초록 ▼

취성을 갖는 요업체의 인성을 증가시키기 위하여 지르코니아를 함유하는 요업체를 중심으로 여러 인성 증가 mechanism이 하나의 요업체 내에서 같이 나타나도록 함으로써 높은 강도 및 인성을 갖는 복합체를 제조하고자 하였다. 이를 위하여 여러 인성 증가 기구가 서로 상이한 영역에서 나타나도록 하여 강도도 높으면서 열충격 저항도 개선될 수 있도록 한 이중 구조등의 불균질한 복합체를 제조하여 열-기계적 성질을 연구하였다. 먼저 3 mole % T?O?를 고정시킨 정방정 지르코니아 다결정체(3Y-TZP)에 Al?O?를 20 wt.% 분산시

취성을 갖는 요업체의 인성을 증가시키기 위하여 지르코니아를 함유하는 요업체를 중심으로 여러 인성 증가 mechanism이 하나의 요업체 내에서 같이 나타나도록 함으로써 높은 강도 및 인성을 갖는 복합체를 제조하고자 하였다. 이를 위하여 여러 인성 증가 기구가 서로 상이한 영역에서 나타나도록 하여 강도도 높으면서 열충격 저항도 개선될 수 있도록 한 이중 구조등의 불균질한 복합체를 제조하여 열-기계적 성질을 연구하였다. 먼저 3 mole % T?O?를 고정시킨 정방정 지르코니아 다결정체(3Y-TZP)에 Al?O?를 20 wt.% 분산시킨 TZP-20 Al?O? 복합체는 ZrO? 의 변태 강화 및 알루미나에 의한 기지내 압축 응력에 의해 높은 강도 및 열충격입계 온도를 갖지만 일단 생성된 균열의 전파에 대한 저항성은 크지 않았다. 반면 Al?O?를 40wt.% 분산시켜 1500℃ 에서 소결한 TZP-40 Al?O? 복합체의 경우 알루미나의 입성장에 의해 강도 및 임계 온도는 낮았지만 균열 편향에 의해 전파는 어느 정도 억제됨을 알 수 있었다. 이러한 TZP(혹은 TZ3Y)를 기질부로 하고 여기에 알루미나가 분산되어 탄성률 및 열팽창률이 작아진 TZP-20 Al?O?, 또는 TZP-40 Al?O?를 체조립한 과립 형태로 분산시켜 이중 조직을 갖게 만들면 이러한 큰 분산부가 기질부에 압축응력을 주게 되어 열충격에 의한 균열의 전파가 대부분 분산부를 지나가게 된다. 따라서 분산부의 존재에 의해 초기 강도가 낮아짐에도 불구하고 분산부가 균열 전파에 대한 저항이 없으면 도리어 유지 강도도 낮아지는 열충격 거동을 보여 주었다. 반면 TZ3Y를 사용하여 밀도가 높은 기질부를 가지면서 여기에 TZP-40 Al?O? 를 분산부로 하여 1500℃에서 소결한 이중구조의 복합체는 열충격 후의 유지 강도가 기질부만의 소결체에 비해 높아졌는데 이는 분산부 내에서 일어나는 균일 편향 및 기공의 존재 때문에 열충격에 의해 생성된 주 균열의 전파가 억제된 것이 그 원인으로 생각된다. 다음 이중조직을 갖는 Al?O?-ZrO? 요업체는 알루미나에 20 vol.%의 정방정 지르코니아를 혼합하여 체조립된 Al?O?-20vol.%(t)ZrO? 과립과, 같은 알루마나에 10-30 vol.%의 단사정 지르코니아를 혼합하여 체조립된 Al?O?-10, 20, 30vol.%(m)ZrO? 과립을 부피비로 85:15 및 70:30 으로 섞어 성형 및 소결함으로써 제조되었다. 따라서 정방정이 분산된 알루미나 부분이 기질부로, 단사정이 분산된 알루미나 부분이 과립 형상을 갖는 분산부로 되는 이중조직의 Al?O?-ZrO? 요업체가 제조되었다. 이러한 분산부에 체조립 만을 행한 약한 괴립을 사용하면 기질부만의 소결체에 비해 밀도 및 강도는 약간 낮아졌지만 열충격 후의 유지 강도는 증가하였다. 또한 분산부의 단사정 지르코니아 양이 증가하면 밀도 및 초기 강도의 큰 감소없이 열충격 후의 유지 강도를 높일 수 있어 분산부의 미세 균열이 열충격 거동에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 한편 기질부에 사용된 과립 (80/100 mesh)보다 작은 크기의 과립(140/170 mesh)을 분산부에 사용하는 경울 초기 강도 및 임계 온도를 어느 정도 증가시킬 수 있었으나 열충격 후의 유지강도는 분산부의 괴립이 기질부와 같은 크기로 되어 소결 후에도 형태를 그대로 유지하게 되면 약간 높아지는 결과를 나타내었다. 이와는 달리 1300℃에서 1 시간 하소하여 강한 응집을 갖는 과립을 분산부에 사용하면 분산부의 밀도가 크게 낮아지게 된다. 따라서 기동이 많이 존재하는 분산부가 임계 균열보다 큰 균열과 같이 작용하여 안정된 균열 성장에 의한 열충격 거동을 보여 주었다. 한편 열팽창계수가 작고 값이 싼 지르콘 소결체의 지르코니아등의 대체물의 개발하려는 노력의 일환으로 치밀한 지르콘 소결체의 제조 조건 및 반응소결에 의해 지르콘을 완전 해리시킨 지르코니아 복합체의 제조 및 그 특성을 연구하였다. 먼저 지르코니아 볼밀에서 메탄올을 용매로 120 시간 분쇄하면 1500℃에서도 97% 이상의 소결밀도를 얻을 수 있었다. 또한 실리카 흄이나 납석의 첨가에 의해 1400℃∼1500℃ 의 비교적 저온데서도 지르콘의 해리 없이 치밀한 소결체를 얻을 수 있었다. 반면 ZrO? 의 첨가는 소결밀도의 저하를 일으키지만 지르콘의 미분쇄에 의해 이를 상쇄할 수 있으므로 고밀도의 지르콘-지르코니아 복합체 제조도 가능함을 알 수 있었다. 반면 알루미나의 첨가는 소결밀도의 증가를 가져오지만 지르콘의 해리를 유발하며 일단 완전히 해리된 상태에서의 치밀화를 먼저 시킨 후 온도를 높여 해리를 완전히 일으키는 것이 반응소결된 물라이트-지르코니아 복합체의 제조에 필요하다고 생각된다. 또한 Si?N? 의 첨가에 의해서도 지르콘의 해리를 일으킬 수 있으며 이는 알루미나의 첨가에 의해 더욱 촉진됨을 알 수 있었다. 이 경우 과량의 Si?N? 에 의해 반응소결시킬 경우 질소 분위기가 아닌 분말 bed 법으로도 알루미나가 소량 고용되는 o'-Sialon 소결체를 얻을 수 있었다.

