[논문]우수한 대전방지 및 기계적 성질을 가지는 다공성 산화티탄-산화망간 세라믹스 제조

유동수; 황광택; 김종영; 정종열; 백승우; 심우영

doi:10.6111/jkcgct.2018.28.6.263

초록
AI-Helper

최근 반도체, 디스플레이 제조장비용 세라믹소재로 대전방지 기능을 가지는 다공성 세라믹스가 시급히 요구되고 있다. 본 연구에서는 다공성 산화티탄-산화망간 기지상에 산화티탄 나노분말을 첨가하여 부분소결함으로써 $10^8-10^{10}$ ohm의 표면저항을 가지고 향상된 기계적 강도를 가지는 다공성 세라믹스를 제조하였다. 나노 크기의 산화티탄 분말을 첨가함으로써 입자 사이의 목 형성을 강화하였고, 그 결과 꺽임강도를 170 MPa(@기공률 15 %), 110 MPa(@기공률 31 %) 수준으로 증가시킬 수 있었다. 이는 P-25를 첨가하지 않았을 때의 꺽임강도(80 MPa @ 기공률 26 %)에 비하여 주목할만큼 증가한 값으로 단순한 기공률 감소가 아닌 목 형성등 미세구조 변화에 따른 것으로 판단된다. 개발 세라믹스를 적용한 OLED 유연소자 제조공정용 공기부상용 모듈을 제작하여 진공척의 성능을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, porous ceramic materials with anti-static performance are urgently needed for semiconductor and OLED/LCD display manufacturing industry. In this work, we fabricated porous titanium manganese oxide ceramics having the surface resistivity of $10^8-10^{10}$ ohm and enhanced mechani...

Recently, porous ceramic materials with anti-static performance are urgently needed for semiconductor and OLED/LCD display manufacturing industry. In this work, we fabricated porous titanium manganese oxide ceramics having the surface resistivity of $10^8-10^{10}$ ohm and enhanced mechanical strength by partial sintering method using nanosized titanium oxide. By addition of nano-sized titanium oxide in the matrix, neck formation between grains was strengthened, which remarkably increased flexural strength up to 170 MPa (@porosity: 15 %), 110 MPa (@porosity: 31 %), compared to 80 MPa (@porosity: 26 %) for pristine titanium manganese oxide ceramics. We evaluated the performances of our ceramics as air-floating module for OLED flexible display manufacturing devices.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. (a) Air-floating device for OLED display manufacture. (b) A schematic of OLED deposition module using vacuum chucking and air-floating devices. In deposition process zone, air-floating is employed for fixing a substrate. For loading and supporting a substrate, vacuum chucking is used. (c) vacuum chucking device for LCD substrates.
$Fig. 2. X-ray diffraction patterns for the sintered specimens of TiO<sub>2</sub>-MnO (P-25 30 %) sintered at (a) 1100℃ and (c) 1200℃. TiO<sub>2</sub>-MnO (P-25 40 %) (b) 1100℃, (d) 1200℃, and (e) 1300℃.$ 그림 Fig. 2. X-ray diffraction patterns for the sintered specimens of TiO₂-MnO (P-25 30 %) sintered at (a) 1100℃ and (c) 1200℃. TiO₂-MnO (P-25 40 %) (b) 1100℃, (d) 1200℃, and (e) 1300℃.
그림 Fig. 3. FE-SEM images of TiO₂-MnO (TMO) ceramics with 30 % P-25 sintered at (a) 1100℃, (b) 1200℃, (c) 1300℃.
그림 Fig. 4. FE-SEM images of TiO₂-MnO (TMO) ceramics sintered at 1100℃ with (a) 30 % P-25, (b) 40 % P-25, (× 1,000 magnification), (c) 30 % P-25, (d) 40 % P-25, (× 3,000 magnification) (e) 30 % P-25, (f) 40 % P-25 (× 10,000 magnification).
그림 Fig. 5. FE-SEM images of TiO₂-MnO (TMO) ceramics sintered at 1200℃ with (a) 30 % P-25, (b) 40 % P-25, (× 1,000 magnification), (c) 30 % P-25, (d) 40 % P-25, (× 3,000 magnification) (e) 30 % P-25, (f) 40 % P-25 (× 10,000 magnification).
그림 Fig. 6. Evolution of porosity of TMO ceramics according to amounts of P-25 and sintering temperature.
그림 Fig. 7. Evolution of flexural strength of TMO ceramics according to amounts of P-25 and sintering temperature.
그림 Fig. 8. Evolution of flexural strength of TMO ceramics as a function of porosity.
그림 Fig. 9. (a) Evolution of surface resistivity of TMO ceramics as a function of P-25 amount and sintering temperature. (b) A schematic of surface resistivity measurement. (c) A demonstration of air-floating using TMO ceramics.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 산화티탄 나노분말(Nano-sized powder)를 첨가하여 목형성을 낮은 소결온도에서도 용이하게 하여 기계적 강도(꺽임강도, flexural strength)를 증가시키고자 하였다.
P-25 나노분말을 30~40 % 범위에서 기존 산화티탄 원료를 치환함으로써 기계적 강도가 개선된 세라믹스를 제조하고자 하였다.
본 연구에서는 산화환원이 용이한 전이금속 산화물(Transition metal oxide)인 산화망간(MnO)를 산화티탄(TiO2)에 첨가하여 대전방지에 적합한 108-1010 ohm의 표면저항을 가지며 우수한 기계적 강도를 가지는 다공성 세라믹을 개발하고자 하였다.

