초록 ▼

I. 제 목 질화물 계 구조 세라믹스의 개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 구조 세라믹스는 상온과 고온에서 우수한 기계적 특성을 갖고 있음에도 불구하고, 제조공정 단가와 신뢰성, 그리고 고온특성 열화 라는 문제가 제품화와 상업화에 걸림돌이 되고 있다. 따라서 향후 구조 세라믹스 제품의 개발을 위해선 이 같은 문제점을 해결할 수 있는 요소기술을 개발하고, 개발된 요소기술을 바탕으로 구조 세라 믹스 제품화 기술을 개발할 필요가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 구조 세라믹스 제품을 개발하기 위한 요소기술과 제품화 기술

I. 제 목 질화물 계 구조 세라믹스의 개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 구조 세라믹스는 상온과 고온에서 우수한 기계적 특성을 갖고 있음에도 불구하고, 제조공정 단가와 신뢰성, 그리고 고온특성 열화 라는 문제가 제품화와 상업화에 걸림돌이 되고 있다. 따라서 향후 구조 세라믹스 제품의 개발을 위해선 이 같은 문제점을 해결할 수 있는 요소기술을 개발하고, 개발된 요소기술을 바탕으로 구조 세라 믹스 제품화 기술을 개발할 필요가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 구조 세라믹스 제품을 개발하기 위한 요소기술과 제품화 기술을 현 재 국내 구조 세라믹스 시장에서 가장 큰 규모를 형성하고 있는 질 화규소계 금속압출 다이와 TiB2 계 금속 증착용 evaporation boat에 대한 연구를 통해 개발하였다. III. 연구개발의 내용 및 범위 금속 압출용 die 질화물 소재 개발과 제조공정확립 - 고온 특성 향상을 위한 입계 유리상 분석, 이론적 접근방 법 확립 - 내열 특성이 향상된 질화물 소재 개발 - 압출 die 양산 소결 및 가공 기술 연구: 전소결/가공, 2차 소결/가공, pilot- plant 규모 소결 및 가공, 시제품 제조와 적용 금속 증착용 evaporation boat 소재 및 제조공정 개발 - 반응 가압 소결에 의한 TiB2-AlN-BN 계 소재 개발, 반응 가압 소결 공정 확립, 시제품 제조 - 금속 원료로부터 나노 TiB2- AlN- BN 분말 합성 - 상압소결에 의한 TiB2- AlN-BN 계 소재 개발 - 소결 공정 확립 및 시제품 제조 IV. 연구개발결과 금속압출 다이 - 내열 특성 향상 질화물 개발: 강도 > 700 MPa, 경도 > 15 GPa, 인성 > 7 MPa m1/2 (@ 25 ), Y2O3-Al2O3 계에 비해 고온 강도 33% ( >300 MPa), 고온균열자람저 항 2.5 배, 내산화성 약 6 배 향상 (@ 1400 ) - 질화물 (또는 액상소결 세라믹스)의 입계 유리상 특성조절 을 위한 모델 정립: 고분해능 전자 현미경을 이용한 질화 물의 입계 유리상 분석, 첨가제의 영향 해석을 위한 모델 개발, 모델의 액상소결 세라믹스 확대 적용 조사: 탄화물 계 세라믹스 성립 확인 - 압출 die 양산 공정 연구: Pilot- plant 수준 (die 40 개/일 규모)에서 압출 die 가스압 소결 공정 확립, 전소결/1 차 가공 공정을 통한 경제적 압출 die 제조공정 개발, 35 10 mm 급 die 시제품 제작 및 압출 실험에 의한 성능 확인 금속 증착용 evaporation boat - 금속 원료로부터 가압 반응 소결에 의한 TiB2-AlN-BN 계 복합체 제조 공정 확립: 반응 가압 소결에 의한 evaporation boat 용 TiB2- AlN-BN 계 최적 소재 및 공 정 개발, 밀도 99 %, 강도 246 MPa, 인성 3.9 MPa m1/2, 전기 전도도 925 cm, 60 10 mm 급 시제품 제작 - Evaporation boat 양산을 위한 TiB2-AlN- BN 계 소재 상 압소결 기술 개발: 신 공정에 의한 나노크기 TiB2-AlN 계 분말 합성, TiB2-AlN-BN 계 소재 소결 첨가제 없이 상압 소결 성공 (@ 1700 , 2 hrs), 밀도 96 %, 강도 172 MPa, 인성 3 MPa m1/2, 전기 전도도 1488 cm, 상압소결 에 의한 60 10 mm 급 시제품 제작 V. 연구개발결과의 활용계획 본 연구에서 얻은 결과는 향후 질화물 제품 개발에 활용할 예 정이다. 먼저 연구대상이 된 알미늄, 동, 황동, 주철 제품의 압출 세 라믹 다이를 제품화하는데 활용할 예정이다. 또 고속용 질화규소계 하이브리드 베어링 볼의 제품화 연구에도 활용할 예정이다. 장기적 으로는 이번에 개발된 요소기술을 새로운 품목을 개발, 제품화하는 데 활용할 예정이다. 또한 현재까지 개발된 새로운 분말 제조공정을 이용하여 금속 증착용 evaporation boat의 양산화를 위한 핵심요소기술을 개발할 예정이며, 이 기술을 일반적인 세라믹스 분말과 제품개발에 활용할 예정이다.

