/cm^3$ with an increase in plasticizer content. The packing behavior of the granule powders for each organic polymer system is studied by examining the microstructure of the fracture surface at different applied pressures.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구에서는 지르코니아 과립 분말을 수계 슬러리를이용하여 제조하였다. 결합제로 비교적 중합도가 높은 비닐계 결합제인 PVA(polyvinyl alcohol)와 중합도가 낮은 아크릴레이트계 결합제인 HEMA(Hydoxyethly methacrylate)를, 가소제로 PEG(polyethylene glycol)를 사용하여, 그 첨가량에 따른 분무 건조한 지르코니아 과립분말의 형상과가압성형 후 성형체 파단면의 미세구조를 비교, 고찰하였다. 또한 결합제와 가소제가 일축가압 된 성형체의 밀도에미치는 영향을 고찰하였다.
결합제로 비교적 중합도가 높은 비닐계 결합제인 PVA(polyvinyl alcohol)와 중합도가 낮은 아크릴레이트계 결합제인 HEMA(Hydoxyethly methacrylate)를, 가소제로 PEG(polyethylene glycol)를 사용하여, 그 첨가량에 따른 분무 건조한 지르코니아 과립분말의 형상과가압성형 후 성형체 파단면의 미세구조를 비교, 고찰하였다. 또한 결합제와 가소제가 일축가압 된 성형체의 밀도에미치는 영향을 고찰하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 안정화 지르코니아 분말은 3YSZ (KZ-3YF type A, KCM Co., Japan)를 사용하였으며, 슬러리를 제조하기 위해 분말의 함량을 10 vol%를 유지하며증류수를 혼합하여 20시간 볼밀링 하였다. 그 후 결합제로 PVA(Polyvinyl alcohol, PVA-205, Kuraray Co.

성능/효과

1. 결합제로서 중합도가 높은 PVA는 과립 내 입자간에강한 결합을 보여 고압의 성형압에도 과립이 파괴되지 않아 낮은 성형밀도를 나타내었다. 상대적으로 중합도가 낮은 HEMA 첨가 시, 성형 압력 증가와 함께 과립이 파괴되어 과립간 공극을 채우는 효과가 발현되어 성형밀도가 증가하였다.
2. 가소제인 PEG의 첨가량도 성형밀도에 영향을 미치며,HEMA 결합제를 사용한 경우, PEG 첨가량 증가는 과립 내입자간 미끄럼 현상을 유발시켜 저압에서의 과립분말 파괴에도 불구하고 성형밀도의 증가를 보였으나, 결합제 양에 비하여 3배 이상의 가소제 첨가는 국부적인 결합력을낮추어 성형체의 균열을 초래하였다.
3. 비수계에 비하여 수계의 경우는, 낮은 중합도를 갖는결합제에 가소제의 첨가량을 조절함으로써 효과적인 성형밀도의 향상이 발현됨을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지르코니아란?	지르코니아(ZrO2)는 우수한 화학적 성질과 기계적 성질로 인하여 여러분야에 사용되는 산화물 세라믹재료이다[1].이러한 지르코니아의 소결체를 얻기 위하여 분말 가압체가필요하며, 균질한 가압체를 얻기 위하여 과립형태의 분말을 사용하는 것이 유리하다.
	불완전한 과립은 어떤 영향을 미치는가?	이상적인 과립의 모양은 균일한 분포의 구형 분말이지만, 분화구 모양, 또는 도넛 모양의 결함을 갖은 과립의 형태도 나타난다[6]. 이러한 불완전한 과립들은 가압성형 시불균일한 밀도를 갖는 성형체를 유발하며, 거대 기공과 같은 내부 결함을 남기게된다[7, 8]. 불규칙한 모양 또는 큰내부기공을 가진 과립의 형상을 피하기 위해서는 슬러리의 점도를 높일 수 있도록 유기첨가제의 선정 및 고형분말 함량 조절이 중요하다.
	과립분말 성형 시 압력이 증가함에 따라 초기의 낮은압력에선 과립의 모양이 변형되면서 과립간 공극을 채우게되는 충진거동으로 인한 결과는?	일반적으로 과립분말 성형 시 압력이 증가함에 따라 초기의 낮은압력에선 과립의 모양이 변형되면서 과립간 공극을 채우게되는 충진거동이 일어나게 된다. 이는 가소제의 영향으로인해 결합제의 유리온도를 낮추어 상온에서의 결합력을 높여 밀도를 올리거나 과립의 가소성을 높여 낮은 압력에서의 과립의 변형을 유도해 충진율을 높이게 된다[13].

참고문헌 (14)

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