[논문]PNW-PMN-PZT 세라믹스의 Attrition Milling에 따른 입도분석 및 압전특성

이상호; 류주현; 오동언; 류성림; 홍재일; 정광현; 정문영

PNW-PMN-PZT 세라믹스의 Attrition Milling에 따른 입도분석 및 압전특성
Particle Size and Piezoelectric Characteristics of PNW-PMN-PZT Ceramics as a Function of Attrition Milling process. 원문보기

이상호 (세명대학교) , 류주현 (세명대학교) , 오동언 (세명대학교) , 류성림 (충주대학교) , 홍재일 (동서울대학) , 정광현 (인하대학교) , 정문영 (세명대학교)

Particle size and piezoelectric characteristics of PNW-PMN-PZT ceramics with the variations in attrition milling conditions were investigated for the piezoelectric transformer application. Particle size and distribution were decreased with increasing milling time. Dielectric constant (${\varepsilon}r$), electromechanical coupling factor (kp), mechanical quality factor (Qm) and density showed the optimum value of 1563, 0.53, 2342, 7.63, respectively at 7h milling time.

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문제 정의

본 연구에서는 유전상수, 기계적 품질계수 및 전기기계결합계수가 큰 조성을 개발하고 Rosen 형 압전 트랜스포머로서의 응용가능성을 조사하기 위하여 위하여 PMW-PNM-PZT 세라믹스 조성을 Attrition Milling 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
또한 노트북이나, PDA등의 경우는 슬림화가 필요한데, 전자식 안정기의 컴팩트화는 사실상 불가능 하 기때문에 높은 안정성을 가지고 소형화가 가능한 압전변압기의 개발이 필요하다 하겠다. 본 연구에서는 이전의 연구에서 PNW-PMN-PZT으로[2] 우수한 압전 특성을 보인 조성을 사용하여 CCFL구동용인 버터로의 응용 가능한 우수한 압전 트랜스포머용 조성 세라믹스를 개발하기 위하여 Attrition Milling 조건의 변화를 주어 입도분포가 압전 및유전특성에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

위의 조성을 IO" 까지 칭량하였고 Ball Mill을 사용하여 24시간 혼합분쇄 하였다, 건조 후 알루미나 도가니로 850℃ 에서 2시간 하소 하였으며, 하소 후 Attrition Mill을 이용하여 각각 1, 3, 5, 7, 9 시간 혼합 분쇄 하였다. 건조 후 2g을 취하여 입도분석을 하였으며, 나머지 시료는 PVA (5wt% 수용액) 을 첨가하여 1000[kg/cnf]의 압력으로 성형하였다.
분쇄 하였다. 건조 후 2g을 취하여 입도분석을 하였으며, 나머지 시료는 PVA (5wt% 수용액) 을 첨가하여 1000[kg/cnf]의 압력으로 성형하였다. 이 시편을 600笆에서 3 시간 동안 결합재를 태워버린 후, 1200C에서 2 시간 소결하였다.
,ern Mastersizer S)를 사용하여 레이저 회절법으로 측정하였다. 그리고 LCR meter (ANDO AG-4304)를 사용하여 1kHz에서 정전용량을 측정하여 유전상수를 계산하였으며, Impedance Analyzer (Agilent 4294)를 사용하여 공진 반공 진주파수를 측정하여 IRE 규정에 따라 전기기계 결합계수, 기계적 품질계수를 계산 하였다.
소결 후 특성측정을 위해 두께 1顺로 연마하고, Ag 전극을 도포하여 650℃에서 10분간 열처리 하였다. 전극이 형성된 시편을 12此의 실리콘 오일에서 30[kV/cm] 의 전계를 주어 분극 하였으며, 24시간 후 시편의 특성을 측정하였다. 입도분석을 하기위하여 입도 분석기 (Mal.

이론/모형

전극이 형성된 시편을 12此의 실리콘 오일에서 30[kV/cm] 의 전계를 주어 분극 하였으며, 24시간 후 시편의 특성을 측정하였다. 입도분석을 하기위하여 입도 분석기 (Mal.,ern Mastersizer S)를 사용하여 레이저 회절법으로 측정하였다. 그리고 LCR meter (ANDO AG-4304)를 사용하여 1kHz에서 정전용량을 측정하여 유전상수를 계산하였으며, Impedance Analyzer (Agilent 4294)를 사용하여 공진 반공 진주파수를 측정하여 IRE 규정에 따라 전기기계 결합계수, 기계적 품질계수를 계산 하였다.

성능/효과

1. Milling 시간이 7시간이었을 때 kp 0.53, Qm 2342 를 고려하여, 압전 트랜스포머 조성으로서의 응용가능성을 보였다.
2. Milling 시간의 증가에 따라 3시간 까지는 입도의 분포가 좁아지고 입도의 크기도 감소하였으며 3시간이후의 Milling 조건에서는 거의 일정하였지만 입도크기의 미세한 변화는 미세입자의 채 응집에 의한 현상으로 생각된다.
3. 입도의 분포가 작아지고 크기가 감소함에 따라 kp 는 5시간에서 0.54를 보이고 이후에는 감소하였으며 Qm 은 거의 선형적으로 증가하여 9시간에서 2451을 값을 가졌지만 유전상수와 밀도에서는 거의 영향을 주지 못했다.
은 각각의 시편의 밀도를 보여주고 있다. Milling 시간에 따른 시편의 밀도는 큰 차이를 보이지 않고 있지만, Milling 시간증가에 따라 점차적으로 밀도가 증가하는 경향을 나타냈다.
Qm 값이 9 시간 이후에도 계속 증가하는 것은 PbO의 휘발이 많이 발생하여 상이 tetragonal 상 쪽으로 이동하였기 때문으로 생각된다. 그러나 9시간에서 kp 값이 감소하므로 최적의 Attrition Milling 조건은 7 시간으로 생각할 수 있으며, Attrition Milling 의 최적 조건인 7 시간에서의 물성은 단판형 압전 트랜스포머로서의 응용 가능성을 보였다.

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