초록 ▼

본 연구는 hBN-세라믹계, 운모-세라믹계의 머시너블 세라믹 복합재료에 대하여 최적의 제조조건을 확립함과 더불어 실험계획법을 적용한 최적의 가공조건을 확립한
다. 유한요소법과 물성치의 평가를 통하여 기계적 성질과 R-커브거동, 미세조직, 초정밀 가공특성(절삭, 미세 드릴링, 초정밀 전해드래싱등)과의 상관성 등을 체계적으
로 연구하여 인성/경도/강도 등이 향상된 머시너블 세라믹의 최적의 미세구조설계기술을 확립함과 동시에 개발된 재료에 적합한 최적의 초정밀 가공기술을 제시하는
것을 목표로 하고 있다.
제 1차 년도

본 연구는 hBN-세라믹계, 운모-세라믹계의 머시너블 세라믹 복합재료에 대하여 최적의 제조조건을 확립함과 더불어 실험계획법을 적용한 최적의 가공조건을 확립한
다. 유한요소법과 물성치의 평가를 통하여 기계적 성질과 R-커브거동, 미세조직, 초정밀 가공특성(절삭, 미세 드릴링, 초정밀 전해드래싱등)과의 상관성 등을 체계적으
로 연구하여 인성/경도/강도 등이 향상된 머시너블 세라믹의 최적의 미세구조설계기술을 확립함과 동시에 개발된 재료에 적합한 최적의 초정밀 가공기술을 제시하는
것을 목표로 하고 있다.
제 1차 년도에서는 우수한 기계적 특성을 갖는 S$i_3$$N_4$-hBN 및 AlN-hBN계 복합재료의 제조조건을 조사한 후, 초정밀 절삭, 초정밀 래핑 등의 정밀가공특성을 물성과
미세조직의 관점에서 체계적으로 조사하고, BN 입자 첨가에 따른 초정밀가공기구를 유한요소법의 적용을 통하여 분석하여 가공특성을 대폭적으로 향상시키는 원리 원칙
을 규명하였다. 또한, 머시너블 세라믹의 초정밀 가공을 위한 기초실험을 위하여 초정밀 다이아몬드 래핑지석을 개발하였다.
제 2차 년도에서는 알루미나-운모, 알루미나-hBN, mica glss계 머시너블 세라믹복합재료에 대하여 최적 제조조건의 확립과 더불어 밀링 가공, 미세 드릴링, 초정밀
전해드레싱 적용 연삭, 경면 연삭 등의 초정밀 가공특성을 체계적으로 조사하여 최적의 가공조건을 확립하였다. 머시너블 세라믹의 기계적 물성, 미세조직, R-커브 거
동을 체계적으로 조사하였고 초정밀 가공특성 등을 변수로 실험계획법(Taguchi 기법)을 적용하여 최적의 머시너블 세라믹 복합재료를 경제적으로 가공할 수 있는 기
초원리를 확립하였다. 초정밀 가공기술의 하나인 연속 전해드레싱 기법과 다이아몬드 슬러리를 이용한 초정밀 래핑가공을 머시너블 세라믹 가공에 적용시켜서 표면균
열이 없는 경면가공(표면거칠기 Ra=0.4 {\micro$m 이하)을 달성하였다.제 3차 년도에서는 제1, 2차 년도의 연구결과를 바탕으로 질화규소 및 알루미늄 나
이트라이드계 머시너블 세라믹스에 대하여, 상압소결과 반응소결 등과 같은 경제적인 제조법을 모색하고, 기계적 특성, 열적 특성, 초정밀 기계가공특성 등을 체계적으
로 조사하였다.
본 연구를 통하여 우수한 기계적 특성과 기계가공성을 겸비한 머시너블 세라믹의 제조원리 및 최적의 초정밀 가공기술이 개발되어, 국내 전자 및 정밀기계 산업분야
등에서 현재 전량 고가로 수입하고 있는 머시너블 세라믹 소재의 국산화와 초정밀 가공기술을 함께 제공할 수 있게 되며, 이를 기반으로 반도체 및 정밀기계 산업용 소재
는 물론 인공관절, 치과용 재료 등의 고부가가치 재료에 대한 제조 및 가공기술을 확립할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