제안 방법

X-선 회절분석기(D/max-2500, RIGAKU, 일본)를 사용하여 결정상의 변화를 관찰하였다.
P-25의 첨가량 및 소결 조건이 미세조직, 기공률 및 꺾임강도에 미치는 영향을 고찰하였다.
TMO 슬러리를 제조하기 위해 증류수에 산화티탄, 탄산망간, 산화크롬을 질량비로 각각 8 : 1.5 : 0.5로 혼합하였다. 여기에 다공성 부여를 위해 흑연을 7.
본 연구에서는 고온에서 소결되는 다공성 산화티탄(TiO2)-산화망간(MnO) 복합화 세라믹스 (TMO)의 소결 온도를 획기적으로 낮추고, 목형성을 통하여 기계적 강도를 향상시키고자 산화티탄 원료분말(~0.3 μm)에 나노 크기의 입자 크기를 갖는 산화티탄 (P-25)를 첨가하여 1100~1300℃에서 소성함으로써 다공성 TMO 세라믹스를 제조하였다.
사용된 분산제와 결합제는 polycarboxylate ammonium(Cerasperse 5468-CF, San Nopco Co. Ltd.) 와 polyvinyl alcohol(PVA-205, Kuraray)이며 각각 고형분 대비 1.5 wt%와 1.5 wt%로 첨가하였다.
성형체는 전기로를 사용하여 대기 분위기에서 각각 1100℃, 1200℃, 1300℃에서 1 h 동안 상압 소결하였다.
이러한 세라믹원료에 소결 후 다공성을 부여하기 위해 기공형성제로 흑연(graphite, 3~5.5 μm, MGF 4 995, GK-graphite)을 첨가하여 복합분말을 제조하였다.
표면저항은 저항측정기(Trek resistance meter 152-1, TREK inc., USA)를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

P-25(TiO2, 20 nm, US Research Nanomater. Inc., 미국)을 분말상태의 원료를 첨가하여 복합분말을 제조하였다.
본 연구에서는 다공성 TiO2-MnO 기지상에 TiO2 나노분말을 첨가하여 소결함으로써 대전방지 기능에 적합한 108-1010 ohm의 표면저항을 가지는 다공성 세라믹스를 제조하였다.
산화티탄 분말(98.5 %, 0.3 mm, KA-300, Cosmo chem., 한국), 탄산망간(Hubei Kaiyuan Chemical, 중국), 산화크롬(99 %, GOST 2912-79, JSC“NPCC”, 일본)을 분말 상태의 세라믹 원료로 사용하였다.

이론/모형

2단자법 프로브(152-2P), 또는 링형 단자법 프로브(152-CR-1)를 이용하여 ANSI/ESD 어소시에이션(association) 표준 중 평판물질에 대한 표준인 STM11.11(Surface resistance measurements of static dissipative planar materials) 및 IEC 61340-2에 준하여 측정하였다.
소결한 시편의 밀도는 아르키메데스법으로 측정하였다. X-선 회절분석기(D/max-2500, RIGAKU, 일본)를 사용하여 결정상의 변화를 관찰하였다.

