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질화규소 세라믹의 유전 및 기계적 특성 제어에 관한 연구
Tailoring the Dielectric and Mechanical Properties of Si3N4 Ceramics 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.21 no.6, 2018년, pp.760 - 766  

이승준 (국방과학연구소 제4기술연구본부) ,  용석민 (국방과학연구소 제4기술연구본부) ,  박진우 (국방과학연구소 제4기술연구본부) ,  최재호 (국방과학연구소 제4기술연구본부) ,  백승수 (국방과학연구소 제4기술연구본부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study investigates the effect of PMMA and BN content on microstructure, mechanical and dielectric properties of silicon nitride($Si_3N_4$) ceramics in $Y_2O_3-Al_2O_3$ additive system. The total additive content was fixed at 8 wt.% and the amount of PMMA varies from...

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문제 정의

  • 2)로 인해 실질적인 응용에 제약을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 용융 실리카 대비 우수한 기계적 특성을 나타내며, 동시에 질화규소의 고유한 유전율 보다 낮으며, 유전 손실이 0.01 이하인 소재를 개발하고자 한다.
  • 공기 또는 제 2상 첨가를 통해 유전율 감소에 의한 전파 투과 특성은 우수하나 식 (2)에 의해 세라믹 소재의 강도는 기공도가 증가함에 따라 강도가 지수적으로 감소하므로, 강도대비 유전 특성 최적화 조성 설계가 질화규소를 레이돔 소재로 활용하기 위해 필수적임을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 PMMA(기공 형성제) 및 BN의 첨가량에 따른 유전 물성 및 기계적 물성 평가를 통해 질화규소 세라믹을 레이돔 소재로의 활용을 위한 기본 자료를 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 질화규소 세라믹를 레이돔 소재로 응용을 위한 유전 특성 및 기계적 특성 제어에 관한 연구를 실시하였다. 질화규소 세라믹의 특성 제어를 위해 PMMA 및 BN의 첨가량을 달리하여 질화규소 세라믹을 제조하였다.
  • 본 연구에서는 질화규소 세라믹보다 유전율이 낮은 공기(기공, εr= 1) 및 BN(εr = 4.4) 첨가를 통해 유전 특성을 제어하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레이 돔의 역할은 무엇인가? 또한 질화규소 세라믹의 우수한 유전 특성을 바탕으로 레이돔(radome) 등의 고온 전파 투과 소재로 응용을 위한 연구도 활발히 진행되고 있다 [1,3,4] . 레이 돔은 유도 무기 운용 조건에서 탐색기를 보호하는 구조 재료 역할과 탐색기가 사용하는 주파수 영역에서 전파를 손실 또는 왜곡없이 투과시키는 전파 투과 창 (window) 역할을 하며, 이는 레이돔 소재의 유전 물성과 관계된다. 레이돔 소재의 유전율이 낮을수록 레이돔 표면에서 전파 반사가 낮아, 방사 패턴의 왜곡 및 삽입 손실(insertion loss)이 감소하여 탐색 특성에 유리 하게 작용한다 [4] .
액상 소결이란? 질화규소 세라믹은 일반적으로 액상 소결을 통해 치밀화가 이루어진다 [1,7] . 액상 소결이란 소결 온도에서 질화규소 표면의 SiO 2 와 소결 조제와 반응하여 액상을 형성하고, 생성된 액상을 통한 입자 재배열 및 물질이 동에 의해 치밀화가 이루어지는 소결 공정이다. Table 1 및 Fig.
용융 실리카의 단점은 무엇인가? 8)을 나타내어 우수한 전파 투과 특성으로 인해 레이돔 소재로 응용을 위한 연구가 활발히 진행 되었다. 하지만 낮은 굴곡 강도(~ 30 MPa)로 인하여 고속 및 고기동 유도무기의 레이돔 응용에 제약을 가지고 있다. 하지만 질화규소 세라믹은 용융 실리카 대비 매우 우수한 기계적 특성(~ 600 MPa)을 가지고 있지만, 비교적 높은 유전율(ε r ~ 8.
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참고문헌 (15)

  1. F. L. Riley, "Silicon Nitride and Related Materials," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 83, Issue 2, pp. 245-165, 2000. 

  2. F. Chen, Q, Shen, L. Zhang, "Electromagnetic Optimal Design and Preparation of Broadband Ceramic Radome Materials with Graded Porous Structure," Progress in Electromagnetic Research, Vol. 105, pp. 445-461, 2010. 

  3. S. J. Lee, S. Baek, "Effect of $SiO_2$ Content on the Microstructure, Mechanical and Dielectric Properties of $Si_3N_4$ Ceramics," Ceramics International, Vol. 42, Issue 8, pp. 9921-9925, 2016. 

  4. J. D. Walton, "Radome Engineering Handbook," Marcel Dekker, INC., New York, pp. 229-344, 1970. 

  5. K. K. Karkkainen, A. H. Sihvola, K. I. Nikoskinen, “Effective Permittivity of Mixture: Numerical Validation by the FDTD Method,” IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 38, No. 3, pp. 1303-1308, 2000. 

  6. W. D. Kingery, H. K. Bowen, D. R. Ulhann, "Introduction to Ceramics," John Wiley & Sons, Inc. New York, 2nd Edition, pp. 808-812, 1976. 

  7. J. F. Yang, T. Ohji, "Influence of Yttria-Alumina on Sintering Behavior and Microstructure of Silicon Nitride Ceramics," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 83, Issue 8, pp. 2094-2096, 2000. 

  8. S. Hampshire, "Silicon Nitride Ceramics - Review of Structure, Processing and Properties," Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 24, Issue 1, pp. 43-50, 2007. 

  9. P. Wu, Y. Xu, Z. Huang, J. Zhang, “A Review of Preparation Techniques of Porous Ceramics Membranes,” Journal of Ceramic Processing Research, Vol. 16, No. 1, pp. 102-106, 2015. 

  10. D. Wei, Q. Meng, D. Jia, "Microstructure of Hotpressed h-BN/ $Si_3N_4$ Ceramic Composite with $Y_2O_3$ - $Al_2O_3$ Sintering Additive," Ceramics International, Vol. 33, pp. 221-226, 2007. 

  11. T. Kusunose, T. Sekino, Y. H. Choa, K. Niihara, "Fabrication and Microstructure of Silicon Nitride/ Boron Nitride Nanocomposites," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 85, Issue 11, pp. 2678-2688, 2002 

  12. S-H. Kim, Y-H. Lee, W-S. Cho, J-G. Kim, M-W. Cho, E-S. Lee, J-H. Lee, “Effect of h-BN Content on Microstructure and Mechanical Properties of Si3N4,” Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 40, No. 9, pp. 867-873, 2003. 

  13. J. Yang, J-F. Yang, S-Y. Shan, J-Q. Gao, T. Ohji, "Effect of Sintering Additives on Microstructure and Mechanical Properties of Porous Silicon Nitride Ceramics," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 89, Issue 12, pp. 3843-3845, 2006. 

  14. Y. Yacubowicz, M. Narkis, L. Benguigui, “Electrical and Dielectric Properties of Segregated Carbon Black-Polyethylene Systems,” Polymer Engineering and Science, Vol. 30, No. 8, pp. 459-468, 1990. 

  15. T. Fateh, F. Richard, T. Rogaume, P. Joseph, "Experimental and Modelling Studies on the Kinetics and Mechanisms of Thermal Degradation of Polymethyl Methacrylate in Nitrogen and Air," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Vol. 120, pp. 423-433, 2016. 

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