Abstract ▼

I. Title Development of nitride based structural ceramics II. Purpose and Significant of Study Structural ceramics has been noticed due to their superior room- , and high temperature properties. However, several factors such as the fabrication cost, reliability, degradation of properties at hi

I. Title Development of nitride based structural ceramics II. Purpose and Significant of Study Structural ceramics has been noticed due to their superior room- , and high temperature properties. However, several factors such as the fabrication cost, reliability, degradation of properties at high temperature hinder the commercialization of structural ceramics. These factors should be tackled and the key technologies that can solve the problems of structural ceramics should be developed for the commercialization. In this study, we aimed to develop the key technologies that are necessary for commercialization of structural ceramics, silicon nitride metal extrusion die and metal coating evaporation boat, which share the largest part of domestic structural ceramics market. III. Contents and Scope of Research Development of silicon nitride materials for metal extrusion die - Analysis of grain boundary phase glassy phases, development of model for theoretical analysis - Development of silicon nitride for high temperature applications - Pilot- plant scale fabrication of die: presintering/machining, sintering/machining, pilot- plant scale sintering and machining, fabrication of prototype Development of TiB2 materials for evaporation boat - Fabrication of TiB2- AlN- BN composites by reactive hot- pressing, fabrication of prototype - Synthesis of nano TiB2- AlN-BN powders - Fabrication of TiB2-AlN-BN composites by pressureless sintering, fabrication of prototype IV. Results Metal extrusion die - Silicon nitride for high temperature applications: Strength > 700 MPa, hardness > 15 GPa, toughness > 7 MPa m1/2 (@ 25 ), high temperature strength 33% increases ( >300 MPa), high temperature crack growth resistance 2.5 times improves, oxidation resistance 6 times improves (@ 1400 ) as compare to silicon nitride with Y2O3-Al2O3 as sintering additives - Develop a new model for controlling grain boundary glassy phases: analysis of grain boundary glassy phase by high resolution transmission electron microscopy, model that can explain the effect of sintering additives, application of the developed model to silicon carbide ceramics - Pilot-plant scale fabrication of extrusion die: Development of gas pressure sintering process in pilot-plant scale (die 40 ea/day), Cost down of process by presintering/machining process, fabrication of prototype, application Evaporation boat - Development of TiB2-AlN- BN composites by reactive hot-pressing: fabrication of TiB2-AlN-BN composites by reactive hot-pressing, density 99 %, strength 246 MPa, toughness 3.9 MPa m1/2, electrical resistivity 925 cm, fabrication of prototype - Development of TiB2- AlN-BN composites by pressureless sintering: fabrication of nano TiB2-AlN powders by new process, pressureless sintering of TiB2-AlN-BN composites without sintering additives (@ 1700 , 2 hrs), density 96 %, strength 172 MPa, toughness 3 MPa m1/2, electrical resistivity 1488 cm, fabrication of prototype V. Application of results The results obtained in this study will be applied to the commercialization of silicon nitride products such as metal extrusion dies for aluminum, copper, and etc. It will also applied for the fabrication of high-speed ceramic ball bearing. In a long term, the results will bi used for developing new products relate to the structural ceramics. The powder synthesis process developed in this study will be applied to the fabrication of evaporation boat and, more extensively, ceramic powders for new products.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...12
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...14
• 제 1 절 국내 현황 기술개발 현황...14
• 제 2 절 국외 현황 기술개발 현황...17
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...26
• 제 1 절 내열특성향상 질화물 소재 개발...26
• 제 2 절 압출다이 양산공정연구...76
• 제 3 절 금속원료로부터 반응가압소결에 의한 TiB2-AlN-BN 계 복합체 개발...79
• 제 4 절 Evaporation boat 양산을 위한 TiB2-AlN-BN 복합체 상압소결기술개발...98
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...107
• 제 1 절 연구개발 목표의 달성도...107
• 제 2 절 대외기여도...110
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...112
• 제 6 장 참고문헌...113