성능/효과

따라서, 산화티탄 나노분말(Nano-sized powder)를 첨가하여 목형성을 낮은 소결온도에서도 용이하게 하여 기계적 강도(꺽임강도, flexural strength)를 증가시키고자 하였다. 그 결과, 15 %의 기공률에서도 170 MPa 이상 높은 꺽임강도를 갖는 우수한 기계적 성질의 다공성 세라믹을 합성할 수 있었으며 대전방지에 적합한 10⁸-10¹⁰ ohm의 표면저항을 가지는 것도 확인할 수 있었다.
6은 1100~1300℃에서 2시간 동안 소결하여 제조한 다공성 TMO 세라믹스의 기공률(100 %-밀도)을 보여준다. 다공성 TMO 세라믹스의 밀도는 P-25 함량과 소결 온도에 따라 3~37 % 범위를 나타냈고, P-25의 함량이 30 %에서 40 %로 증가함에 따라 1100℃에서는 37 %에서 31 %, 1200℃에서는 15 %에서 14 %까지 감소하였음을 알 수 있다. 이는 P-25가 첨가되지 않았을 때, 1100℃에서는 소결이 되지 않고, 1200℃에서는 30 %의 기공률을 보이는 것에 비교할 때, P-25에 의해서 소결이 촉진되었음을 보여준다.
ohm의 표면저항을 가지는 다공성 세라믹스를 제조하였다. 산화티탄 나노분말을 첨가함으로써 기지상입자 사이의 결합을 증가시켜 목 형성을 강화함으로써, 그 결과로 기계적 강도를 증가시켜 기공률 15 %에서도 > 170 MPa의 높은 꺽임강도를 구현하였다. 이러한 우수한 기계적 강도 및 전기전도성을 가진 다공성 세라믹스는 OLED/LCD 디스플레이 진공척 및 공기부상용 모듈에 적합할 것으로 판단된다.
산화티탄 나노분말을 첨가함으로써 기지상입자 사이의 결합을 증가시켜 목 형성을 강화함으로써, 그 결과로 기계적 강도를 증가시켜 기공률 15 %에서도 > 170 MPa의 높은 꺽임강도를 구현하였다. 이러한 우수한 기계적 강도 및 전기전도성을 가진 다공성 세라믹스는 OLED/LCD 디스플레이 진공척 및 공기부상용 모듈에 적합할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 다공성 세라믹이 이용되는 이유는?	다공성 세라믹(Porous ceramic)은 여과(Filtration), 흡착(Absorption), 촉매(catalysts), 담체(Catalyst supports), 경량재료(lightweight structural materials) 등 다양한 산업분야에 적용되고 있다[1-11]. 최근 반도체 및 디스플레이 제조 공정장비에 사용되는 핸들러(Handler), 진공척(Vacuum chuck), 노광척(Photomask chuck), 공기부상척(Air-floating chuck) 등 다양한 모듈에 기판 흡착 또는 공기 부상을 위하여 다공성 세라믹이 이용되고 있다. 최근에는 이러한 세라믹 소재에 대전방지(anti-static) 기능이 제품 수율을 높이기 위해 필수적으로 요구되고 있다.
	다공성 세라믹이 적용되는 분야는?	다공성 세라믹(Porous ceramic)은 여과(Filtration), 흡착(Absorption), 촉매(catalysts), 담체(Catalyst supports), 경량재료(lightweight structural materials) 등 다양한 산업분야에 적용되고 있다[1-11]. 최근 반도체 및 디스플레이 제조 공정장비에 사용되는 핸들러(Handler), 진공척(Vacuum chuck), 노광척(Photomask chuck), 공기부상척(Air-floating chuck) 등 다양한 모듈에 기판 흡착 또는 공기 부상을 위하여 다공성 세라믹이 이용되고 있다.
	반도체와 디스플레이 제조 공정에 사용되는 다공성 세라믹에 요구되는 것은?	최근 반도체 및 디스플레이 제조 공정장비에 사용되는 핸들러(Handler), 진공척(Vacuum chuck), 노광척(Photomask chuck), 공기부상척(Air-floating chuck) 등 다양한 모듈에 기판 흡착 또는 공기 부상을 위하여 다공성 세라믹이 이용되고 있다. 최근에는 이러한 세라믹 소재에 대전방지(anti-static) 기능이 제품 수율을 높이기 위해 필수적으로 요구되고 있다. 5세대 이상 LCD 디스플레이 공정에서 1 m 이상 대형유리기판의 사용이 보편화되면서 대형화가 진행되고 있으며, 이와 더불어 기판 흡착을 위한 진공척의 대전방지 기능등 고기능화에 대한 요구가 급증하고 있다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

우수한 대전방지 및 기계적 성질을 가지는 다공성 산화티탄-산화망간 세라믹스 제조
Fabrication of porous titanium oxide-manganese oxide ceramics with enhanced anti-static and mechanical properties 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (9)

표/그림 (9)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

우수한 대전방지 및 기계적 성질을 가지는 다공성 산화티탄-산화망간 세라믹스 제조 Fabrication of porous titanium oxide-manganese oxide ceramics with enhanced anti-static and mechanical properties 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (9) 모든 표/그림 보기

표/그림 (9) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

유동수 (1) 황광택 (83) 김종영 (21) 백승우 (1) 심우영 (2)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

우수한 대전방지 및 기계적 성질을 가지는 다공성 산화티탄-산화망간 세라믹스 제조
Fabrication of porous titanium oxide-manganese oxide ceramics with enhanced anti-static and mechanical properties 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (9)

표/그림 (9)

AI 본문요약
AI-Helper