Abstract ▼

The thermo-mechanical propertles of zirconia-based ceramic having heterogenized microstructures were studied. The tetragonal zirconia polycryatal(TZP) containing 3 mole % Y?O? has high strength and toughness owing to stress-induced phase transformation. And 3Y-TZP-20wt.%A120:3 composites showed high

The thermo-mechanical propertles of zirconia-based ceramic having heterogenized microstructures were studied. The tetragonal zirconia polycryatal(TZP) containing 3 mole % Y?O? has high strength and toughness owing to stress-induced phase transformation. And 3Y-TZP-20wt.%A120:3 composites showed high strength due to the compressive force act to TZP matrix by dispersed alumina, but showed poor resistance to the crack propagation due to internal stress. On the ot.her hand, 3Y-TZP-40wt.XAl?O? composites sintered at 1500? for 1 hour had low strength than 3Y-TZP-20wt.%Al?O? composites, but had higher resistance to the crack propagation because of the crack deflection by the dispersed alumina. When duplexes such as TZP/TZP-20wt.%Al?O? and TZP/TZP-40wt.%Al?O? were made as above mentioned method, propagating crack always run into the dispersed region because this region acts as compressive zone due to low thermal expansion than matrix region. So in the dispersed region, if crack propagation were stopped in the region more or less like TZP-40wt.%Al?O? sintered at 1500? for 1 hour, the retained strength after thermal shock became higher than matrix composites. But when crack propagation was much more easy than matrix like T%P-20wt.%Al?O? region, retalned strength was decreased than the matrix composites despite of the low initial strength. The Al?O?-ZrO? composites having dual microstructure were fabricated by dry mixing the sieve-granulated Al?O?-20 vol.% (t)ZrO? granule and Al?O? -10-30vol.%(m)ZrO? granule, followed by isostatic pressing and sintering at 1600? for 1 hr. So Al?O?-20 vol.% (t)ZrO? part was become to matrix region and Al?O?-10-30vol.%(m)ZrO? part was bec,come to dispersed region as irregular sieve-shaked granule shape. When weak granule was used for dispersed region, initial strength was slightly decreased than the matrix composite, but retained strength after thermal shock was increased. And if monoclinic contents in dispersed region was increased, despite the density or initial strength was not changed, the retained strength was increased due to microcrack in the dispersed region. On the other hand, if weak granule have been used for dispersed region smaller than that for matrix region, critical temperature and strength was slightly increased due to the different existing shape of dispersed region in the duplex composites. But strong granule made by high temperature calicination was used for dispersed region, thermal shock behavior showed stable crack growth because the lower density of dispersed region than matrix was acted as a large crack inition site. The dense zircon or reaction-sintered zircon-base composites was fabricated. The milling of zircon flour in zirconia ball was so effective to sintering that relative density of 97% was achived when sintered at 1500? for 3 hrs. When zircon reacts with alumina or silicon nitride, it dissociates to give a fine dispersion of zirconia in a mullite or silicon oxynitride matrix. So the addition of excess amount of alumina or silicon nitride to zircon could made heterogenized mullite-ZrO? or S?ON?-ZrO? composites. In the case of Si?ON?-ZrO? composites, smallamount of alumina addition was sc effective to reaction slntering and some of the alumina dissolved to SizON 2 that o'-sialon-ZrO? composites was obtained.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...12
• 제 2 장 Y-TZP/Al$_2$O$_3$ 복합체의 균열 전파 거동...15
• 2-1. 서 론...15
• 2-2. 실 험 방 법...16
• 2-3. 결과 및 고찰...20
• 2-4. 결 론...44
• 제 3 장 Al$_2$O$_3$-ZrO$_2$ 복합체의 강도 및 열충격 저항...46
• 3-1. 서 론...46
• 3-2. 실 험 방 법...47
• 3-3. 결과 및 고찰...50
• 3-4. 결 론...68
• 제 4 장 지르콘의 반응소결에 의한 불균질 복합체의 제조...70
• 4-1. 서 론...70
• 4-2. 실 험 방 법...72
• 4-3. 결과 및 고찰...75
• 4-4. 결 론...92
• 제 5 장 종 합 결 론...93
• 제 6 장 인 용 문 헌...98
• 제 7 장 논문발표 실적 또는 계획...106
• 제 8 장 학위 배출실적...106