The objectives of this research are: 1) to develop optimum microstructural designmethods for the hBN and mica glass based machinable ceramic composites
having significantly improved material properties such as toughness, hardness,and strength, etc., and 2) to develop ultra-precision machining te

The objectives of this research are: 1) to develop optimum microstructural designmethods for the hBN and mica glass based machinable ceramic composites
having significantly improved material properties such as toughness, hardness,and strength, etc., and 2) to develop ultra-precision machining technologies such
as milling, micro-drilling, ultraprecision lapping, and etc. for the developed materials. To achieve the proposed research goals, the experimental design
method will be applied to setup optimum design/manufacturing and machining conditions. Also, finite element methods and material properties evaluation will be
performed to analyze the relationships among the properties, microstructure, and ultra-precision machining characteristics.
In the first year of this research, appropriate design/manufacturing conditions, to give outstanding material properties to the S$i_3$$N_4$-hBN and AIN-hBN based
composite materials, was investigated using the experimental design methods. Ultra-precision machinability of the developed ceramics was systematically studied
in the viewpoint of microstructure and material properties. Also, finite element methods was applied to define basic principles to significantly improve
machinability and various properties. Basic experiments were performed to develop optimum ultra-precision machining technologies for the developed ceramics.
In the Second year, mica glass, mica- and hBN base A$I_2$O3 based machinable ceramics were developed under the optimum conditions. Machining conditions for
ultra-precision electrolytic dressing grinding, micro drilling, and mirror-like grinding for the machinable ceramics was developed. The mechanical properties,
microstructure, R-curve behavior of machinable ceramics were carefully investigated. Appropriate design/manufacturing conditions, to give outstanding
material properties to the machinable ceramics, was investigated using the experimental design methods. Applying electrolytic dressing technique to
machinable ceramic materials, the surface roughness less than 0.4 {\micro$m (Ra) was
obtained. Finally, in the third year, based on the previous year's research results economical design/ manufacturing methods such as pressureless sintering and
reaction sintering and micro machiinability were investigated for S$i_3$$N_4$ and AlN
ceramics.
Since the results of this research can provide design and manufacturing methodologies of machinable ceramics having outstanding material properties and
machinability, they can be applied to electronics and precision machinery industries, as well as to substitute the expensive imported machinable ceramics.
Also, based on the developed technologies, advanced design/manufacturing, and bio-material industries

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...8
• 2-1. 머시너블 세라믹 시편제조 ...8
• 2-2. 물성측정 및 조직관찰...10
• 2-3. 기계 가공성 측정...11
• 3. 결과 및 고찰...20
• 3-1 hBN계 Machinable ceramic...20
• 3-1-1. 물성측정 및 조직관찰...20
• 3-1-2. R-curve 거동...25
• 3-1-3. 절삭력 평가 ...27
• 3-1-4. 유한요소법을 이용한 절삭공정 해석...29
• 3-1-5. 실험계획법에 의한 최적 절삭조건의 결정...30
• 3-1-6. 연속 전해드래싱을 적용한 초정밀 래핑가공...31
• 3-1-7. 미세구멍 가공...33
• 3-1-8. 파우더 블라스팅을 이용한 절삭성 평가...34
• 3-2 Al2O3-(mica, hBN)계 및 Mica glass계 machinable ceramics...35
• 3-2-1 물성측정 및 조직관찰...35
• 3-2-2. R-curve 거동...39
• 3-2-3. 절삭력 평가...41
• 3-2-4. 유한 요소법을 이용한 절삭 공정 해석...43
• 3-2-5. 파우더 블라스팅을 이용한 Glass Ceramic의 미세 홈 가공...44
• 3-2-6. 연속 전해 드래싱 및 다이아몬드 슬러리를 이용한 초정밀 래핑가공 43...45
• 3-3 질화반응 및 상압소결에 의한 hBN계 머시너블 세라믹의 제조...47
• 3-3-1. 물성측정, 조직관찰 및 R-curve 거동...47
• 3-3-2. 절삭력 평가...65
• 3-3-3. 미세 그루브 가공실험 결과...65
• 3-3-4. 미세 드릴링 실험 결과...67
• 3-3-5. 다구찌 방법에 의한 최적조건 도출...68
• 3-3-6. 연속 전해 드래싱 및 다이아몬드 슬러리를 이용한 초정밀 래핑가공...69
• 4. 결 론...71
• 5. 인용문헌 ...74